CN103811777A - 一种燃料电池的集电板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料电池的集电板，包括基材板，基材板为非金属基材板，基材板的一个侧面上涂覆有涂覆层，基材板的另一个侧面上设置有金属箔层，金属箔层的表面镀有镀金层,本发明具有导电、绝缘、密封、减震、背压和散热等功能，具有广阔的市场前景。

Description

一种燃料电池的集电板及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池的集电板及其制备方法。
背景技术
燃料电池作为一种新型的能量转换装置,以其高效性、环保性、紧凑性等诸多优点被越来越多的人所认可。燃料电池最基本的构造为单电池，主要是将膜电极组件夹于两块双极板、集电板与端板所组成，依上述结构的配置方式堆叠成串联式的电池组，将多个单电池串联即组成燃料电池。其中集电板的功能尤为重要，集电板不但要求有良好的导电性能，还要求有良好的耐电化学腐蚀的性能。
然而，目前的燃料电池集电板大都采用在金属板材上面镀金的方式进行生产集电板，为了增强集电板的机械强度，通常金属板的需要一定的厚度，基本上厚度大都在2-4mm之间，由于金属板过厚会导致整个电堆的重量增加；另外，由于金属板一面镀金，另一面没有处理，也比较光滑，不便于整个电堆的密封，为了达到电堆的密封效果，还需要增加其他的密封材料，为电堆的组装带来了很大的麻烦，不便于电堆的快速组装和自动化生产；再者，由于为了能使电堆的密封效果达到很好，牺牲集电板的散热功能，电堆在大电流放电的时候，电堆局部的温度很难控制并稳定下来。
国内现有的专利中，发明名称为“用于燃料电池的集电板”的专利（申请号：200420120509.1），介绍了一种以印刷电路板为基材的集电板，该集电板的表面上涂有具有导电性质的金属材质、由金属箔制成的集电线路，但该专利并未提出对基材层的材质和厚度、金属材质的选材和厚度以及金属箔层的具体选材厚度提出改进，基材背面没有涂覆层，因此也不具备抗震和背压功能，并且安装拆卸极不方便。
另一发明名称为“集电板及其制作方法”的现有专利（专利号：200510036580.0），介绍了一种集电板包括有集电极基体、镀于集电极基体表面的镍层、镀于镍层表面的金层，但是镍层和金层的厚度较厚，不利于散热，并且该集电极基体由金属材料制成，质量较重，体积较大不便于加工。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种燃料电池的集电板。
技术方案：本发明的一种燃料电池的集电板，包括基材板，所述基材板为非金属基材板，基材板的一侧面上涂覆有涂覆层，基材板的另一个侧面上设有金属箔层，所述金属箔层的表面镀有镀金层。
进一步的，所述金属箔层通过粘贴或镶嵌在所述基材板的一个侧面上，所述镀金层通过电镀、化学镀或真空镀镀在所述金属箔层的表面。
优选地，所述基材板的厚度为0.1～5mm；所述金属箔层的厚度为1～2000μm；所述镀金层的厚度为1～100μm；所述涂覆层的厚度为0.01～3mm。采用上述厚度后，整个集电板相对较薄可以减轻整个电堆的重量。
进一步优选地，所述基材板的厚度为1～3mm；所述金属箔层的厚度为0.1～0.5mm；所述镀金层的厚度为3～6μm；所述涂覆层的厚度为0.5～1mm。在质量轻薄的情况下，减震、密封、散热、导电性能最优。
优选地，所述基材板的材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、特氟龙、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚酰胺中的任意一种；所述金属箔层的材料选自不锈钢箔、铝箔、铜箔、镍箔、钛箔或银箔中的任意一种；所述涂覆层的材料选自橡胶、硅胶、聚氨酯或聚脲中的任意一种。上述材料的组合，能够满足质轻、绝缘、导热和密封的效果，并且具有一定的弹性起到缓冲抗压和减震的作用，减少震动对电池性能影响。
进一步优选地，所述基材板的材料为环氧树脂或酚醛树脂；所述金属箔层的材料为铜箔或镍箔；所述涂覆层的材料为硅胶。制备的燃料电池的集电板质量轻薄，绝缘导热性能最佳，具有优良的弹性及缓冲抗压作用，最大限度减少外界震动对电堆性能的影响。能够为起到良好的集电功能，又能够节省材料和生产成本。
上述硅胶进一步优选采用无色透明硅胶，在与相似产品的比较下，该硅胶具有更好的密封及压力缓冲作用，且价格合理。
本发明还公开了一种燃料电池的集电板的制备方法，包括以下步骤：
（1）在非金属基材板的一个侧面上粘贴或者镶嵌金属箔层；
（2）在金属箔层的表面镀上镀金层；
（3）在非金属基材板的另一个侧面上涂覆涂覆层。
有益效果：本发明的一种燃料电池的集电板，与现有技术相比具有以下优点：
（1）本发明中的基材层采用的是轻金属和非金属，质量轻便于加工，在金属箔层的压力下可以产生微小变形，进而增大与燃料电池中双极板的接触面积，减少接触电阻起到较好的集电作用。
（2）本发明中的涂覆层厚度为0.01～3mm，可以起到较好的密封、压力缓冲和减震作用，并且0.01～3mm的厚度不会妨碍集电板的散热；涂覆层起到压力缓冲和减震作用，通过背压确保集电板与电池极板紧密接触，降低因接触不良引起的电阻，提高电堆性能。
（3）本发明能够解决传统燃料电池集电板中存在的无减震作用，质量过大、不易密封、不易电堆快速组装和自动化生产和不易降温等问题，本发明具有收集电流、绝缘、密封、减震和散热等功能，以及持续压力保持集电板与极板紧密接触作用。
