CN109591232B - 一种燃料电池用双极板的脱模方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池用双极板的脱模方法，该方法主要以耐高温薄膜和廉价溶剂、脱模剂、分散剂为原料，设计了密实的复合层状结构，使双极板和模具的内表面产生良好的物理隔离，进而将双极板顺利脱模。和传统的外脱模和内脱模工艺相比，本发明既不需要使用甲基硅油等易残留的高沸点溶剂，降低了模具清理的难度；也无需使用会对双极板性能产生不利影响的内脱模剂。本发明制得的双极板外表面和流道结构无损，方法适用性广，脱模效果好。

Description

一种燃料电池用双极板的脱模方法及其应用
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用双极板的脱模方法及其应用。
技术背景
能源问题与环境的日益严峻迫使人们不断地寻求更加清洁高效的新型能源，燃料电池(Fuel Cells)是一种将化学能直接转化为电能的能量转化装置，具有能量转化效率高、能量密度高、环境友好等众多优点，受到人们的日益关注。
双极板是燃料电池的关键部件，模压成型工艺是制备双极板的一种重要方法，这种方法具有原料适用性广、制品质量高、流场可通过模压直接成型等一系列优点，但是双极板在热压过程中，常常会与模具的内表面形成非常强的结合力，这会给双极板的脱模带来很大的困难，这会对双极板的表面和流道带来一定的破坏，影响了双极板的产品质量。
专门介绍双极板脱模方法的专利和文献报道很少，在生产过程中往往参考高分子材料模压成型的脱模方法进行双极板脱模。从脱模方式来划分，脱模方法可以分为外脱模剂脱模、内脱模剂脱模、以及内外脱模剂混合脱模。外脱模剂脱模主要指的是预先在模具内表面涂覆高沸点溶剂，或者熔点较低、蒸气压较低的固体粉末，使双极板在热压过程中，可以与模具产生有效的物理隔离，降低脱模的难度和双极板的表面缺陷。这种方法的缺点在于高沸点溶剂在热压过程中往往会渗入双极板内部，对制品造成污染，难以完全除去。此外在热压过程中，高沸点溶剂在模具和双极板之间直接形成的液膜厚度不均匀，这会造成双极板的某些部分仍然与模具内表面之间直接接触，脱模较困难。内脱模剂脱模是指将一定比例的脱模剂直接与双极板原料混合，再采用成型工艺生产制品。在热压过程中，脱模剂会先熔化，再扩散至双极板与模具界面，形成隔膜产生物理隔离，这种脱模方法应用面广，脱模效果较好。但是如果脱模剂的用量较少，难以形成产生完整隔膜；如果脱模剂的用量较多，势必会对双极板的结构和性能产生不利影响。
发明内容
针对模压双极板脱模存在的问题，本发明提供了一种用于双极板脱模的复合膜以及脱模方法，通过在耐高温薄膜喷涂脱模剂浆液，再干燥，制备超薄密实复合层状结构，降低双极板脱模难度，实现双极板的良好脱模。
为了实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明一方面提供一种用于双极板脱模的复合膜，所述复合膜为喷涂有脱模剂浆液的耐高温薄膜；所述脱模剂浆液包含外脱模剂A、分散剂C和溶剂B；以质量份数计，所述外脱模剂A为10-15份；所述分散剂C为2-5份；所述溶剂B为80-110份。
基于以上技术方案，优选的，所述外脱模剂A为硬脂酸锌、硬脂酸钠、聚四氟乙烯粉、滑石粉中的一种或多种；所述溶剂B为无水甲醇、无水乙醇、无水异丙醇、去离子水中的一种或者多种；所述分散剂C为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素的一种或者多种；所述耐高温薄膜为聚四氟乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚酯薄膜的任意一种。
基于以上技术方案，优选的，所述耐高温薄膜厚度为0.5mm-2.5mm。
