CN102664272B - 一种氢燃料电池极板及其制备工艺 - Google Patents

一种氢燃料电池极板及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种氢燃料电池极板及其制备工艺，采用树脂结合石墨的形式，以镁砂或石英砂或铝矾土与镁砂的混合物作填充物制成。其技术方案是：将27~67wt%的石墨、65.7~26.3wt%的镁砂或石英砂或铝矾土与镁砂的混合物混匀，加入5~2wt%的树脂、0.5~0.2wt%的硬化剂、1.8~4.5wt%的酒精，充分混匀，经过高压高温压制成型。其电池极板导电性好，电阻≤0.6Ω，强度高，重量轻，成本低，制作工艺简易。

Description

一种氢燃料电池极板及其制备工艺
技术领域
本发明涉及电池极板及制备工艺技术领域，具体是一种氢燃料电池极板及其制备工艺。 
背景技术
氢燃料电池使用氢气为燃料，空气（氧气）作为硬化剂。氢燃料电池工作时，向阳极供给燃料（氢），向阴极供给硬化剂（空气），氢在阳极分解成正离子H+和电子e-，氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向阴极，在阴极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收电子并结合形成水。
长期以来，很多人曾在铝、塑料、铜等材料上镀铅，或是用钛、钴、铬、镍等的氧化物作为原料制作氢燃料电池极板，但是这些原料价格较高，导致制作成本高，而且操作工艺也很繁琐，耐用性差，降低了其经济性，后来有人将铅改为石墨，虽然降低了电池极板的重量及成本，但是只用石墨制成的电池极板强度不够，使用周期短，仍不能获得良好的经济效益。 
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的是开发一种低成本、轻型、制作工艺简易的氢燃料电池极板，其制备原料包括树脂、石墨、镁砂或石英砂或一种由铝矾土和镁砂混合而成的混合物。
进一步的技术方案：该氢燃料电池极板中，所述的制备原料还包括硬化剂、酒精。
优选的：该氢燃料电池极板原料由27~67wt%的石墨、65.7~26.3wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、5~2wt%的树脂、0.5~0.2wt%的硬化剂、1.8~4.5wt%的酒精组成。
更优选的：该氢燃料电池极板原料由27wt%的石墨、65.7wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、5wt%的树脂、0.5wt%的硬化剂、1.8wt%的酒精组成。
更优选的：该氢燃料电池极板原料由67wt%的石墨、26.3wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、2wt%的树脂、0.2wt%的硬化剂、4.5wt%的酒精组成。
更优选的：所述铝矾土与镁砂混合形成的混合物中，铝矾土与镁砂的重量比是4：1。
    更优选的：所述镁砂或石英砂或铝矾土的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
本发明还提供了一种氢燃料电池极板的制备工艺，其特征在于它的生产工艺流程及控制条件如下：
1）备料工艺：将27~67wt%的石墨、65.7~26.3wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、5~2wt%的树脂、0.5~0.2wt%的硬化剂、1.8~4.5wt%的酒精进行配比，搅拌至混合均匀，形成原料；
2）制作过程：
a、压制成型：
将45g所述的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；并利用石墨作为脱模剂；
在120~150℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；然后停止加热，去除压力； 
b、待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
优选的：该制备工艺中，所述铝矾土与镁砂混合形成的混合物中，铝矾土与镁砂的重量比是4：1。
优选的：该制备工艺中，所述镁砂或石英砂或铝矾土的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
本发明的有益效果是：本发明涉及的氢燃料电池极板导电性好，电阻≤0.6Ω，强度高，重量轻，其制备成本低，制作工艺简易， 制作的电池极板具备良好的性能，特别是能够在短时间内完全脱模。
具体实施方式
实施例一：
该电池极板的原料由27wt%的石墨、65.7wt%的镁砂、5wt%的树脂、0.5wt%的硬化剂、1.8wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.6Ω。
实施例二：
该电池板的原料由37wt%的石墨、56.5wt%的镁砂、3.5wt%的树脂、0.4wt%的硬化剂、2.6wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.5Ω。
实施例三：
该电池板的原料由26.3wt%的石墨、67wt%的镁砂、2wt%的树脂、0.2wt%的硬化剂、4.5wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.3Ω。
实施例四：
该电池板的原料由47.4wt%的石墨、45.8wt%的镁砂、4wt%的树脂、0.4wt%的硬化剂、2.4wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.5Ω。
实施例五：
该电池板的原料由60wt%的石墨、33.2wt%的镁砂、3wt%的树脂、0.2wt%的硬化剂、3.6wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.3Ω。
实施例六：
该电池板的原料由50wt%的石墨、43.2wt%的镁砂、4wt%的树脂、0.4wt%的硬化剂、2.4wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.5Ω。
实施例七：
该电池板的原料由60.2wt%的石墨、33.2wt%的镁砂、2.5wt%的树脂、0.3wt%的硬化剂、3.8wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.3Ω。
实施例八：
该电池板的原料由27wt%的石墨、65.7wt%的镁砂、5wt%的树脂、0.5wt%的硬化剂、1.8wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.6Ω。
实施例九：
该电池板的原料由67wt%的石墨、26.3wt%的镁砂、2wt%的树脂、0.2wt%的硬化剂、4.5wt%的酒精组成。
所述镁砂的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
制备该电池极板时：
（1）按照上述配比取各组分搅拌均匀，形成原料；
（2）取45g搅拌均匀后的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；该待压模具中利用石墨作为脱模剂；其脱模剂的分布为现有技术，不再详述；
（3）在120℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；其加压加热的装置也为现有技术，不再赘述；
（4）然后停止加热，去除压力。待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
制成MgO-C质电池极板。
测定该电池极板的厚度为2.5mm，其电阻值为0.3Ω。
作为其他实施方式：
上述实施例中的镁砂可由石英砂替代，制成SiO2-C质电池极板，其厚度也为2.5mm，其阻值也≤0.6Ω。
镁砂还可以由一种混合物替代，该混合物为铝矾土和镁砂的混合物。如果采用铝矾土和镁砂的混合物，则混合物中铝矾土与镁砂的重量比是4：1。制成Al2O3-C质电池极板。其厚度也为2.5mm，其阻值也≤0.6Ω。
此外，作为其他实施方式，上述实施例中在对待压模具压制成型时的加热温度可以是120~150℃中间的任意温度值，例如120.1℃、121℃、125℃、128℃、130℃、135℃、140℃、145℃、149℃、149.9℃、150℃等，不再一一列举。
此外，本发明所用的镁砂的纯度优选电熔97%的镁砂。 

