CN105742660A - 一种石墨复合双极板及燃料电池电堆 - Google Patents

一种石墨复合双极板及燃料电池电堆 Download PDF

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孙公权
姬峰
杨林林
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Abstract

一种石墨复合双极板，由石墨材料、树脂和金属粉末混合压制成板状材料后于其两侧表面刻蚀流场后得到；所述金属粉末为铝或铜；所述金属粉末于双极板中的含量为1％-50％，优选为5％-15％；所述双极板的燃料电池电堆，包括依次交替层叠的双极板和膜电极，以及位于层叠后组件两端的端板，当电堆在不低于-20℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量不高于12mg/cm2。与现有技术相比本发明具有低能耗、实施方便等的优点。

Description

一种石墨复合双极板及燃料电池电堆
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体的说涉及一种燃料电池电堆用双极板及适用于低温环境下贮存及启动的采用该双极板的燃料电池电堆。
背景技术
燃料电池在户外使用时不可避免地会遇到低温(零下)环境，在低温下水冰相变会对MEA造成损伤，因此控制膜电极的水含量是解决燃料电池低温使用的关键。低温储存时，电池内水含量要低以避免水冰相变带来的损伤，低温启动时，水含量要适中，既确保膜的电导率不能太低，又要防止阴极水结冰过多阻碍氧传质。
针对上述问题，目前的解决办法分为：1)保温2)启动时快速升温3)除水。其中除水的方式又分为：气体吹扫、抽真空除水、毛细排水、温差驱动除水，常见的是用氮气吹扫除水，但该方法需额外耗能。抽真空除水在实验室易实现，但在电池系统中并不可行。利用温差驱动除水，无需额外耗能且实施方便。
温差驱动除水的原理是利用温度差引起的化学势差进行水的传递，具体如下：燃料电池单池各组件的热导率不同，所处环境亦不同，在降温过程中各组件存在温度差。温度不同，水的化学势也不同，水会从化学势高的区域传向化学势低的区域，通过合理设置这一温差，使水在降温过程中由膜向极板方向的传质通量增大，以减小结冰对MEA的破坏。燃料电池电堆在降温过程中，中部温度高，两端温度低，水会向低温测移动。
发明内容
一种石墨复合双极板，由石墨材料、树脂和金属粉末混合压制成板状材料后于其两侧表面刻蚀流场后得到，所述金属粉末于双极板中的含量为1％-50％；石墨材料于双极板中的含量30％-85％；树脂于双极板中的含量为5％-50％。
所述金属粉末于双极板中的含量优选为5％-15％；石墨材料于双极板中的含量优选为50％-80％；树脂于双极板中的含量为15％-35％。
所述金属粉末为铝和/或铜。
采用所述双极板的燃料电池电堆，包括依次交替层叠的双极板和膜电极，以及位于层叠后组件两端的端板，在燃料电池降温过程中，双极板与膜电极之间由于降温速率不同产生的温度差驱动水汽从膜电极迁移到双极板，从而降低膜电极内部的水含量，本发明通过在石墨双极板中添加导热性强的金属粉末，既可以提高石墨的机械强度又可提高其导热性能，进而提高双极板的降温速率，增加双极板与膜电极内水的化学势差，以利于水由膜电极流向极板，解决低温下燃料电池电堆的储存与启动问题，当电堆在不低于-20℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量不高于12mg/cm2。
当电堆在-20℃至-10℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量为7-10mg/cm2；当电堆在-10℃至0℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量为8-11mg/cm2g/cm2。
与现有技术相比本发明具有低能耗、实施方便等的优点。
附图说明
图1为流场结构示意图。
具体实施方式
实施例1
采用石墨粉末、树脂和金属铝粉混合压制石墨复合双极板，金属铝粉的质量含量为5％。双极板双面均刻蚀有蛇形流场，双极板的大小为7.5cm×5cm。
采用上述5个双极板与5片商品膜电极(JM)依次交替堆叠后两端组装端板形成燃料电池电堆。
将上述处于正常工作条件下的燃料电池电堆停止运行并转移到-20℃条件下降温冷却，待电堆至环境温度时，测试电堆膜电极中的含水量。测试结果表面，各膜电极中的平均含水量为9mg/cm2。
实施例2
采用石墨粉末、树脂和金属铜粉混合压制石墨复合双极板，金属铜粉的质量含量为5％。双极板双面均刻蚀有蛇形流场，双极板的大小为7.5cm×5cm。
采用上述5个双极板与5片商品膜电极(JM)依次交替堆叠后两端组装端板形成燃料电池电堆。
将上述处于正常工作条件下的燃料电池电堆停止运行并转移到-10℃条件下降温冷却，待电堆至环境温度时，测试电堆膜电极中的含水量。测试结果表面，各膜电极中的平均含水量为10mg/cm2。
对比例1
采用普通石墨双极板组装燃料电池电堆。双极板流场及大小均与实施例1中相同。采用上述5个双极板与5片商品膜电极(JM)依次交替堆叠后两端组装端板形成燃料电池电堆。
将上述处于正常工作条件下的燃料电池电堆停止运行并转移到-20℃条件下降温冷却，待电堆至环境温度时，测试电堆膜电极中的含水量。测试结果表面，各膜电极中的平均含水量为12mg/cm2。
对比例2
双极板及燃料电池电堆均与对比例1中的相同，将上述处于正常工作条件下的燃料电池电堆停止运行并转移到-10℃条件下降温冷却，待电堆至环境温度时，测试电堆膜电极中的含水量。测试结果表面，各膜电极中的平均含水量为12.5mg/cm2。

