CN101483240B - 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法 - Google Patents

一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101483240B
CN101483240B CN2008100341725A CN200810034172A CN101483240B CN 101483240 B CN101483240 B CN 101483240B CN 2008100341725 A CN2008100341725 A CN 2008100341725A CN 200810034172 A CN200810034172 A CN 200810034172A CN 101483240 B CN101483240 B CN 101483240B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
polar plate
plate blank
dual
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2008100341725A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101483240A (zh
Inventor
张孟彤
顾爱平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Hongfeng Industry Co., Ltd.
Original Assignee
SHANGHAI HONGFENG GRAPHITE PRODUCTS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI HONGFENG GRAPHITE PRODUCTS CO Ltd filed Critical SHANGHAI HONGFENG GRAPHITE PRODUCTS CO Ltd
Priority to CN2008100341725A priority Critical patent/CN101483240B/zh
Publication of CN101483240A publication Critical patent/CN101483240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101483240B publication Critical patent/CN101483240B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，是(1)将石墨原材料切割成石墨双极板坯料，并做表面处理；(2)将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍；(3)将浸渍后的石墨双极板坯料进行热固化处理；(4)用铣削或磨削的方法去掉经浸渍后的石墨双极板坯料表面0.5-1.5mm；(5)按流道设计要求用机械加工的方法加工流道，得石墨双极板；(6)将加工好的石墨双极板进行0.1MPa气压透气检验。本发明将石墨经过高分子材料处理后，能提高石墨的抗压强度30％以上，同时电阻率没有明显的增大。在加工完流道后，其厚度最小可达0.3mm(图1)，并保证0.1MPa的气体不穿透，可大大降低电池堆的重量和体积，或同样体积重量下大大提高电池堆输出功率。

