CN108878920A - 燃料电池单极板表面处理的方法 - Google Patents

燃料电池单极板表面处理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池单极板表面处理的方法，包括下列步骤：(1)首先将燃料电池单极板移动到传送带上，经过剖光处理；(2)对传送带上的燃料电池单极板依次进行抛丸或喷砂处理，处理时采用单个或多个喷嘴进行；(3)然后采用超声波清洗，将多个燃料电池单极板浸泡在带有化学制剂的仪器中，利用超声波高频振动对燃料电池单极板的表面进行清洗；(4)对燃料电池单极板进行自然晾干或者烘干，对于还存在的污点进行激光清洗，在每个步骤之间设置有检测装置，对于符合条件的燃料电池单极板，取出不再进行后面步骤的处理。本发明操作简单，效率高，表面处理的极板电导率、接触电阻和平面度均有较大的改善；没有引入其他杂质，或引起极板材料变质。

Description

燃料电池单极板表面处理的方法
技术领域
本发明涉及表面处理方法，具体而言涉及一种燃料电池单极板表面处理的方法。
背景技术
目前通过机加工、模压、注塑或冲压等方法制备的燃料电池单极板表面粗糙，存在毛刺或飞边，复合材料单极板由于结合剂树脂或脱模剂容易在表面富集，使得极板电导率较低，接触电阻较大；如果采用表面砂纸打磨，效率低，速度慢，此外，极板表面通常具有流道结构，流道尺寸精度要求高，砂纸打磨无法保证精度和一致性，表面打磨后，一般还需要吹扫或水清洗等后处理工艺，整个过程复杂繁琐。
发明内容
本发明提供一种燃料电池单极板表面处理的方法，解决了上述问题，其技术方案如下所述：
一种燃料电池单极板表面处理的方法，包括下列步骤：
(1)首先将燃料电池单极板移动到传送带上，经过剖光处理；
(2)对传送带上的燃料电池单极板依次进行抛丸或喷砂处理，处理时采用单个或多个喷嘴进行；
(3)然后采用超声波清洗，将多个燃料电池单极板浸泡在带有化学制剂的仪器中，利用超声波高频振动对燃料电池单极板的表面进行清洗；
(4)对燃料电池单极板进行自然晾干或者烘干，对于还存在的污点进行激光清洗。
在每个步骤之间设置有检测装置，对于符合条件的燃料电池单极板，取出不再进行后面步骤的处理。
步骤(1)中，剖光清洗采用采用单个或多个刷棍，在板带的上下表面高速旋转刷去极板表面杂质及附着物，从而对燃料电池单极板进行打磨，单个刷棍的宽度大于燃料电池单极板的最大宽度，避免燃料电池单极板或刷棍的往复运动，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，工件设置有防松装置；
2)然后刷棍进行打磨，刷棍运动方向与工件运动方向相反；
3)燃料电池单极板的表面清理一次完成；
4)刷棍后端配有高压气喷嘴，对清洗掉的灰尘杂质进行吹扫；
5)清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
步骤(2)中，抛丸清洗方法中，采用专业抛丸机，采用单个或多个喷嘴，对工件进行喷丸打磨，使用细小的金属球，对工件表面进行喷射打磨，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
2)工件进入喷丸设备进行清洗；
3)表面清理一次完成；
4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
步骤(2)中，喷砂清洗方法中，采用单个或多个喷嘴，喷嘴采用高压气体，通过虹吸原理，将细沙与气体混合对工件进行喷丸打磨，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
2)喷嘴下端配套吸尘设备，对砂进行回收；
3)表面清理一次完成；
4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
进一步的，步骤(3)中，超声波清洗方法中，清洗液中含有化学制剂，通过超声波高频振动，对板子表面打磨，所述化学制剂为一种或者混合试剂，与水的体积比为5-20％，并采用专用的容器盛放清洗液，开启超声波震动；清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
步骤(4)中，激光清洗方法中，采用单束激光，使涂覆层因吸收聚焦的激光能量升华而被去除，对基体表面几乎没有影响，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，无需防松装置；
2)设置配套的高压除尘设备，对清洗的杂质进行吹扫；
3)表面清理一次完成，清理厚度最小可达1μm；
