制造干铺燃料电池前期衬底的方法和衬底的制作方法
【专利摘要】本方法包括将具有大约3至12毫米之间长度的碳纤维从第一料斗分配到双料斗叶片辊散布机的提升室中，并同时将热固性树脂粉末从散布机的第二料斗沉积到混合室中，在那里，纤维和粉末被混合成均为大约40%至60%之间的均匀的预定比例。然后，混合物被引导成流动到双带挤压机的移动支承带上，并且混合物在双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间进行压缩，并且混合物在带之间穿过达到足够的停留时间，从而首先熔化且然后固化热固性树脂，从而形成燃料电池前期衬底。前期衬底的碳化和石墨化形成最终的衬底。
【专利说明】
制造干铺燃料电池前期衬底的方法和衬底
技术领域
[0001]本发明涉及燃料电池，其适用于运输工具、便携式发电设备或固定发电设备中，并且本发明尤其涉及一种用于燃料电池的前期衬底和衬底。
【背景技术】
[0002]燃料电池是众所周知的，并且通常用于从含氢的还原流体燃料和含氧的氧化反应剂流中产生电功率，从而为电气设备例如分散式发电机和运输工具提供功率。低温质子交换隔膜(“PEM”)或磷酸燃料电池(“PAFC”)利用衬底作为气体扩散层以支承催化剂层。衬底的配置依赖于电池的配置。大多数现代的REM&PAFC燃料电池具有带肋的双极分离板，其具有相对较薄的平衬底。一种备选电池设计使用了带肋的衬底，其具有平的双极板。这种衬底设计在技术领域是众所周知的，并且具有依赖于许多制造因素和操作因素的好处和缺陷。
[0003]已知的是，衬底可通过湿铺纸制造技术和干铺纸或干铺毡制造技术来制作。于1975年7月25日授予给Mhra等人的美国专利4,851,304描述了一种常用的湿铺工艺，其用于从湿铺的碳纸开始制作典型的薄的燃料电池衬底。这种工艺使用6-12毫米(“mm”)切碎的碳纤维来形成纸，纸利用各种热固性树脂进行处理，被压成控制的厚度，并在惰性气氛中进行加热，从而使树脂碳化。湿铺工艺是一种多步骤的复杂工艺，其产生了具有令人满意的多孔性、刚性和弯曲强度的薄的衬底，以便装配到燃料电池中并在燃料电池中操作。高的弯曲强度主要可归因于碳纤维的6-12mm的长度。
[0004]1984年l月17日授予Goller等人的美国专利No，4，426，340公开了一种比湿铺工艺更为简单的干铺工艺，但其产生了具有较低弯曲强度的衬底，因为平均碳纤维的长度大约为0.2mm。这种干铺工艺包括将长度大约为0.025mm至0.46mm的碳纤维与热固性树脂粉末混合，将混合物沉积到双带挤压机的支承带上，然后在支承带和压缩带之间对混合物进行连续地压缩、成型和加热，以熔化和固化热固性树脂，从而产生前期衬底。产生的前期衬底然后进行修剪、碳化和石墨化，从而形成用于燃料电池的衬底。然而，这种衬底的形成由于较短的碳纤维长度而受到低弯曲强度的困扰。
[0005]这种干铺衬底制造工艺在利用较长的碳纤维时会出现问题。其难以实现树脂或粘合剂的均匀混合，树脂或粘合剂在衬底中提供可接受的多孔性和弯曲强度。通过一种有效的干铺工艺制造衬底局限于由非常短的切碎的碳纤维制成的衬底，因为已知的可用粉末送料器不可能均匀分布长的纤维。用于已知的干铺燃料电池衬底制造的粉末送料器由大约在半圆形料斗的底部旋转的90mm刷子组成，其由穿孔的金属制成。较长的碳纤维产生了纤维球，其最终会堵塞穿孔金属的孔眼。短的纤维产生了具有低弯曲强度的衬底，其在衬底加工成燃料电池电极期间导致了过大的切肩率。另外，在利用双带挤压机的干铺衬底制造工艺中所使用的已知的热固性树脂粉末具有在150摄氏度(°C)下3分钟至15分钟范围内的固化时间，其产生了对于非常昂贵的长的双带挤压机的需求。
【发明内容】
