CN101262066B - 一种新型质子交换膜燃料电池双极板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型质子交换膜燃料电池双极板，双极板由五层结构构成，中间是中密度柔性石墨板制成的水流场板及设置在水流场板四周的用树脂层压板制成水腔边框，水流场板的两面是两块高密度柔性石墨薄型平板，两块高密度柔性石墨薄型平板的背向水流场板的面分别是中密度柔性石墨板制作的氢流场板和氧流场板。本发明的优点是：由于流场板与极板是分体的，制作容易，可根据不同的条件，较容易的改变流场的结构，同时制作高密度柔性石墨平板时不会产生裂缝，减小了双极板的透气性，高密度柔性石墨平板可制作的尽量薄，减小了双极板的厚度，提高了双极板的平整度和成品合格率；制作设备简单，易规模化生产。

Description

一种新型质子交换膜燃料电池双极板及其制作方法
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用双极板技术。
背景技术
燃料电池双极板(包括流场)是燃料电池关键部件之一。目前双极板主要有金属型双极板和石墨型双极板。在石墨型双极板中，柔性石墨是一种非常适合作燃料电池双极板的材料，现有技术中用柔性石墨制造双极板的技术主要有：
WO0041260专利中提供了两层结构的双极板，氢流场板与水腔作为一块板，氧流场板作为一块板，二块板粘结到一起构成一块双极板。该双极板是先压将柔性石墨压制成型后灌胶，胶粘剂是聚偏二氟乙烯，其不足之处是压制工艺复杂，氢流场板由于两面流场导致成型困难，容易碎，导致废品率高。
WO0064808专利，公开的两层结构双极板，制备方法是在常压下，将一定密度的板材以一定的速度沉入树脂中浸渍。这种方法的不足在于：由于板材本身的不均匀性和颗粒表面的差异以及板材的孔隙率不同，容易造成树脂扩散和吸附的不均匀性，从而造成双极板性能不稳定，并且由于双极板的透气性相对较高，导致该双极板应用于燃料电池发动机时必须增加消氢系统，这样就增加了系统的复杂性和不稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用柔性石墨板制作的质子交换膜燃料电池用双极板及其制备方法，使双极板具有透气量小，成本低，合格率高，易于批量生产，促进燃料电池的产业化生产。本发明的技术方案是：一种新型质子交换膜燃料电池双极板，由设置有氢流场、氧流场和水流场的柔性石墨板及水腔边框构成，其特征在于所述的双极板由五层结构构成，中间是中密度柔性石墨板制成的水流场板及设置在水流场板四周的用树脂层压板制成水腔边框，水流场板的两面是两块高密度柔性石墨板制成的薄型平板，两块高密度柔性石墨薄型平板的背向水流场板的面分别是中密度柔性石墨板制作的氢流场板和氧流场板。
本发明所述的一种新型质子交换膜燃料电池双极板的制作方法，包括用柔性石墨板制作氢流场、氧流场及水流场，用树脂层压板制成水腔边框，组装成双极板，其特征在于所述的制作方法还包括：1)将经浸渍过热固性树脂的高密度柔性石墨板制成薄型平板；2)用没浸渍热固性树脂的中密度柔性石墨板分别制作氢流场板、氧流场板、水流场板；3)用树脂层压板制成水腔边框，将制成的水腔边框粘接在用中密度柔性石墨板制作的水流场板的四周；4)将粘接好水腔边框的用中密度的柔性石墨板制作的水流场板的两面分别粘接上高密度柔性石墨薄型平板，在高密度柔性石墨薄型平板的背向水流场的面上分别粘接上氢流场板和氧流场板。
本发明的所述的一种新型质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述的高密度柔性石墨板的密度为1.2g/cm3～1.6g/cm3，所述的中密度柔性石墨板的密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3。
与现有技术相比，本发明所的优点是：
1、由于氢、氧流场和水流场不直接成型在浸渍树脂的高密度柔性石墨平板上，高密度柔性石墨平板不会有裂缝产生，大大减小了双极板的透气性，使双极板的透气量小于10-7cm3/cm2.s，制作的双极板具有很好的平整度，具有很好的成品合格率。
2、高密度柔性石墨平板可制作的尽量薄，减小了双极板的厚度，可降低双极板的材料成本。
3、由于流场与极板是分体的，可根据燃料电池使用的不同条件，较容易的改变流场的结构，从而降低燃料电池研发及制造的成本。
4.双极板与质子交换膜燃料电池扩散层碳纸的接触电阻小。
5双极板由非金属材料组成，有很强的耐腐蚀性。
6.双极板制作设备简单，易规模化生产。
附图说明
本发明有附图一幅，是本发明的双极板的结构示意图。
附图中，1、氢流场板  2、石墨薄型平板  3、水腔边框  4、水流场5、石墨薄型平板  6、氧流场板。
具体实施方式
按上述发明构思，制作质子交换膜燃料电池双极板。首先，制作高密度柔性石墨薄型平板：选用密度为0.2g/cm3的柔性石墨板，按照酚醛：5wt％、环氧树脂：5wt％和乙醇：90wt％配制树脂溶液，将树脂溶液在真空度为-0.09Mpa的条件下浸渍柔性石墨板，烘干后压制成密度为1.3g/cm3高密度薄型石墨平板，在200℃的条件对其中树脂进行固化，固化后形成石墨平板。然后，选用密度为1.0g/cm3的柔性石墨板压制氢、氧及水流场板。选用环氧树脂层压板制作水腔边框。最后，用胶粘剂将环氧树脂层压板制成的水腔边框粘接在中密度柔性石墨板制作的水流场板四周，将两块高密度薄型石墨平板粘接在水流场板的两面，再将氢流场板、氧流场板分别粘接在两块高密度薄型石墨平板的背向水流场的面上，制作成为一个完整的双极板。
本实施例制作的双极板的透气量小于10-7cm3/cm2.s；组装的电池平均性能良好；组装电池组寿命稳定。

Claims (3)

1.一种质子交换膜燃料电池双极板，由设置有氢流场、氧流场和水流场的柔性石墨板及水腔边框构成，其特征在于所述的双极板由五层结构构成，中间是中密度柔性石墨板制成的水流场板及设置在水流场板四周的用树脂层压板制成水腔边框，水流场板的两面是两块高密度柔性石墨板制成的薄型平板，两块高密度柔性石墨薄型平板的背向水流场板的面分别是中密度柔性石墨板制作的氢流场板和氧流场板。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制作方法，包括用柔性石墨板制作氢流场、氧流场及水流场，用树脂层压板制成水腔边框，组装成双极板，其特征在于所述的制作方法还包括：1)将经浸渍过热固性树脂的高密度柔性石墨板制成薄型平板；2)用没浸渍热固性树脂的中密度柔性石墨板分别制作氢流场板、氧流场板、水流场板；3)用树脂层压板制成水腔边框，将制成的水腔边框粘接在用中密度柔性石墨板制作的水流场板的四周；4)将粘接好水腔边框的用中密度的柔性石墨板制作的水流场板的两面分别粘接上高密度柔性石墨薄型平板，在高密度柔性石墨薄型平板的背向水流场的面上分别粘接上氢流场板和氧流场板。
3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述的高密度柔性石墨板的密度为1.2g/cm3～1.6g/cm3
Figure F2008100110044C00011
所述的中密度柔性石墨板的密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3
Figure F2008100110044C00012
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