4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干。
此外，喷砂清洗中，喷嘴截面积不大于5cm2，燃料电池单极板工件以2cm/秒-6cm/秒的速度移动，采用单头或多头方式，对工件进行清洗。
超声波清洗实现批量清洗或者单件快速清洗。
所述燃料电池单极板表面处理的方法具有以下优点：操作简单，效率高，平均每片极板1分钟内处理完成；处理效果一致性好；不会引入其他杂质，或引起板子材料变质；表面处理的极板电导率、接触电阻和平面度都有较大的改善。
附图说明
图1是剖光清洗的示意图及燃料电池单极板位置放置示意图；
图2是喷砂或抛丸清洗的示意图及燃料电池单极板位置放置示意图；
图3是超声波清洗的示意图；
图4是激光清洗的示意图及燃料电池单极板位置放置示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种燃料电池单极板表面处理的方法，包括下列步骤：
(1)首先将燃料电池单极板移动到传送带上，经过剖光处理；
(2)对传送带上的燃料电池单极板依次进行抛丸或喷砂处理，处理时采用单个或多个喷嘴进行；
(3)然后采用超声波清洗，将多个燃料电池单极板浸泡在带有化学制剂的仪器中，利用超声波高频振动对燃料电池单极板的表面进行清洗；
(4)对燃料电池单极板进行自然晾干或者烘干，对于还存在的污点进行激光清洗。
在每个步骤之间设置有检测装置，对于符合条件的燃料电池单极板，取出不再进行后面步骤的处理。
其中，超声波清洗需将极板浸泡在带有化学制剂的仪器中，利用超声波高频振动对极板表面进行清洗；剖光清洗采用刷棍，在板带的上下表面高速旋转刷去极板表面杂质及附着物；抛丸采用专业抛丸机，使用细小的金属球，对工件表面进行喷射打磨；喷砂采用压缩空气与细沙的虹吸原理，对极板表面进行处理；激光清洗是利用涂覆层吸收聚焦的激光能量而升华被去除。
超声波清洗采用浸泡方式，可以一次进行批量清洗；剖光采用单个或几个刷棍，对工件进行打磨，单个刷棍的宽度大于工件最大宽度，避免工件或刷棍的往复运动；抛丸采用单个或多个喷嘴，对工件进行打磨；喷砂喷口截面积不大于5cm2，工件以2cm/秒-6cm/秒的速度移动，采用单头或多头方式，对工件进行清洗。
激光清洗可根据需要设定激光束宽度，对工件进行一次性清洗，同时根据清洗厚度设定激光功率大小。同一部位持续喷射持续时间不超过1秒，因为在1s内就可以确保能够处理完成，通过检测电导率、粗糙度来判断单极板表面处理是否完成。
清洗完毕，单极板采用自然风干、风扇吹干或低温加热蒸发。
以下是各清洗方法的具体描述：
1、剖光清洗方法中，采用单个或多个刷棍，对工件进行打磨，单个刷棍的宽度大于工件最大宽度，避免工件或刷棍的往复运动，其中：
(1)工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
(2)刷棍运动方向与工件运动方向相反；
(3)表面清理一次完成；
(4)需配高压气喷嘴，对清洗掉的灰尘杂质进行吹扫；
(5)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干即可。
2、抛丸清洗方法中，采用单个或多个喷嘴，对工件进行喷丸打磨，其中：
(1)工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
(2)工件进入喷丸设备进行清洗；
(3)表面清理一次完成；
(4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干即可。
3、喷砂清洗方法中，采用单个或多个喷嘴，喷嘴采用高压气体，通过虹吸原理，将细沙与气体混合对工件进行喷丸打磨，其中：
(1)工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
(2)需配套吸尘设备，对砂进行回收；
(3)表面清理一次完成；
(4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干即可。
4、超声波清洗方法中，清洗液中含有化学制剂，通过超声波高频振动，对板子表面打磨，其中：
(1)化学制剂为一种或者混合试剂；
(2)与水的体积比约为5-20％(根据一次性的极板清洗数量决定)；
(3)采用专用的容器盛放清洗液，开启超声波震动；
(4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干即可。
5、激光清洗方法中，采用单束激光，使涂覆层因吸收聚焦的激光能量升华而被去除，能量很大但时间很短，对基体表面几乎没有影响，其中：
(1)工件放置于传送带上，无需防松装置；
(2)需配套高压除尘设备，对清洗的杂质进行吹扫；