Description

一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池双极板的加工方法，尤其涉及一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法。
背景技术
燃料电池(Proton Exchange Membrane fuel Cell，缩写：PEMFC)是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。燃料电池双极板是燃料电池关键部件之一，一般它是由极板和流场组成的。理想双极板应具备电、热的良导体，良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点。在常见的PEMFC中，流场与极板可以是一体的，也可以是分体的。目前双极板的研究和应用主要集中在金属材料板、模压材料板和石墨材料板，这三种双极板各有优势：(1)金属材料双极板强度好，导电好，不透性好，弱点是耐腐蚀性差。(2)模压材料双极板，先期一次性投入大，在导电性与强度之间需要取舍。(3)石墨双极板，具有良好的导电性和耐腐蚀性，弱点是强度低，有气孔，因此需要提高石墨材料的强度，填补石墨材料固有的不规则气孔，从而达到燃料电池堆的使用要求。
在石墨双极板方面，目前主要代表性的文献如下：WO0041260中提到了采用柔性石墨板制备双极板，该双极板是先压成型后灌胶，胶粘剂主要是聚偏二氟乙烯，详细制备工艺没有提及，侧重点在双极板结构对阻力的影响，双极板采用两层结构，即氢流场板与水腔作为一块板，氧流场板作为一块板，二者粘结到一起构成一块双极板，缺点是压制工艺复杂，氢板由于两面流场导致成型困难，容易碎，这样导致废品率高。
由Ballard公司申报的专利WO0064808公开一种质子交换膜燃料电池双极板制备方法，所制备的质子交换膜燃料电池双极板在电阻特性和机械强度方面能满足性能要求，双极板也是采用两层结构，已经应用于Ballard公司MK90o系列电池，但该专利在板材制备上可操作性差，而且性能不稳定，主要的缺陷是板材浸渍树脂的方式，它是在常压下，将一定密度的板材以一定的速度沉入树脂中浸渍，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，而且双极板的透气性相对较高，这样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。
美国UCAR公司在专利文献(公开号WO/2000/064808，公开日2000.11.2)中制备的PEMFCS双极板在电阻及机械强度方面都能满足要求，但双极板制备的可操作性差，而且双极板的透气性相对较高，这样由此双极板组装的燃料电池发动机必须增加消氢系统，从而增加了发动机系统的复杂性。
中国科学院大连化学物理研究所在专利(申请号：200410020905.1，发明名称：一种新型质子交换膜燃料电池双极板制备工艺)提出将低密度的膨胀石墨板用热固性树脂在真空箱中在真空的条件下进行浸灌树脂，然后进行成型的方法，双极板可采用2-7层的结构。但在实际制作双极板过程中，用两层结构很难制作成合格的双极板，采用多层结构，这就造成双极板厚度大，双极板各处密度很不均匀，这就会造成电池组的组装和运行的难度，从而降低了电池组运行的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，该加工方法是对石墨材料采用真空浸渍处理的方法，再运用机械加工的手段，在保持石墨材料的导电性、耐腐蚀性不变的前提下，使石墨双极板具有良好的不透性和流道的憎水性以及具有超薄的厚度和很好的强度。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，具体步骤如下：
(1)将石墨原材料切割成石墨双极板坯料，用去离子水清洗并烘干.
(2)将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍，真空度为-0.08至-0.1MPa，浸渍时间为6-24小时；其中浸渍时间与石墨板的厚度成正比；得到密度为1.90-1.95g/cm3的石墨双极板坯料；
(3)将浸渍后的石墨双极板坯料进行热固化处理，固化温度为80-200℃，时间为8-26小时；
(4)用铣削或磨削的方法去掉经浸渍后的石墨双极板坯料表面0.5-1.5mm；
(5)按流道设计要求用机械加工的方法加工流道，得石墨双极板；
(6)将加工好的石墨双极板进行0.1MPa气压透气检验。
本发明所选用的热固性树脂为、环氧、呋喃、脲醛树脂之一，或者两种热固性树脂与溶剂混合制成的溶液，溶剂采用丙酮或乙酸乙酯，按质量比计，环氧、呋喃、脲醛树脂所占比例为10％-20％，溶剂所占比例为90％-80％。
由于采用了如上的技术方案，本发明将石墨经过高分子材料处理后，能提高石墨的抗压强度30％以上，同时电阻率没有明显的增大。在加工完流道后，其厚度最小可达0.3mm，并保证0.1MPa的气体不穿透，可大大降低电池堆的重量和体积，或同样体积重量下大大提高电池堆输出功率。本发明的方法不仅适用于产品的开发，小批量生产以及较为复杂的双极板加工，更适合大批量产业化生产，成本底，速度快。
具体实施方式
实施例1