综上所述，本发明结构紧凑，不但集电板自身组装方便，且利于整个燃料电池的快速组装，密封性能好的同时能够保证整个电堆的散热，再者具有较好的导电、绝缘和减震效果，因此本发明的市场前景较为广阔。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案结合实施例和附图进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种燃料电池的集电板，包括基材板2、金属箔层3、涂覆层1和镀金层4，基材板2为非金属基材板，基材板2的一侧涂覆有涂覆层1，基材板2的另一侧设有金属箔层3，金属箔层3的另一侧镀有镀金层4。
其中，基材板2与金属箔层3的连接方式为粘贴，金属箔层3和镀金层4之间的连接方式为电镀。
基材板2的厚度为1.5mm，且基材板2的制成材料为聚丙烯，聚丙烯质量较轻，易成型，其具有较强的耐热性，有利于燃料电池的散热。金属箔层3的制成材料为不锈钢箔，不锈钢箔层的厚度为50μm。涂覆层1材料为706硅胶，涂覆层1的厚度为1mm。
其中，镀金层4的厚度为10μm。
本实施例中的一种燃料电池的集电板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金属箔层3粘贴基材板2的一侧；
（2）将涂覆层1涂覆于基材板2的另一侧；
（3）将镀金层4电镀于金属箔层3的另一侧。
将由实施例1制得的集电板，经检测性能如下：质量比传统集电板轻薄至三分之一，导电性能为80ρ/nΩ·m，抗冲击缓冲性能达到85kJ/m2，散热速度比传统集电板快3倍，当外部压力即使达到0.5Mpa时电堆也没有漏电现象发生。
实施例2～5：
一种燃料电池的集电板，结构同实施例1，包括基材板2、金属箔层3、涂覆1层和镀金层4，其不同点见表1：
Figure BDA0000456237160000041
实施例2的制备所得的集电板同实施例1中制得的集电板的性能相似，但由于基材板2的厚度不同，质量更轻，机械性能稍差，散热性能不如实施例1，但是采用镍箔后电化学稳定性也相对较好
实施例3的制备所得的集电板同实施例1中制得的集电板的性能相近，导电性能相差无几，减震性能、散热性能和密封性能不如实施例1，集电板的基材太厚重量和体积均较大，成本较高。
实施例4的制备所得的集电板同实施例1中制得的集电板的性能相似，导电性能比实施例1的导电性能相同，而且重量较轻，但是散热性能不如实施例1。
实施例5的制备所得的集电板同实施例1中制得的集电板的性能相当，机械性能、散热性能和电化学稳定性比实施例1好，,，但是采用银箔，成本较高。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种燃料电池的集电板，包括基材板，其特征在于：所述基材板为非金属基材板，所述基材板的一个侧面上涂覆有涂覆层，所述基材板的另一个侧面上设置有金属箔层，所述金属箔层的表面镀有镀金层。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述金属箔层通过粘贴或镶嵌在所述基材板的一个侧面上。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述镀金层通过电镀、化学镀或真空镀镀在所述金属箔层的表面。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述基材板的厚度为0.1～5mm；所述金属箔层的厚度为1～2000μm；所述镀金层的厚度为1～100μm；所述涂覆层的厚度为0.01～3mm。
5.根据权利要求4所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述基材板的厚度为1～3mm；所述金属箔层的厚度为0.1～0.5μm；所述镀金层的厚度为3～6μm；所述涂覆层的厚度为0.5～1mm。
6.根据权利要求1所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述基材板的材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、特氟龙、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚酰胺中的任意一种；所述金属箔层的材料选自不锈钢箔、铝箔、铜箔、镍箔、钛箔或银箔中的任意一种；所述涂覆层的材料选自橡胶、硅胶、聚氨酯或聚脲中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述基材板的材料为环氧树脂或酚醛树脂；所述金属箔层的材料为铜箔或镍箔；所述涂覆层的材料为硅胶。
8.根据权利要求7所述的燃料电池的集电板，其特征在于：所述硅胶为无色透明硅胶。
9.根据权利要求1～8所述的燃料电池的集电板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在非金属基材板的一个侧面上粘贴或者镶嵌金属箔层；
（2）在金属箔层的表面镀上镀金层；
（3）在非金属基材板的另一个侧面上涂覆涂覆层。
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