[0006]本公开是一种制造干铺燃料电池前期衬底的方法和其衬底。本方法包括将具有大约3至12毫米之间长度的碳纤维从第一料斗分配到双料斗叶片辊散布机的混合室中，在将碳纤维沉积到混合室中的同时，将热固性树脂粉末，例如酚醛树脂粉末从散布机的第二料斗沉积到混合室中。碳纤维和热固性树脂粉末混合在一起，使得混合物包括大约40%至大约60%之间的碳纤维以及大约40%至大约60%之间的热固性树脂粉末。然后将足够量的混合物引导成流动到双带挤压机的移动支承带之上，从而在移动支承带上形成一层混合物。混合物在双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间进行压缩，同时混合物受到加热和压缩。经过加热和压缩的混合物在带之间沿着双带挤压机穿过足够的距离，从而首先熔化且然后固化热固性树脂。固化的混合物然后作为前期衬底而穿出双带挤压机。
[0007]制造用于燃料电池的干铺衬底的方法还可包括在固化的混合物作为用于燃料电池的前期衬底穿出双带挤压机之后，将前期衬底修剪成预定的长度和宽度尺寸。前期衬底典型地还通过在惰性气氛中加热至750-1000°C而进行碳化，如已知的那样。另外，碳化的前期衬底大体通过在惰性气氛中加热至2000-3000° C而被石墨化，如已知的那样，以改善电和热的传导率以及抗氧化和抗腐蚀的耐力，从而形成用于燃料电池的最终衬底。使用具有离散的熔化温度和离散的固化温度的两级热固性树脂是优选的。在树脂固化之前，离散熔化温度允许树脂由于表面张力而流向压缩的纤维之间的结合部。这导致更具传导性且更牢固的结构。
[0008]本方法还可包括通过双带挤压机的熔化区域在移动支承带和移动压缩带之间将混合物压缩至预定的厚度，其中熔化区域包括使混合物在足以将混合物加热到树脂的熔点之上的时间期间移动;且其中熔化区域还包括将穿过熔化区域的混合物加热至高于树脂熔点且低于树脂固化温度的温度。在使混合物穿过双带挤压机时，关键的变量是混合物的厚度。预定的厚度经过选择，使得通过带应用于穿过双带挤压机的混合物的压力在大约50至10psi或者大约350至700kPa之间。双带挤压机经过设计和选择并操作，从而在选择的预定厚度下对混合物施加这种需要的压力。另外，该方法优选包括在混合物穿过熔化区域之后，在移动支承带和移动压缩带之间通过双带挤压机的固化区域将混合物压缩至预定的厚度。固化区域与熔化区域是相邻且接续的，并且固化区域包括使混合物在足以固化树脂的时间期间移动，并且同时将穿过固化区域的混合物加热至超过树脂固化温度的温度。
[0009]在进一步的实施例中，制造干铺衬底的方法还包括利用第一料斗中的移动搅拌器叶片搅拌第一料斗中的碳纤维，同时从第一料斗分配碳纤维，并且还可包括利用第二料斗中的移动搅拌器叶片搅拌第二料斗中的热固性树脂粉末，同时使热固性树脂从第二料斗沉积到混合室中。
[0010]根据本公开的一个方面，本方法包括使用双料斗叶片辊散布机，使得第一料斗容纳3-12mm碳纤维，并使纤维从料斗分配到旋转的叶片辊的上表面上。旋转的叶片辊的上表面紧邻第一料斗的出口进行固定。叶片辊在第一旋转方向上旋转，使碳纤维从设置于叶片辊上方的料斗移动至叶片辊上的叶片之间的位置。碳纤维随着叶片辊在第一旋转方向上移动。双料斗叶片辊压机还可包括与第一料斗的出口相邻的刮片，以调整碳纤维从第一料斗流动到叶片辊的上表面上的速率，并且还切割任何超过预定最大长度(例如12mm)的碳纤维。
[0011]散布机的刷辊将碳纤维刷离叶片辊的侧表面，并将其刷到刷辊的刷表面上。叶片辊的侧表面设置在离上表面在第一旋转方向大约九十度的位置。刷辊还固定在叶片辊的侧表面附近并与之接触，并且在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转。刷辊然后使碳纤维从刷辊的刷表面沉积到混合室中。在使碳纤维沉积到混合室中的同时，来自第二料斗的热固性树脂粉末通过位于第二料斗出口附近的散布辊而从第二料斗中移除。散布辊还将移除的热固性树脂粉末引导到混合室中。之后，如上所述，混合物被引导成流动到双带挤压机的移动支承带上。