Claims (8)

1.一种氢燃料电池极板，其特征是：该氢燃料电池极板的制备原料包括树脂、石墨、镁砂或石英砂或一种由铝矾土和镁砂混合而成的混合物；
所述的制备原料还包括硬化剂、酒精；
该氢燃料电池极板原料由27~67wt%的石墨、65.7~26.3wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、5~2wt%的树脂、0.5~0.2wt%的硬化剂、1.8~4.5wt%的酒精组成。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池极板，其特征是：该氢燃料电池极板原料由27wt%的石墨、65.7wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、5wt%的树脂、0.5wt%的硬化剂、1.8wt%的酒精组成。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池极板，其特征是：该氢燃料电池极板原料由67wt%的石墨、26.3wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、2wt%的树脂、0.2wt%的硬化剂、4.5wt%的酒精组成。
4.根据权利要求1-3所述的任意一种氢燃料电池极板，其特征是：所述铝矾土与镁砂混合形成的混合物中，铝矾土与镁砂的重量比是4：1。
5.根据权利要求4所述的任意一种氢燃料电池极板，其特征是：所述镁砂或石英砂或铝矾土的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
6.一种氢燃料电池极板的制备工艺，其特征在于它的生产工艺流程及控制条件如下：
1）备料工艺：将27~67wt%的石墨、65.7~26.3wt%的镁砂或石英砂或一种由铝矾土与镁砂混合形成的混合物、5~2wt%的树脂、0.5~0.2wt%的硬化剂、1.8~4.5wt%的酒精进行配比，搅拌至混合均匀，形成原料；
2）制作过程：
a、压制成型：
将45g所述的原料放入制备电池极板的模具中，均匀摊平，制备待压模具；并利用石墨作为脱模剂；
在120~150℃条件下；对制备好的整个待压模具施加40KN压力，并在40KN压力下静压1min；然后压力升到400KN，并在400KN压力下压制20min；然后停止加热，去除压力； 
b、待模具温度降至70℃以下后实施拆模，取出制成的氢燃料电池极板。
7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池极板的制备工艺，其特征是：所述铝矾土与镁砂混合形成的混合物中，铝矾土与镁砂的重量比是4：1。
8.根据权利要求6或7所述的一种氢燃料电池极板的制备工艺，其特征是：所述镁砂或石英砂或铝矾土的粒度均为-200目，所述的石墨粒度为-600目。
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