Claims (6)

1.一种石墨复合双极板，其特征在于：由石墨材料、树脂和金属粉末混合压制成板状材料后于其两侧表面刻蚀流场后得到；所述金属粉末于双极板中的含量为1％-50％；石墨材料于双极板中的含量为30％-85％；树脂于双极板中的含量为5％-50％。
2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述金属粉末为铝和/或铜。
3.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述金属粉末于双极板中的含量优选为5％-15％；石墨材料于双极板中的含量优选为50％-80％；树脂于双极板中的优选含量为15％-35％。
4.一种采用权利要求1-3任一所述双极板的燃料电池电堆，包括依次交替层叠的双极板和膜电极，以及位于层叠后组件两端的端板，其特征在于：当电堆在不低于-20℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量不高于12mg/cm2。
5.如权利要求4所述双极板的燃料电池电堆，其特征在于：当电堆在-20℃至-10℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量为7-10mg/cm2。
6.如权利要求4所述双极板的燃料电池电堆，其特征在于：当电堆在-10℃至0℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量为8-11mg/cm2。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107154503A (zh) * 2017-04-20 2017-09-12 清华大学 一种可快速冷启动的长寿命燃料电池电堆模块
WO2019060503A3 (en) * 2017-09-20 2019-05-31 eChemion, Inc. Manufacturing enhanced graphite metallic bipolar plate materials
CN109841865A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 吕伟 一种超薄金属双极板及其制备方法和包含其的燃料电池

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1264499A (zh) * 1997-05-20 2000-08-23 瓦斯技术协会 质子交换膜燃料电池双极性隔板
US20050001352A1 (en) * 2003-07-02 2005-01-06 Industrial Technology Research Institute Preparation of fuel cell composite bipolar plate
CN1710738A (zh) * 2005-07-08 2005-12-21 哈尔滨工业大学 燃料电池的一种复合材料双极板及其制作方法
CN101546833A (zh) * 2009-04-27 2009-09-30 南通大学 直接醇类燃料电池异型多孔阴极支撑体成形防变形方法
CN102064328A (zh) * 2010-12-02 2011-05-18 北京印刷学院 质子交换膜燃料电池用的复合材料双极板及其制作方法
CN102074714A (zh) * 2010-12-17 2011-05-25 湖南大学 一种以过渡金属—石墨层间复合物为填料制备燃料电池双极板的方法
KR20120121568A (ko) * 2011-04-27 2012-11-06 전자부품연구원 카본-흑연-금속 복합계 바이폴라 플레이트 및 그를 갖는 레독스 플로우 이차전지

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1264499A (zh) * 1997-05-20 2000-08-23 瓦斯技术协会 质子交换膜燃料电池双极性隔板
US20050001352A1 (en) * 2003-07-02 2005-01-06 Industrial Technology Research Institute Preparation of fuel cell composite bipolar plate
CN1710738A (zh) * 2005-07-08 2005-12-21 哈尔滨工业大学 燃料电池的一种复合材料双极板及其制作方法
CN101546833A (zh) * 2009-04-27 2009-09-30 南通大学 直接醇类燃料电池异型多孔阴极支撑体成形防变形方法
CN102064328A (zh) * 2010-12-02 2011-05-18 北京印刷学院 质子交换膜燃料电池用的复合材料双极板及其制作方法
CN102074714A (zh) * 2010-12-17 2011-05-25 湖南大学 一种以过渡金属—石墨层间复合物为填料制备燃料电池双极板的方法
KR20120121568A (ko) * 2011-04-27 2012-11-06 전자부품연구원 카본-흑연-금속 복합계 바이폴라 플레이트 및 그를 갖는 레독스 플로우 이차전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
章俊良 等: "《燃料电池-原理•关键材料和技术》", 31 December 2004 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107154503A (zh) * 2017-04-20 2017-09-12 清华大学 一种可快速冷启动的长寿命燃料电池电堆模块
CN107154503B (zh) * 2017-04-20 2019-09-27 清华大学 一种可快速冷启动的长寿命燃料电池电堆模块
WO2019060503A3 (en) * 2017-09-20 2019-05-31 eChemion, Inc. Manufacturing enhanced graphite metallic bipolar plate materials
US11824229B2 (en) 2017-09-20 2023-11-21 Nexgen Materials, Llc Manufacturing enhanced graphite metallic bipolar plate materials
CN109841865A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 吕伟 一种超薄金属双极板及其制备方法和包含其的燃料电池

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