[0012]因此，本公开的一个大体目的是提供一种制造干铺的前期衬底的方法和用于燃料电池的衬底，其克服了现有技术的缺陷。
[0013]更具体的目的是提供制造干铺的前期衬底的方法和用于燃料电池的衬底，其可在同湿铺燃料电池衬底相比相当低的成本下生产出来，具有可比拟的特征，并且其中该方法还促进了短长度的双带挤压机的有效利用。
【附图说明】
[0014]当结合附图阅读以下说明时，本公开的这些目的和优点以及其它目的和优点将变得更加清晰，其中:
图1是方框图，其显示了本公开方法的一系列制造干铺燃料电池前期衬底的步骤。
[0015]图2是制造干铺前期衬底的方法和根据本公开构造的燃料电池衬底的简化示意图。
【具体实施方式】
[0016]详细地参照附图，在图1中将制造干铺燃料电池前期衬底的方法和衬底的简化示意性图显示为一系列活动。该方法包括首先为第一料斗10加载碳纤维12，其具有在大约3至12毫米之间的长度。第二料斗14装载热固性树脂粉末16。碳纤维12和热固性树脂粉末15然后被引导成流入到双料斗叶片辊散布机20的混合室中(如图2中所示)。碳纤维12和热固性树脂粉末16在混合室18中被混合在一起，使其混合物13包括大约40%至大约60%之间的碳纤维12以及大约40%至大约60%之间的热固性树脂粉末16。碳纤维12和热固性树脂粉末16的混合物19然后被引导成流过双带挤压机22，使得混合物被压实成预定的厚度，并加热至恰当的温度和足够的时间，以熔化和固化包围碳纤维的热固性树脂，从而形成前期衬底24，前期衬底24从双带挤压机22中传送出来。前期衬底24然后经过处理，以便在修剪工位26处进行修剪;在碳化工位28处进行碳化;并且在石墨化工位30进行石墨化，从而最终燃料电池衬底31，如图1中所示堆叠在存储容器33中。
[0017]碳纤维可为技术领域中已知的任何基于聚丙烯腈(“PAN”)、基于沥青或基于中间相沥青的通用纤维。用于举例说明目的的合适的碳纤维是美国田纳西州罗克伍德的东邦特耐克丝美国公司出售的东邦级C451切碎的碳纤维。这是一种具有7微米标称直径的PAN基碳纤维。
[0018]热固性树脂可为碳化时具有超过35%碳产量的任何热固性树脂。酚醛树脂由于其低成本和高碳产量而是优选的。两级酚醛树脂由于其储存的稳定性、其赋予处理柔性的离散的熔化温度和固化温度、以及添加固化辅助剂(例如众所周知的“hexa”)以减少固化时间的能力而超越单级酚醛树脂成为优选的。使用具有离散的熔化温度和离散的固化温度的两级热固性树脂是优选的。在树脂固化之前，离散熔化温度允许树脂由于表面张力而流向压缩的碳纤维之间的结合部。这导致更具传导性且更牢固的结构。合适的两级酚醛树脂是在美国纽约市有办公室的Reichhold do Brasil Ltda公司制造的Resafen级12-412。用于标识热固性树脂特征的两个参数是在基准温度下的标准试验中的“流动距离”；以及同样在基准温度下的标准试验中的“固化时间”。所选择的酚醛树脂在125° C下具有>60_长的流动距离，以及在154° C下〈60秒的快速固化时间。长的流动距离对于为熔化的树脂流向纤维之间的结合部提供时间是很重要的。快速固化对于最大限度地减小设备的尺寸是很重要的。如果用于树脂的固化时间是45秒，那么具有15英寸熔化区域以及15英寸(38cm)长的固化区域的双带挤压机将每分钟产生一个20〃x20〃衬底。这导致非常短的双带挤压机，其在成本方面是一项极大的节省。在前述ReichhoId公司制造的产品编号Resafen 12_414下可得到的热固性树脂是一种合适的树脂，其具有在125° C下60-70mm的流动距离以及154° C下39-48秒的固化时间。本领域中的技术人员将使用差示扫描量热法(DSC)来表示树脂的熔点温度和固化温度以及固化时间。这将促进熔化区域和固化区域温度以及在双带挤压机中的停留时间的设置。
