CN106876740B - 一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法，该方法包括以下步骤：(a)将软石墨阴极板和软石墨阳极板分别缠绕在一对放卷辊(1)上；(b)将从放卷辊引出的阴极板和阳极板分别通过一对涂胶辊(2)，在阴极板和阳极板一侧涂胶；(c)将涂胶后的阴极板和阳极板通过引导辊(3)，引导至压合辊(4)压合在一起，然后在高温烘箱(5)中高温粘合，最后得到的双极板收卷在收卷辊(6)上。与现有技术相比，本发明用流水线的机械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本，并且通过连续化的生产，得到的双极板一致性好，质量优良，可用于大批量的双极板生产。

Description

一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法。
背景技术
燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极),该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。
为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命：(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度支持。
为完成上述功能，双极板的材料需要具有高电导率、足够的机械强度、良好的热导、气体透过率低、抗腐蚀且能在电池工作环境中化学稳定相当长的时间。此外，考虑到设计与易于加工制造的需要，双极板的材料还应该具备重量轻，体积小，成本低廉，甚至要求可回收利用等特征。
现有的双极板一般为金属双极板或石墨双极板，因为金属双极板存在成形精度、防腐等瓶颈问题，所以石墨双极板在燃料电池中的运用比较普遍。石墨双极板的制作过程：先将石墨板裁剪成需要的大小后，再模压或蚀刻等方式在其表面形成流场，最后再将带有流场的单极板黏贴在一起制成双极板。整个过程都是手工操作，尤其是将两个石墨单极板粘合在一起形成双极板都是通过手工对齐，涂胶压合的，效率低，劳动强度大，而且对于操作工的要求高，不同的操作者制成的双极板可能性能完全不同。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种的燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法，包括以下步骤：
(1)将软石墨阴极板和软石墨阳极板分别缠绕在一对放卷辊上；
(2)将从放卷辊引出的阴极板和阳极板分别通过一对涂胶辊，在阴极板和阳极板一侧涂胶；
(3)将涂胶后的阴极板和阳极板通过引导辊引导至压合辊，压合在一起，然后在高温烘箱中高温粘合，最后得到的双极板收卷在收卷辊上。
所述的阴极板和阳极板的材质为软石墨，由于材料采用软石墨，所以使得阴极板和阳极板可以先进行模压流场，然后将阴极板和阳极板缠绕在卷辊上，实现了双极板的流水线化连续生产。
所述的阴极板和阳极板为已模压好流场的单极板，阴极板与阳极板的两侧均有流场，且阴极板一侧的流场与阳极板一侧的流场能够相互匹配。
所述的涂胶辊上的胶体温度需要控制在50℃以下，胶体厚度≤0.10㎜。
所述的压合辊前设有引导辊，阴极板和阳极板均引至同一对引导辊进行对准后贴合在一起，进入压合辊压合。
所述的引导辊由电机驱动，引导速度的控制系统与放卷辊的驱动系统联网同步，受定位弹簧的反馈控制，自动调节引导和放卷速度，所述的阴极板与阳极板在模压流场时，还同步完成了定位卡槽的加工，使得相临的两张极板临界处都有该定位卡槽，当阴极板带、阳极板带直线运动到指定位置时，定位弹簧自动弹出实现阴极板带、阳极板带的上下卡位对准。
所述的高温烘箱的温度为100-500℃，烘制时间≤10min。
所述的收卷辊的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊，其作用是将双极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的双极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。
成卷的软石墨双极板可进行切割后制作燃料电池，也可进行流水线生产成燃料电池单电池组后再进行切割。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)本发明用流水线的机械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本。
(2)本发明采用的阴阳极板的流场为固定的样式，经过引导辊的对准，可大大地提高阴阳极板的匹配精度。
(3)所有双极板都由流水线操作完成，不会发生两块双极板的性能相差很大的事故，保证生产的双极板质量的一致性。
附图说明
图1为本发明软石墨双极板的连续生产流水线示意图；
图2为本发明软石墨阴、阳两极板的定位、校准示意图；
其中，1为放卷辊，2为涂胶辊，3为引导辊，4为压合辊，5为高温烘箱，6为收卷辊，7为定位卡槽，8为定位弹簧。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
将软石墨材料进行模压流场，形成相互匹配的阴电极和阳电极，并将得到的阴电极和阳电极分别缠绕在放卷辊1上。
如图1所示，缠绕阴电极板的放卷辊1顺时针转动，将阴极软石墨板往前送至涂胶辊2；同时，缠绕阳电极板的放卷辊1逆时针转动，将阳极软石墨板往前送至涂胶辊2。放卷辊1的放卷驱动系统与引导辊3的引导速度控制系统联网同步，且受定位弹簧8的反馈控制，能自动调节引导和放卷速度。
阴极软石墨板经过涂胶辊2后，下侧面被涂上涂胶，阳极软石墨板经过涂胶辊2后，上侧面被涂上胶体，胶体温度需要控制在50℃以下，胶体厚度≤0.1㎜。
阴极软石墨板和阳极软石墨板经过涂胶辊2后，到达引导辊3，经过引导辊3的引导，使阴极软石墨板下侧面的流场与阳极软石墨板上侧面的流场相互匹配，并形成初步的接触粘合。该引导辊由电机驱动，引导速度的控制系统与放卷辊的驱动系统联网同步，受定位弹簧的反馈控制，能自动调节引导和放卷速度。
如图2所示，所述的引导辊3由电机驱动，引导速度的控制系统与放卷辊1的驱动系统联网同步，受定位弹簧8的反馈控制，能自动调节引导和放卷速度。前提是阴极板与阳极板在模压流场时，还同步完成了定位卡槽7的加工，使得相临的两张极板临界处都有该定位卡槽。当阴极板带、阳极板带直线运动到指定位置时，定位弹簧7自动弹出实现阴极板、阳极板的上下卡位对准。
将初步粘合的阴极软石墨板和阳极软石墨板继续往前送，到达压合辊4。压合辊为两个圆形滚轮，滚轮之间有间隙，间隙的直径略大于阴极软石墨板和阳极软石墨板的厚度之和，该压合辊的压力≤3.0MPa，压制时间≤10min。
经压合辊4压制过的双极板，继续前进到达高温烘箱5，该高温烘箱的温度为100-500℃，烘制时间≤10min。在高温烘箱内粘胶干燥固化，使双极板最终成型。成型后的双极板最终到达收卷辊6，缠绕在收卷辊之上，得到最终的产品。收卷辊的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊，其作用是将双极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的双极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。