一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，具体步骤如下：
(1)将石墨原材料切割成产品要求的厚度放1mm-3mm余量，用去离子水清洗并烘干.
(2)将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍，真空度为-0.08至-0.1MPa，浸渍时间为6-24小时；浸渍的树脂为呋喃、环氧和脲醛树脂，其质量比为5∶10∶85，其中浸渍时间与石墨板的厚度成正比；得到密度为1.90-1.95g/cm3的石墨双极板坯料；
(3)将浸渍后的石墨双极板坯料进行热固化处理，固化温度为80-200℃时间为8-26小时；
(4)用铣削或磨削的方法去掉经浸渍后的石墨双极板坯料表面0.5-1.5mm；
(5)按流道设计要求用机械加工的方法加工流道，得石墨双极板；
(6)将加工好的石墨双极板进行0.1MPa气压透气检验。合格率达到99％以上。
用上述合格的石墨双极板组装10节氢气/空气(H2/Air)电池组，电池面积为270cm2，催化剂Pt担量1mg/cm2(双面)。氢气的入口压力为40KPa，空气的入口压力为30KPa，其空气计量比为2.5，电池温度为60℃，在电池的电流密度500mA/cm2时，单节电池的平均电压为0.7V，完全满足要求。
实施例2
一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，具体步骤如下：
(1)将石墨原材料切割成产品要求的厚度放1mm-3mm余量，用去离子水清洗并烘干.
(2)将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍，真空度为-0.08至-0.1MPa，浸渍时间为6-24小时；浸渍的树脂为呋喃树脂，其中浸渍时间与石墨板的厚度成正比；得到密度为1.90-1.95g/cm3的石墨双极板坯料；
(3)将浸渍后的石墨双极板坯料进行热固化处理，固化温度为80-180℃，时间为12-20小时；
(4)用铣削或磨削的方法去掉经浸渍后的石墨双极板坯料表面0.5-1.5mm；
(5)按流道设计要求用机械加工的方法加工流道，得石墨双极板；
(6)将加工好的石墨双极板进行0.1MPa气压透气检验。合格率达到96％以上。
实施例3
一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，具体步骤如下：
(1)将石墨原材料切割成产品要求的厚度放1mm-3mm余量，用去离子水清洗并烘干.
(2)将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍，真空度为-0.08至-0.1MPa，浸渍时间为6-24小时；浸渍的树脂为环氧树脂，其中浸渍时间与石墨板的厚度成正比；得到密度为1.90-1.95g/cm3的石墨双极板坯料；
(3)将浸渍后的石墨双极板坯料进行热固化处理，固化温度为80-200℃，时间为10-26小时；
(4)用铣削或磨削的方法去掉经浸渍后的石墨双极板坯料表面0.5-1.5mm；
(5)按流道设计要求用机械加工的方法加工流道，得石墨双极板；
(6)将加工好的石墨双极板进行0.1MPa气压透气检验。合格率达到99％以上。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将石墨原材料切割成产品要求的厚度放1mm-3mm余量，用去离子水清洗并烘干；
(2)将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍，真空度为-0.08至-0.1MPa，浸渍时间为6-24小时；其中浸渍时间与石墨板的厚度成正比；得到密度为1.90-1.95g/cm3的石墨双极板坯料；
(3)将浸渍后的石墨双极板坯料进行热固化处理，固化温度为80-200℃，时间为8-26小时；
(4)用铣削或磨削的方法去掉经浸渍后的石墨双极板坯料表面0.5-1.5mm；
(5)按流道设计要求用机械加工的方法加工流道，得石墨双极板；
(6)将加工好的石墨双极板进行0.1MPa气压透气检验；得到厚度为0.3mm，并保证0.1Mpa的气体不穿透的石墨双极板。
CN2008100341725A 2008-03-03 2008-03-03 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法 Active CN101483240B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100341725A CN101483240B (zh) 2008-03-03 2008-03-03 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100341725A CN101483240B (zh) 2008-03-03 2008-03-03 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101483240A CN101483240A (zh) 2009-07-15
CN101483240B true CN101483240B (zh) 2010-12-29

