CN108321400A - 燃料电池模压双极板成对生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池模压双极板成对生产方法，压板：卷式供料机(1)将软石墨板原料带输送至阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)，在软石墨板原料带的正面左右两边分别进行阴极导流槽和阳极导流槽的压印，通过收卷辊(6)收卷；涂胶：将两卷极板带分别缠绕在放卷辊a(7)与放卷辊b(8)，使两卷极板带反面相对应，在冷却流场一侧涂胶；粘合：将涂胶后的成对极板带通过引导辊(10)引导至压合辊(11)压合；裁剪：将粘合得到的双极板通过位置校核装置(13)进行裁剪预定位，之后通过裁剪装置(14)进行成对剪切。与现有技术相比，本发明实现了双极板的成对流水线生产，具有效率高、精度高等优点。

Description

燃料电池模压双极板成对生产方法

技术领域

本发明属于燃料电池的制备领域，具体涉及一种燃料电池模压双极板成对生产方法。

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。

现有的模压板生产线是将连续批量化生产的单极板经过裁剪，得到阴、阳极单板，再通过传统的石墨双极板的制作方法来完成。传统的双极板制作过程就是将带有导流槽的单极板通过手工涂抹粘结剂将阴、阳极两块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现有技术的不足提供了一种实现了双极板的成对流水线生产，具有良好耐蚀性、导电导热性、阻气性与机械强度，成本低廉发燃料电池模压双极板成对生产方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种燃料电池模压双极板成对生产方法，包括以下步骤：

压板：卷式供料机将软石墨板原料带输送至阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机，在软石墨板原料带的正面左右两边分别进行阴极导流槽和阳极导流槽的压印，在软石墨板原料带的反面左右两边同时或单侧压印冷却流场，得到左右两边分别为成对带冷却流场的阴极单板和阳极单板流场的极板带，该极板带通过收卷辊收卷；其中，阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机的压力控制在1.0-2.0MPa，辊压出极板的速度为2-5min/对。此外，所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机可采用阴极流场平压板和阳极流场平压板进行替换。

涂胶：将两卷极板带分别缠绕在放卷辊a与放卷辊b，使两卷极板带反面相对应，分别引出后通过一对涂胶辊，在冷却流场一侧涂胶；

粘合：将涂胶后的成对极板带通过引导辊引导至压合辊压合，然后通过高温烘箱粘合烘干；

裁剪：将粘合得到的双极板通过位置校核装置进行裁剪预定位，之后通过裁剪装置进行成对剪切，分别置于流转载体中待用。

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上都设有两个嵌入式铝制模具，阴极流场滚筒印花机的模具上设有含一半冷却流场的阴极流场，阳极流场滚筒印花机上设有含一半冷却流场的阳极流场，分别位于产线左、右两侧，或阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机至少一个模具上设有冷却流场。

进一步地，所述的阴极流场滚筒印花机包括上下对应设置的上滚筒模具a和下滚筒模具a，其中，上滚筒模具a表面设有阴极流场模压槽，下滚筒模具a表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒模具a和下滚筒模具a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；所述的阳极流场滚筒印花机包括上下对应设置的上滚筒模具b和下滚筒模具b，其中，上滚筒模具b表面设有阳极流场模压槽，下滚筒b模具表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒模具b和下滚筒模具b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。

其中，阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机可以前后设置，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。

所述的阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机也可以设置在同一机架上，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。

上述两种方案中，阴极流场滚筒印花机和阳极流场滚筒印花机上均设有压力调整装置；所述的软石墨板原料两侧设有印花定位孔，为后续操作步提供精确的位置基准。通过两个印花机的压力调整装置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。

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的压合速度控制系统联网同步。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整辊，调整进入后一印花机的软石墨板原料带；所述的收卷辊的卷芯前面装有一个改变位置的跟踪辊，其作用是将柔性石墨极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的柔性石墨极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。

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。

(2)本发明的阴、阳单极板经过引导辊的对准，可大大地提高阴、阳极板粘合的匹配精度。同时也保证所生产的双极板质量的一致性。

(3)本发明实现了燃料电池模压阴、阳单极板成对批量生产，模压双极板用流水线的机械成对粘合，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。

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为本发明成对双极板的粘合、裁剪生产流水线示意图；

图3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4为本发明生产的成对单极板正面放大图；

图5为本发明生产的成对单极板反面放大图；

图6为本发明成对粘合后的双极板未裁剪前的正、反面示意图。

其中，1、卷式供料机，2、阴极流场滚筒印花机，21、上滚筒模具a，22、下滚筒模具a，3、调整辊，4、阳极流场滚筒印花机，41、上滚筒模具b，42、下滚筒模具b，5、树脂喷涂机，6、收卷辊，7、放卷辊a，8、放卷辊b，9、涂胶装置，10、引导辊，11、压合辊，12、高温烘箱，13、位置校核装置，14、裁剪装置，15、流转载体，16、压力调整装置，17、印花定位孔。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

实施例1

燃料电池模压双极板成对生产方法，包括以下步骤：

压板：如图1中，卷式供料机1将软石墨板原料带输送至阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4，在软石墨板原料带的正面左右两边分别进行阴极导流槽和阳极导流槽的压印，在软石墨板原料带的反面左右两边同时或单侧压印冷却流场，得到左右两边分别为成对阴极板和阳极板流场的极板带，通过树脂喷涂机5在极板带上喷涂树脂图层，此后，该极板带通过收卷辊6收卷；收卷辊6的卷芯前面装有一个改变位置的跟踪辊，其作用是将柔性石墨极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的柔性石墨极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。

