CN108155396A - 一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法 - Google Patents

一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，该方法包括以下步骤：(1)将软石墨板原料带从卷式供料机(1)上输出，分别先后经过阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者分别先后经过阴极流场平压板和阳极流场平压板，在软石墨板原料带两边分别模压出成对的阴极导流槽和阳极导流槽；(2)将得到的带有流场的软石墨板带缠绕在收卷辊中作为成套极板卷待用，或裁剪成对单板待用。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，得到的阴极单板和阳极单板一致性好，质量优良，可用于大批量生产。

Description

一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法
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模压阴极单板和阳极单板成对生产方法。
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。
现有的燃料电池单极板的模压生产线，可以批量化生产带流场的单极板，但是需要两条生产线，一条产线生产阴极单板，一条产线生产阳极单板，这对设备数量、场地都有一定的要求，导致生产成本也有所提高。现行燃料电池模压板产线也有同时压制两种流场的产线，但是同时压制阴、阳极流场存在技术瓶颈。由于阴、阳极板的厚度有差异，阴、阳极流场的深度要求也不一样，最后成型的单板会有厚度不均匀以及平整度等方面的差异。
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模压阴极单板和阳极单板成对生产方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将软石墨板原料带从卷式供料机上输出，先后经过阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者先后经过阴极流场平压板和阳极流场平压板，在软石墨板原料带两边分别模压出成对的含冷却流场的阴极导流槽和阳极导流槽；
(2)将得到的带有流场的软石墨板带缠绕在收卷辊中作为成套极板卷待用，或裁剪成对单板待用。
进一步地，所述的阴极流场滚筒印花机为采用两个嵌入式铝制模具的阴极滚压辊，包括上下对应设置的上滚筒a和下滚筒a，其中，上滚筒a表面设有阴极流场模压槽，下滚筒a表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒a和下滚筒a之间进行模压，使软石墨板原料模压出带有冷却流场的阴极单板。
进一步地，所述的阳极流场滚筒印花机为阳极滚压辊，包括上下对应设置的上滚筒b和下滚筒b，其中，上滚筒b表面设有阳极流场模压槽，下滚筒b表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒b和下滚筒b之间进行模压，使软石墨板原料模压出带有冷却流场的阳极单板。
进一步地，所述的下滚筒a和下滚筒b表面均设有对半的冷却流场模压槽，或者只有其中一个滚筒上设有冷却流场模压槽。
进一步地，所述的阴极流场平压板和阳极流场平压板均由两个上下设置的对应平压板组成，其中，组成阴极流场平压板的一对平压板中一个表面设有阴极流场模压槽，另一个表面为平板或设有冷却流场模压槽，组成阳极流场平压板的对平压板中一个表面设有阳极流场模压槽，另一个表面为平板或设有冷却流场模压槽；且阴极流场平压板和阳极流场平压板至少一个平压板表面设有冷却流场模压槽。
进一步地，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者阴极流场平压板和阳极流场平压板的压力在1.0～2.0MPa，模压速度为2-5min/块。
进一步地，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机前后设置，且各印花机上的滚筒分别设置软石墨板带左右两侧，两者间的间距为使软石墨板带上除第一块阴极导流槽或阳极导流槽外，其余阴极导流槽和阳极导流槽均成对对称设置在软石墨带左右两侧。
进一步地，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机设置在同一机架上，其中阴极流场滚筒和阳极流场滚筒并排对称设置在机架左右两侧，使软石墨板带左右两侧同时模压出成对对称设置阴极导流槽和阳极导流槽。
进一步地，所述的卷式供料机的驱动系统与阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者阴极流场平压板和阳极流场平压板的压合速度控制系统联网同步。
进一步地，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机前后设置时，在两者之间设置一调压辊，作用是调整进入后一印花机的软石墨板原料带，并在软石墨板原料带两侧设有定位孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)本发明能保证同一卷轴上不同厚度的阴、阳极板成型的均匀性，以及两种规格极板的平整度。
(2)本发明所有的阴、阳单极板都由流水线操作完成，且成对生产，不会发生阴、阳极板粘合数量不匹配问题，同时也保证生产的单极板质量的一致性。
附图说明
图1为本发明成对单极板卷的辊压、成卷生产流水线示意图；
图2为本发明阴极滚筒印花机与阳极滚筒印花机的布置示意图；
图3为本发明生产出的成对阴、阳单极板正面放大图；
图4为本发明生产的成对阴、阳单极板反面放大图；
图5为本发明成对单极板卷的辊压、裁剪生产流水线示意图；
其中，1为卷式供料机，2为阴极滚压辊，3为调整辊，4为阳极滚压辊，5为树脂喷涂机，6为裁剪装置，7为流转载体，8为收卷辊，9为印花定位孔，10为实时压力调整装置。
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
本发明是以成卷的软石墨板带为原料，经过两个分别带有阴极流场和阳极流场的模具，在软石墨板带表面左右两侧模压出对称的成对设置的含冷却流场的阴极导流槽和阳极导流槽，得到带有阴极板和阳极板的卷带，流水线操作、高效差错少。具体如下所述：
如图1所示，燃料电池模压阴极板和阳极板成对生产方法，包括以下步骤：
(1)将软石墨板原料带从卷式供料机1上输出，经过前后设置的阴极滚压辊2和阳极滚压辊4，并在阴极滚压辊2和阳极滚压辊4之间设有调整辊3，调整进入后一滚压辊的软石墨板原料带，并在软石墨板原料带两侧设有定位孔9调整定位，在软石墨板原料带两边分别模压出成对的含冷却流场的阴极导流槽和阳极导流槽；
如图3所示，其中阴极滚压辊2采用两个嵌入式铝制模具，其结构包括上下对应设置的上滚筒a21和下滚筒a22，其中，上滚筒a21表面设有阴极流场模压槽，上滚筒a22表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒a21和下滚筒a22之间进行模压，使软石墨板原料模压出带冷却流场的阴极单板。
阳极滚压辊4也采用两个嵌入式铝制模具，其结构包括上下对应设置的上滚筒b41和下滚筒b42，其中，上滚筒b21表面设有阳极流场模压槽，下滚筒b42表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒b41和下滚筒b42之间进行模压，使软石墨板原料模压出带冷却流场的阳极单板；
下滚筒a22和下滚筒b42表面均设有对半的冷却流场模压槽，或者只有其中一个滚筒上设有冷却流场模压槽，保证在将最终得到的阴极板和阳极板在组装后中间能形成完整的冷却流场。
卷式供料机1的驱动系统与阴极滚压辊2和阳极滚压辊4的压合速度控制系统联网同步。通过阴极滚压辊2和阳极滚压辊4的实时压力调整装置10实时联动调整和监测阴极流场压制以及阳极流场压制的压力，一般压力在1.0～2.0MPa，模压速度为2-5min/块。
(2)将得到的带有流场的软石墨板带缠绕在收卷辊8中作为成套极板卷待用。生产出的成对单极板正面放大图如图3所示，反面放大图如图4所示。
实施例2
本发明是以成卷的软石墨板带为原料，经过两个分别带有阴极流场和阳极流场的模具，在软石墨板带表面左右两侧模压出对称的成对设置的带有冷却流场的阴极导流槽和阳极导流槽，然后经过裁剪得到阴极板和阳极板，流水线操作、高效差错少。如图5所示，
(1)将软石墨板原料带从卷式供料机1上输出，经过前后设置的阴极滚压辊2和阳极滚压辊4，并在阴极滚压辊2和阳极滚压辊4之间设有调整辊3，在软石墨板原料带两边分别模压出成对的带有冷却流场的阴极导流槽和阳极导流槽；
(2)将得到的带有流场的软石墨板带经过树脂喷涂机5喷涂树脂，然后进入裁剪装置6裁剪成阴极板和阳极板单电池，分别落入流转载体7中待用。其余同实施例1。
实施例3
阴极滚筒印花机与阳极滚筒印花机替换为阴极流场平压板和阳极流场平压板,阴极流场平压板和阳极流场平压板均由两个上下设置的对应平压板组成，其中，组成阴极流场平压板的一对平压板中一个表面设有阴极流场模压槽，另一个表面为平板或设有冷却流场模压槽，组成阳极流场平压板的对平压板中一个表面设有阳极流场模压槽，另一个表面为平板或设有冷却流场模压槽；且阴极流场平压板和阳极流场平压板至少一个平压板表面设有冷却流场模压槽。其余同实施例1。