[0019]图2更详细地显示了制造前期衬底24的前述方法。具体地说，双料斗叶片辊散布机20包括第一料斗10，使得第一料斗10容纳3-12mm的碳纤维12，并且通过第一料斗10的出口32将纤维12分配到旋转叶片辊36的上表面34上。旋转叶片辊36的上表面3紧邻第一料斗10的出口 32进行固定。叶片辊36在第一旋转方向上旋转，其图2中如第一方向箭头38所示。叶片辊36使碳纤维12从设置在叶片辊36的上表面34上方(其中词语“上方”意味着与重力方向相反的方向)的第一料斗10移动至叶片辊36上的叶片40之间的上表面34上的位置。
[0020]碳纤维12随着叶片辊36在第一旋转方向33上移动。双料斗叶片辊压机20还可包括通过调整托架44而固定在第一料斗10的出口 32附近的刮片42，从而调整碳纤维12从第一料斗1流动到叶片辊36的上表面34上的流速。
[0021 ]双料斗叶片辊散布机29还包括刷辊46，其将碳纤维12从叶片辊36的侧表面48刷到刷辊的刷表面50上。如图2中所示，叶片辊36的侧表面48设置在离上表面34在第一旋转方向38大约九十度的位置。刷辊46还固定在与叶片辊36的侧表面48相邻并接触的位置，并且按照图2中标号52所示的旋转方向进行旋转，该旋转方向可与第一旋转方向33相同。刷辊46然后将从叶片辊36的侧表面48移除的碳纤维12从刷辊46的刷表面50沉积到混合室18中。
[0022]在使碳纤维12沉积到混合室18中的同时，如上所述，通过与第二料斗14的出口56相邻的散布辊54而从第二料斗14中移除热固性树脂粉末16，第二料斗可按照与刷辊46相同的旋转方向5 2进行旋转。散布辊54还将移除的热固性树脂粉末16引导到混合室18的入口 58中。由旋转摆动式拂刷系统组成的合适的双料斗散布机是一种可获取的双敷料器，例如由德国葛平根市的Techno Partners Samtronics GmbH (TPS)公司制造的057型号精密散布机。
[0023]碳纤维12和热固性树脂粉末16的混合物19然后被引导成从混合室18流动到进料槽60上，并沿着进料槽60流动，使得预定量的混合物19被引导成从进料槽60流动到双带挤压机22的移动支承带62上，从而在移动支承带62上形成一层64混合物19。然后这层64混合物19在双带挤压机22的移动支承带62和移动压缩带66之间进行压缩，同时在支承带62和压缩带66之间加热和压缩这层64混合物19。经过加热和压缩的这层64混合物19在双带挤压机的带62，66之间停留足够的时间，从而首先熔化且然后固化热固性树脂。固化的混合物然后作为前期衬底24而穿出双带挤压机22。
[0024]合适的双带挤压机22可在惠门公司制造的“ISR双带挤压线系统”产品名义下得至IJ，其在加拿大安大略省玻尔通市的惠门北美有限公司具有办公室。这种双带挤压机设计为用于按照等容过程生产均匀厚度的产品。由于在支承带62和压缩带66的钢带之间产生相等距离的设计，等容过程产生了具有均匀厚度的产品，该厚度可通过双带挤压机调整到预定的厚度。这同等压系统形成对比，等压系统在挤压机的宽度和长度上提供了绝对均匀的压力分布，但产生了具有变化厚度的产品。
[0025]制造用于燃料电池(未显示)的干铺前期衬底24的方法还包括在使固化的混合物19作为前期衬底24穿出双带挤压机22并将前期衬底24修剪至预定的长度和宽度尺寸之后，使前期衬底24中的树脂碳化。前期衬底中的热固性树脂典型地通过在惰性气氛中加热至750?1000° C而进行碳化，如已知的那样。另外，碳化的前期衬底大体通过在惰性气氛中加热至2000-3000° C而被石墨化，如技术领域中已知的那样，从而改善电和热的传导率以及抗氧化和抗腐蚀的耐力。这种石墨化步骤产生了最终的衬底31。