如图3、图4、图5和图6，阴极流场滚筒印花机2阳极流场滚筒印花机4的具体结构和实现方式进行如下：阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4上都设有两个嵌入式铝制模具，阴极流场滚筒印花机2包括上下对应设置的上滚筒模具a 21和下滚筒模具a 22，其中，上滚筒模具a 21表面设有阴极流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒模具a 21和下滚筒模具a 22之间进行模压，使软石墨板原料一面模压出阴极流场；阳极流场滚筒印花机4包括上下对应设置的上滚筒模具b 41和下滚筒模具b 42，其中，上滚筒模具b 21表面设有阳极流场模压槽，下滚筒b模具42表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒模具b 41和下滚筒模具b 42之间进行模压，使软石墨板原料一面模压出阳极流场。阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4至少一个模具上设有冷却流场。

阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4前后设置，在两者之间设置一调整辊3，调整进入阳极流场滚筒印花机4的软石墨板原料带，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。所述的软石墨板原料两侧设有印花定位孔17，如图4所示。通过印花定位孔17、调整辊3等调节软石墨板带上模压各阴极导流槽和阳极导流槽的位置。

卷式供料机1的驱动系统与阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4的压合速度控制系统联网同步。如图3中，阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4上均设有压力调整装置16，压力控制在1.0-2.0MPa，辊压出极板的速度为2-5min/对。

涂胶：如图2所示，将两卷极板带分别缠绕在放卷辊a7与放卷辊b8，使两卷极板带反面相对应，分别引出后通过一对涂胶辊，在冷却流场一侧涂胶；

粘合：如图2所示，将涂胶后的成对极板带通过引导辊10引导至压合辊11压合，然后通过高温烘箱12粘合烘干；

裁剪：如图2所示，将粘合得到的双极板通过位置校核装置13进行裁剪预定位，之后通过裁剪装置14进行成对剪切，分别置于流转载体15中待用。

实施例2

在压板工艺步骤中，将图3中所示的阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4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。其余同实施例1。

实施例3

结合图1、图3、图5和图6，将阴极流场滚筒印花机2和阳极流场滚筒印花机4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上都设有两个嵌入式铝制模具，阴极流场平压板的模具上设有带冷却流场的阴极流场，阳极流场平压板上设有带冷却流场的阳极流场，分别位于产线左、右两侧，阴极流场平压板和阳极流场平压板至少一个模具上设有冷却流场。阴极流场平压板包括上下对应设置的上板模具a和下板模具a，其中，上板模具表面设有阴极流场模压槽，下板模具表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上板模具a和下板模具a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；所述的阳极流场平压板包括上下对应设置的上板模具b和下板模具b，其中，上板模具b表面设有阳极流场模压槽，下板b模具表面设有冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上板模具b和下板模具b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。其余同实施例1。

Claims (10)

1.一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

压板：卷式供料机(1)将软石墨板原料带输送至阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)，在软石墨板原料带的正面左右两边分别进行阴极导流槽和阳极导流槽的压印，在软石墨板原料带的反面左右两边同时或单侧压印冷却流场，得到左右两边分别为成对阴极板和阳极板流场的极板带，该极板带通过收卷辊(6)收卷；

涂胶：将两卷极板带分别缠绕在放卷辊a(7)与放卷辊b(8)，使两卷极板带反面相对应，分别引出后通过一对涂胶辊，在冷却流场一侧涂胶；

粘合：将涂胶后的成对极板带通过引导辊(10)引导至压合辊(11)压合，然后通过高温烘箱(12)粘合烘干；

裁剪：将粘合得到的双极板通过位置校核装置(13)进行裁剪预定位，之后通过裁剪装置(14)进行成对剪切，分别置于流转载体(15)中待用。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)的压力控制在1.0-2.0MPa，辊压出极板的速度为2-5min/对。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)上都设有两个嵌入式铝制模具，阴极流场滚筒印花机(2)的模具上设有对阴极流场和一半的冷却流场，阳极流场滚筒印花机(4)上设有阳极流场和一半的冷却流场，使得冷却流场对半设置于阴极流场和阳极流场的背面，且这对滚筒印花机分别位于产线左、右两侧，或者阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)至少一个模具上设有冷却流场。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)包括上下对应设置的上滚筒模具a(21)和下滚筒模具a(22)，其中，上滚筒模具a(21)表面设有阴极流场模压槽，下滚筒模具a(22)表面设有一半的冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒模具a(21)和下滚筒模具a(22)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；所述的阳极流场滚筒印花机(4)包括上下对应设置的上滚筒模具b(41)和下滚筒模具b(42)，其中，上滚筒模具b(21)表面设有阳极流场模压槽，下滚筒模具b(42)表面设有一半的冷却流场模压槽，软石墨板原料带进入上滚筒模具b(41)和下滚筒模具b(42)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。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)采用阴极流场平压板和阳极流场平压板进行替换。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)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。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)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。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)上均设有压力调整装置(16)；所述的软石墨板原料两侧设有印花定位孔(17)。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，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(2)和阳极流场滚筒印花机(4)的压合速度通过控制系统联网同步。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池模压双极板成对生产方法，其特征在于，所述的阴极流场滚筒印花机(2)和阳极流场滚筒印花机(4)前后设置时，在两者之间设置一调整辊(3)，作用是调整进入后一印花机的软石墨板原料带；所述的收卷辊的卷芯前面装有一个改变位置的跟踪辊。