Family

ID=40880252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008100341725A Active CN101483240B (zh) 2008-03-03 2008-03-03 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101483240B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102315458A (zh) * 2010-07-02 2012-01-11 上海攀业氢能源科技有限公司 燃料电池石墨双极板的制作方法
CN109904485B (zh) * 2017-12-07 2022-01-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池导水双极板的密封方法
CN108666594A (zh) * 2018-04-03 2018-10-16 华东师范大学 一种双极板制作工艺
CN109560303A (zh) * 2018-11-03 2019-04-02 上海弘枫实业有限公司 一种石墨双极板的流道处理工艺
CN111129537A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 一汽解放汽车有限公司 一种复合石墨双极板及其制备方法和应用
CN111516193B (zh) * 2020-04-30 2022-07-12 上海神力科技有限公司 一种燃料电池用复合材料极板的成型方法
CN114188560B (zh) * 2021-10-20 2022-11-15 海卓动力(上海)能源科技有限公司 一种燃料电池双极板制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087034A (en) * 1998-07-09 2000-07-11 Ucar Graph-Tech Inc. Flexible graphite composite
CN1400679A (zh) * 2001-07-26 2003-03-05 松下电器产业株式会社 燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池
CN1719645A (zh) * 2004-07-06 2006-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种新型质子交换膜燃料电池双极板制备工艺
CN1845368A (zh) * 2006-03-10 2006-10-11 清华大学深圳研究生院 一种用于全钒氧化还原液流电池的集流板
CN1992399A (zh) * 2005-12-28 2007-07-04 大连新源动力股份有限公司 一种燃料电池用柔性石墨材料两面带沟槽极板的制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087034A (en) * 1998-07-09 2000-07-11 Ucar Graph-Tech Inc. Flexible graphite composite
CN1400679A (zh) * 2001-07-26 2003-03-05 松下电器产业株式会社 燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池
CN1719645A (zh) * 2004-07-06 2006-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种新型质子交换膜燃料电池双极板制备工艺
CN1992399A (zh) * 2005-12-28 2007-07-04 大连新源动力股份有限公司 一种燃料电池用柔性石墨材料两面带沟槽极板的制造方法
CN1845368A (zh) * 2006-03-10 2006-10-11 清华大学深圳研究生院 一种用于全钒氧化还原液流电池的集流板

Also Published As

Publication number Publication date
CN101483240A (zh) 2009-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101483240B (zh) 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法
CN100433427C (zh) 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法
CN1330026C (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板制备工艺
EP1963013B1 (en) Fabrication methods for catalyst coated membranes
CN100452509C (zh) 催化层支撑质子交换膜燃料电池复合膜电极及其制备方法
CN102496726B (zh) 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和质子交换膜燃料电池膜电极成型夹具
KR101135477B1 (ko) 다공성 멤브레인 및 그 제조방법, 이를 이용한 연료전지용고분자 전해질막, 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
CN107369838B (zh) 一种用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极及其制备方法
CN104795578B (zh) 具有一体膜电极组件和气体扩散层的燃料电池及制造方法
CN102324533A (zh) 基于多孔金属纤维板的自呼吸直接甲醇燃料电池单体
KR20130042868A (ko) 고체산화물 연료 전지
CN105576255A (zh) 一种高功率密度pemfc电堆专用极板制造方法
KR100901362B1 (ko) 연료 전지용 분리판 및 그 제조방법
CN104425829A (zh) 碱性阴离子交换膜燃料电池用带过渡层膜电极的制备方法
CN101262066B (zh) 一种新型质子交换膜燃料电池双极板及其制作方法
US9520610B2 (en) Method of manufacturing 5-layer MEA having improved electrical conductivity
CA2669274A1 (en) Membrane-electrode assembly and fuel cell having the same
CN201060896Y (zh) 一种质子交换膜燃料电池复合膜电极
CN111463447B (zh) 一种层叠式单极板及其制备方法、包含其的层叠式双极板及应用
CN211530098U (zh) 复合质子交换膜和燃料电池
CN109841881B (zh) 一种增强型质子交换膜的制备方法
CN105702991B (zh) 一种燃料电池用双极膜及其制备方法
KR101161991B1 (ko) 전기 전도성이 우수한 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 그 제조방법
KR102050971B1 (ko) 초경량 탄소계 분리판 및 그를 포함하는 연료전지 스택과 그 제조방법
CN205355156U (zh) 一种高功率密度pemfc电堆

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHANGHAI HONGFENG INDUSTRY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI HONGFENG GRAPHITE PRODUCTS CO., LTD.

Effective date: 20110929

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 201300 NANHUI, SHANGHAI TO: 201716 QINGPU, SHANGHAI

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20110929

Address after: Liantang Town Shanghai Qingpu District Liantang chapter road 201716 Lane 588 No. 86

Patentee after: Shanghai Hongfeng Industry Co., Ltd.

Address before: 201300 Shanghai City South Gate Huinan town Nanhui District Road No. 100 101-18

Patentee before: Shanghai Hongfeng Graphite Products Co., Ltd.