[0026]本方法还可包括在移动支承带62和移动压缩带66之间压缩这层64混合物19，从而建立预定厚度的层64，并使层64穿过双带挤压机22的熔化区域70。熔化区域70包括遍及熔化区域70而设置在支承带62和压缩带66的外表面附近的第一多个压缩辊-加热器72，使得压缩辊-加热器72可建立预定的厚度，并且随着带62，70穿过熔化区域70而将预定的温度设于支承带62和压缩带70上。熔化区域70包括使这层64混合物19在足够的停留时间内移动，以便将层64加热至高于热固性树脂16的熔化温度且低于热固性树脂16的固化温度。
[0027]另外，本方法优选包括在这层64混合物19移动穿过熔化区域70之后，随着带62，66使层64移动穿过双带挤压机22的固化区域74而继续在移动支承带62和移动压缩带66之间压缩层64。固化区域74与熔化区域70相邻并接续。固化区域74包括遍及固化区域74而设置在支承带62和压缩带66的外表面附近的第二多个压缩辊-加热器76，使得第二多个压缩辊-加热器76可随着带62，66穿过固化区域74而在支承带62和压缩带66中产生预定的温度。该方法包括使这层64混合物19在足以固化热固性树脂16的停留时间期间移动穿过固化区域74，并且固化区域74还包括将穿过固化区域74的混合物加热至热固性树脂16的固化温度以上的温度。如图2中示意性地所示，双带挤压机22还可包括这种机器领域中已知的标准件，例如外壳78、用于支承多个衬底24的支承架80、多个带辊82。
[0028]在进一步的实施例中，制造干铺衬底24的方法还包括利用第一料斗10中的移动的搅拌器叶片84搅拌第一料斗10中的碳纤维12，同时从第一料斗10分配碳纤维12。该方法还可包括利用第二料斗中的第二移动的搅拌器叶片86而搅拌第二料斗14中的热固性树脂粉末16，同时使热固性树脂16从第二料斗14沉积到混合室18中。
[0029]如下可制造本发明的一种典型的干铺衬底。将6m长的东邦级C451碳纤维装载到双敷料器057型TPS精密散布机20的第一料斗10中。将Resafen 12-412酚醛树脂粉末16装载到双敷料器057型TPS散布机20的第二料斗14中。按照45%的碳纤维12对55%的酚醛树脂粉末16的比率使碳纤维12和酚醛树脂粉末16同时沉积到散布机20的混合室18中。然后使纤维-树脂混合物19在350gm/m2的名义面积负载下沉积到惠门R双带挤压机22的移动支承带62上。然后在双带挤压机22的移动支承带62和移动压缩带66之间将这层64纤维-树脂混合物19压缩至0.62mm的厚度，然后在双带挤压机的熔化区域70中加热至大约125° C的温度达1-2分钟的停留时间。然后在双带挤压机的固化区域中将层64加热至大约154° C的温度达1-2分钟的停留时间，从而形成前期衬底24，其具有350gm/m2的面积重量、0.64gm/cm3的表观密度和
0.62mm的厚度。前期衬底24从双带挤压机22排出，并切割成片(未显示)。前期衬底24在惰性气氛中850° C下进行碳化，并在惰性气氛中2700° C下进行石墨化，从而产生最终的燃料电池衬底31，其具有250gm/m2的面积重量、0.56gm/cm3的表观密度以及0.45mm的厚度。
[0030]这里出于目的，词语“大约”意味着加或减10%。
[0031]虽然已经参照制造干铺燃料电池前期衬底24的所示方法和用于燃料电池(未显示)的衬底31而描述了本公开，但是应该懂得，本发明并不局限于那些描述和图示。因此，应该主要参考以下权利要求而非前面的描述来确定本发明的范围。
【主权项】