Claims (10)

1.一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将软石墨板原料带从卷式供料机(1)上输出，先后经过阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者先后经过阴极流场平压板和阳极流场平压板，在软石墨板原料带两边分别模压出成对的含冷却流场的阴极导流槽和阳极导流槽；
(2)将得到的带有流场的软石墨板带缠绕在收卷辊中作为成套极板卷待用，或裁剪成对单板待用。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机为采用两个嵌入式铝制模具的阴极滚压辊(2)，包括上下对应设置的上滚筒a(21)和下滚筒a(22)，其中，上滚筒a(21)表面设有阴极流场模压槽，下滚筒a(22)表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒a(21)和下滚筒a(22)之间进行模压，使软石墨板原料模压出背面带冷却流场的阴极单板。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阳极流场滚筒印花机为阳极滚压辊(4)，包括上下对应设置的上滚筒b(41)和下滚筒b(42)，其中，上滚筒b(21)表面设有阳极流场模压槽，下滚筒b(42)表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒b(41)和下滚筒b(42)之间进行模压，使软石墨板原料模压出背面带冷却流场的阳极单场。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的下滚筒a(22)和下滚筒b(42)表面均设有一半的冷却流场模压槽，阴极单板和阳极单板两者的背面冷却流场组合后方可形成完整的冷却流场，也就是冷却流场对半分于阴极单板和阳极单板背面，或者只有其中一个滚筒上设有冷却流场模压槽，也就是冷却流场只位于一种单板的背面，是阴极单板或者是阳极单板。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场平压板和阳极流场平压板均由两个上下设置的对应平压板组成，其中，组成阴极流场平压板的一对平压板中一个表面设有阴极流场模压槽，另一个表面为平板或设有冷却流场模压槽，组成阳极流场平压板的一对平压板中一个表面设有阳极流场模压槽，另一个表面为平板或设有冷却流场模压槽；且阴极流场平压板和阳极流场平压板至少一个平压板表面设有冷却流场模压槽。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者阴极流场平压板和阳极流场平压板的压力在1.0～2.0MPa，模压速度为2-5min/块。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机前后设置，且各印花机上的滚筒分别设置于软石墨板带左右两侧，两者间的间距为使软石墨板带上除第一块阴极导流槽或阳极导流槽外，其余阴极导流槽和阳极导流槽均成对对称设置在软石墨带左右两侧。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机设置在同一机架上，其中阴极流场滚筒和阳极流场滚筒并排对称设置在机架左右两侧，使软石墨板带左右两侧同时模压出成对对称设置的阴极导流槽和阳极导流槽。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的卷式供料机(1)的驱动系统与阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，或者阴极流场平压板和阳极流场平压板的压合速度控制系统联网同步。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压阴极单板和阳极单板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机前后设置时，在两者之间设置一调压辊，作用是调整进入后一印花机的软石墨板原料带，并在软石墨板原料带两侧设有定位孔。
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