(3)表面清理一次完成，清理厚度最小可达1μm；
(4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干即可。
以下针对每种清洁方法单独进行试验，说明相关的每种清洁方法的使用效率：
实施方式一
本实施例采用剖光法清洗表面的方法，如图1所示。处理前，测量极板的电导率、接触电阻和平面度，分别为85S/cm、25mΩ·cm2、0.08mm。超声波清洗处理极板表面，整个用时为1min，然后对处理后的单极板进行电导率、接触电阻和平面度检测，结果分别为96S/cm、20mΩ·cm2、0.05mm，可以发现，电导率、接触电阻、平面度有明显改善，表面处理效果良好。
为了证实超剖光清洗方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，应用X射线能谱仪(EDS)对处理前后的表面进行元素分析。由于复合极板中树脂含有O元素，还可以通过O元素的量变化来判断极板表面树脂含量的变化。检测结果如表1所示。
从表中可以看出，处理前后元素种类并没有变化，而且O元素减少了0.9％，所以该处理方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，只是减少了表面树脂含量，从而改善了极板的电导率以及接触电阻。
实施方式二
本实施例采用喷砂、剖丸法清洗表面的方法，如图2所示。处理前，测量极板的电导率、接触电阻和平面度，分别为85S/cm、25mΩ·cm2、0.08mm。超声波清洗处理极板表面，整个用时为1min，然后对处理后的单极板进行电导率、接触电阻和平面度检测，结果分别为90S/cm、19mΩ·cm2、0.07mm，可以发现，电导率、接触电阻、平面度均有改善，表面处理效果良好。
为了证实喷砂、剖丸方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，应用X射线能谱仪(EDS)对处理前后的表面进行元素分析。由于复合极板中树脂含有O元素，还可以通过O元素的量变化来判断极板表面树脂含量的变化。检测结果如表1所示。
从表中可以看出，处理前后元素种类并没有变化，而且O元素减少了1.9％，所以该处理方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，只是减少了表面树脂含量，从而改善了极板的电导率以及接触电阻。
实施方式三
本实施例采用超声波清洗表面的方法，如图3所示。处理前，测量极板的电导率、接触电阻和平面度，分别为85S/cm、25mΩ·cm2、0.08mm。超声波清洗处理极板表面，整个用时为10min(同时处理数量不低于20件产品)，然后对处理后的单极板进行电导率、接触电阻和平面度检测，结果分别为95S/cm、20mΩ·cm2、0.1mm，可以发现，电导率、接触电阻有明显改善，平面度略有降低，但满足产品使用需求，表面处理效果良好。
为了证实超声波清洗方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，应用X射线能谱仪(EDS)对处理前后的表面进行元素分析。由于复合极板中树脂含有O元素，还可以通过O元素的量变化来判断极板表面树脂含量的变化。检测结果如表1所示。
从表中可以看出，处理前后元素种类并没有变化，而且O元素减少了2％，所以该处理方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，只是减少了表面树脂含量，从而改善了极板的电导率以及接触电阻。
实施方式四
本实施例采用激光清洗表面的方法，如图4所示。处理前，测量极板的电导率、接触电阻和平面度，分别为85S/cm、25mΩ·cm2、0.08mm。激光清洗处理极板表面，整个用时为50s，然后对处理后的单极板进行电导率、接触电阻和平面度检测，结果分别为100S/cm、15mΩ·cm2、0.03mm，可以发现，电导率、接触电阻和平面度均有明显改善，表面处理效果良好。
为了证实激光处理方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，应用X射线能谱仪(EDS)对处理前后的表面进行元素分析。由于复合极板中树脂含有O元素，还可以通过特征元素O元素的量变化来判断极板表面树脂含量的变化。检测结果如表1所示。
从表中可以看出，处理前后元素种类并没有变化，而且O元素减少了2.7％，所以激光处理方法不会引入其他杂质，或引起板子材料变质，只是减少了表面树脂含量，从而改善了极板的电导率以及接触电阻。
表1
发明中进行表面处理的燃料电池单极板具有以下特点：
(1)单极板为双面流道结构，流道尺寸精度高；