1.一种制造干铺燃料电池前期衬底的方法，所述方法包括: a.将具有大约3至12毫米之间长度的碳纤维从第一料斗分配到双料斗叶片辊散布机的混合室中； b.在所述碳纤维沉积到所述混合室中的同时，使热固性树脂粉末从所述双料斗叶片辊散布机的第二料斗沉积到所述混合室中，并将所述碳纤维和所述热固性树脂粉末混合在一起； c.然后使足够量的混合物流动到双带挤压机的移动支承带之上，从而在所述移动支承带上形成一层混合物； d.然后在所述双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间将所述混合物压缩到预定的厚度，同时加热所述混合物，并使压缩的经加热的混合物在所述带之间穿过，在所述双带挤压机中达到足够的停留时间，从而首先熔化且然后固化所述热固性树脂； e.然后使固化的混合物作为用于燃料电池的前期衬底而穿出所述双带挤压机。2.根据权利要求1所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，还包括在所述用于燃料电池的前期衬底穿出所述双带挤压机之后，将所述衬底修剪至预定的长度和宽度尺寸。3.根据权利要求1所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，还包括，在所述固化的混合物作为用于燃料电池的前期衬底穿出所述双带挤压机之后，通过在惰性气氛中将所述前期衬底加热至大约750摄氏度至大约1000摄氏度之间从而使所述衬底碳化。4.根据权利要求3所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，还包括通过在惰性气氛中将所述碳化衬底加热至大约2000摄氏度至大约3000摄氏度之间以便使所述碳化衬底石墨化，从而形成用于燃料电池的衬底。5.根据权利要求1所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，在所述双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间压缩混合物还包括在所述移动支承带和所述移动压缩带之间通过所述双带挤压机的熔化区域而将所述混合物压缩至预定的厚度，使得所述混合物穿过所述熔化区域达足以将所述混合物加热至高于所述热固性树脂的熔化温度且低于所述热固性树脂的固化温度的温度的停留时间，并且使得所述混合物穿过所述熔化区域达到足够的停留时间，以熔化所述热固性树脂。6.根据权利要求5所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，在所述双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间压缩混合物还包括在所述混合物移动穿过所述熔化区域之后，在所述移动支承带和所述移动压缩带之间通过所述双带挤压机的固化区域将所述混合物继续压缩至预定的厚度，其中所述固化区域与所述熔化区域相邻且相接，并且使得所述混合物穿过所述固化区域达到足以将所述混合物加热至高于所述热固性树脂的固化温度的温度的停留时间，并且使得所述混合物穿过所述固化区域达到足够的停留时间，以固化所述热固性树脂。7.根据权利要求1所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，还包括利用所述第一料斗中的移动搅拌器叶片搅拌所述第一料斗中的碳纤维，同时从所述第一料斗分配所述碳纤维。8.根据权利要求7所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，还包括利用所述第二料斗中的移动搅拌器叶片搅拌所述第二料斗中的热固性树脂粉末，同时沉积来自所述第二料斗的热固性树脂。9.一种制造干铺燃料电池衬底的方法，所述方法包括: a.将具有大约3至12毫米之间长度的碳纤维从第一料斗分配到旋转叶片辊的上表面上，其中所述旋转叶片辊的上表面直接固定在所述第一料斗的出口附近，其中所述叶片辊在第一旋转方向上旋转，从而使所述碳纤维在所述叶片辊上的叶片之间以所述第一旋转方向移动； b.