Claims (3)

1.一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将软石墨阴极板和软石墨阳极板分别缠绕在一对放卷辊(1)上；
(2)将从放卷辊引出的阴极板和阳极板分别通过一对涂胶辊(2)，在阴极板和阳极板一侧涂胶；所述的涂胶辊(2)上的胶体温度需要控制在50℃以下，胶体厚度≤0.10㎜；
(3)将涂胶后的阴极板和阳极板通过引导辊(3)引导至压合辊(4)压合，然后通过高温烘箱(5)高温粘合，得到的双极板收卷在收卷辊(6)上；所述的压合辊(4)前设有引导辊(3)，阴极板和阳极板均引至同一对引导辊(3)进行对准后贴合在一起，进入压合辊(4)，该压合辊的压力≤3.0MPa，压制时间≤10min；所述的高温烘箱(5)的温度为100-500℃，烘制时间≤10min；所述的引导辊(3)由电机驱动，引导速度的控制系统与放卷辊的驱动系统联网同步，受定位弹簧的反馈控制，自动调节引导和放卷速度，所述的阴极板与阳极板在模压流场时，还同步完成了定位卡槽(8)的加工，使得相临的两张极板临界处都有该定位卡槽(8)，当阴极板带、阳极板带直线运动到指定位置时，定位弹簧(7)自动弹出实现阴极板带、阳极板带的上下卡位对准。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法，其特征在于，所述的阴极板和阳极板为已模压好流场的单极板。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用软石墨双极板的连续生产方法，其特征在于，所述的收卷辊(6)的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊，其作用是将双极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的双极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。
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