(2)复合材料单极板成型后，表面容易富集一层导电性差的大分子，
(3)单极板表面平面度较高；
本发明操作简单；效率高，平均每片极板1分钟内处理完成；表面处理的极板电导率、接触电阻和平面度均有较大的改善；没有引入其他杂质，或引起极板材料变质。

Claims (9)

1.一种燃料电池单极板表面处理的方法，包括下列步骤：
(1)首先将燃料电池单极板移动到传送带上，经过剖光处理；
(2)对传送带上的燃料电池单极板依次进行抛丸或喷砂处理，处理时采用单个或多个喷嘴进行；
(3)然后采用超声波清洗，将多个燃料电池单极板浸泡在带有化学制剂的仪器中，利用超声波高频振动对燃料电池单极板的表面进行清洗；
(4)对燃料电池单极板进行自然晾干或者烘干，对于还存在的污点进行激光清洗。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：在每个步骤之间设置有检测装置，对于符合条件的燃料电池单极板，取出不再进行后面步骤的处理。
3.根据权利要求1所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：步骤(1)中，剖光清洗采用采用单个或多个刷棍，在板带的上下表面高速旋转刷去极板表面杂质及附着物，从而对燃料电池单极板进行打磨，单个刷棍的宽度大于燃料电池单极板的最大宽度，避免燃料电池单极板或刷棍的往复运动，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，工件设置有防松装置；
2)然后刷棍进行打磨，刷棍运动方向与工件运动方向相反；
3)燃料电池单极板的表面清理一次完成；
4)刷棍后端配有高压气喷嘴，对清洗掉的灰尘杂质进行吹扫；
5)清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
4.根据权利要求1所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：步骤(2)中，抛丸清洗方法中，采用专业抛丸机，采用单个或多个喷嘴，对工件进行喷丸打磨，使用细小的金属球，对工件表面进行喷射打磨，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
2)工件进入喷丸设备进行清洗；
3)表面清理一次完成；
4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
5.根据权利要求1所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：步骤(2)中，喷砂清洗方法中，采用单个或多个喷嘴，喷嘴采用高压气体，通过虹吸原理，将细沙与气体混合对工件进行喷丸打磨，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，工件需具有防松装置；
2)喷嘴下端配套吸尘设备，对砂进行回收；
3)表面清理一次完成；
4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
6.根据权利要求1所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：步骤(3)中，超声波清洗方法中，清洗液中含有化学制剂，通过超声波高频振动，对板子表面打磨，所述化学制剂为一种或者混合试剂，与水的体积比为5-20％，并采用专用的容器盛放清洗液，开启超声波震动；清洗完毕，用常压水冲洗板子，取出测试合格的进行自然晾干或者烘干。
7.根据权利要求1所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：步骤(4)中，激光清洗方法中，采用单束激光，使涂覆层因吸收聚焦的激光能量升华而被去除，对基体表面几乎没有影响，包括下列步骤：
1)将燃料电池单极板工件放置于传送带上，无需防松装置；
2)设置配套的高压除尘设备，对清洗的杂质进行吹扫；
3)表面清理一次完成，清理厚度最小可达1μm；
4)清洗完毕，用常压水冲洗板子，自然晾干或者烘干。
8.根据权利要求5所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：喷砂清洗中，喷嘴截面积不大于5cm2，燃料电池单极板工件以2cm/秒-6cm/秒的速度移动，采用单头或多头方式，对工件进行清洗。
9.根据权利要求6所述的燃料电池单极板表面处理的方法，其特征在于：超声波清洗实现批量清洗或者单件快速清洗。
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