将所述碳纤维刷离所述叶片辊的侧表面，并且刷到所述刷辊的刷表面上，其中所述叶片辊的侧表面相对所述上表面在所述第一旋转方向上大约为九十度，其中所述刷辊设置在所述叶片辊的侧表面附近并与之接触，并且按照与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向进行旋转； c.使所述碳纤维从所述刷辊的刷表面沉积到混合室中； d.在使所述碳纤维沉积到所述混合室中的同时，使热固性树脂粉末从第二料斗沉积到所述混合室中，并使所述碳纤维和所述热固性树脂粉末混合在一起，使得所述混合物包括大约40%至大约60%之间的碳纤维以及大约40%至大约60%之间的热固性树脂粉末； e.然后使足够量的混合物沉积到双带挤压机的移动支承带之上，从而在所述移动支承带上形成一层混合物； f.然后在所述双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间将所述混合物压缩到预定的厚度，同时加热所述混合物，并使压缩的经加热的混合物在所述带之间穿过，达到足够的停留时间，从而首先熔化且然后固化所述热固性树脂； g.然后使固化的混合物作为前期衬底穿出所述双带挤压机，并将所述前期衬底修剪成预定的长度和宽度尺寸； h.然后使经修剪的前期衬底进行碳化;和 i.然后使碳化的前期衬底石墨化，从而形成燃料电池衬底。10.根据权利要求9所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，在所述双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间压缩混合物还包括在所述移动支承带和所述移动压缩带之间通过所述双带挤压机的熔化区域而将所述混合物压缩至预定的厚度，使得所述混合物穿过所述熔化区域达足以将所述混合物加热至高于所述热固性树脂的熔化温度且低于所述热固性树脂的固化温度的温度的停留时间，并且使得所述混合物穿过所述熔化区域达到足够的停留时间，以熔化所述热固性树脂。11.根据权利要求10所述的制造干铺燃料电池前期衬底的方法，其特征在于，在所述双带挤压机的移动支承带和移动压缩带之间压缩混合物还包括在所述混合物移动穿过所述熔化区域之后，在所述移动支承带和所述移动压缩带之间通过所述双带挤压机的固化区域将所述混合物继续压缩至预定的厚度，其中所述固化区域与所述熔化区域相邻且相接，并且使得所述混合物穿过所述固化区域达到足以将所述混合物加热至高于所述热固性树脂的固化温度的温度的停留时间，并且使得所述混合物穿过所述固化区域达到足够的停留时间，以固化所述热固性树脂。12.根据权利要求9所述的制造干铺燃料电池衬底的方法，其特征在于，碳化经修剪的前期衬底还包括在惰性气氛中将所述前期衬底加热至大约750摄氏度至大约1000摄氏度之间。13.根据权利要求9所述的制造干铺燃料电池衬底的方法，其特征在于，使碳化的前期衬底石墨化还包括在惰性气氛中将所述前期衬底加热至大约2000摄氏度至大约3000摄氏度之间。14.根据权利要求9所述的制造干铺燃料电池衬底的方法，其特征在于，还包括利用所述第一料斗中的移动搅拌器叶片搅拌所述第一料斗中的碳纤维，同时从所述第一料斗分配所述碳纤维。15.根据权利要求14所述的制造干铺燃料电池衬底的方法，其特征在于，还包括利用所述第二料斗中的移动搅拌器叶片搅拌所述第二料斗中的热固性树脂粉末，同时沉积来自所述第二料斗的热固性树脂。16.根据权利要求9所述的制造干铺燃料电池衬底的方法，其特征在于，还包括将刮片固定在所述第一料斗的出口附近，且位于所述出口和双料斗叶片辊散布机的叶片辊的叶片之间，并利用所述刮片调整所述碳纤维从所述第一料斗流动到所述叶片辊的上表面上的流量。
【文档编号】H01M8/04GK105874634SQ201380081519
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2013年12月9日
【发明人】R.D.布罗尔特
【申请人】奥迪股份公司