基于以上技术方案，进一步优选的，所述硬脂酸锌、硬脂酸钠的纯度为普通市售化学纯级，所述聚四氟乙烯粉的分子量为25万-40万，粒径为1200目-2400目；所述滑石粉粒径为1500目-3000目；
基于以上技术方案，进一步优选的，所述羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素的纯度为市售分析纯级。
本发明还提供一种上述复合膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)按比例将外脱模剂A、分散剂C分散于60-80℃的溶剂B中，搅拌得到脱模剂浆液；
(2)将耐高温薄膜用水和乙醇清洗，干燥待用；
(3)将所述脱模剂浆液喷至经步骤(2)处理的耐高温薄膜的两侧得到所述复合膜。
7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的搅拌时间为5-20min；所述步骤(2)中干燥温度为80-100℃，干燥时间为10min-25min。
8、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂C与外脱模剂A混合研磨后分散于溶剂B中
本发明还提供一种燃料电池用双极板的脱模方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将上述复合膜层铺至模具下表面；
(2)装填所述双极板粉料，然后在双极板粉料顶部层铺上述的复合膜；
(3)将模具整体进行加压、升温、保压、冷却、卸压后、将双极板脱模。
本发明再一方面提供一种上述脱模方法的应用，其特征在于，所述脱模方法应用于质子交换膜燃料电池双极板脱模、碱性阴离子交换膜燃料电池双极板脱模、甲醇燃料电池双极板脱模。
有益效果
(1)与传统的外脱模技术相比，本发明提供的双极板脱模方法无需使用高沸点溶剂，降低模具清理的难度，而且避免了溶剂渗入到双极板内部，对双极板的造成污染；
(2)与传统的内脱模技术相比，本发明提供的双极板脱模方法无需在双极板配方中添加脱模剂，避免脱模剂的加入对双极板性能的不利影响；
(3)本发明提供的双极板脱模方法，脱模所得双极板表面光洁度高，表面残余的少量脱模剂可以很容易地用热的醇溶剂或去离子水擦洗除去；
(4)本发明提供的双极板脱模方法，脱模所得用的耐高温薄膜在脱模过程中基本无损坏，可以经过简单的洗涤、干燥后重复使用多次，提高了原材料的重复使用率，降低了生产成本。
附图说明
图1为实施例1脱模方法所得石墨/酚醛树脂复合双极板的表面图。
图2是实施2脱模方法所得石墨/酚醛树脂复合双极板的表面接触角图。
具体实施方式
以两个实例为例，对本发明作进一步说明。
实施例1
①把8份的硬脂酸锌、2份羧甲基纤维素分散于90份的热的无水乙醇中，温水浴中搅拌10min，水浴温度为65℃；②按模具大小裁剪出同样面积的聚酰亚胺薄膜片，薄膜厚度为0.75mm，水洗、乙醇洗，干燥待用；③用喷壶将溶液迅速均匀喷至薄膜片的两侧，干燥温度为80℃，干燥时间为12min；④然后将聚酰亚胺薄膜层铺至模具的下表面，再填装双极板的粉料，然后在双极板的原料样的顶部再次层铺预处理后的薄膜片。⑤最后将模具整体进行加压、升温、保压、冷却、卸压、脱模等程序后，制得双极板。从图1可知，使用本发明脱模方法所得双极板表面平整度高，厚度均一性好；
实施例2
①首先把12份的硬脂酸钠、3份羧乙基纤维素分散于100份的热的异丙醇溶液中，温水浴中搅拌15min，水浴温度为70℃；②按模具大小裁剪出同样面积的聚酰亚胺薄膜片，薄膜厚度为1.0mm，水洗、乙醇洗，干燥待用；③用喷壶将溶液迅速均匀喷至薄膜片的两侧，干燥温度为85℃，干燥时间为20min；④然后将聚四氟乙烯薄膜层铺至模具的下表面，再填装双极板的粉料，然后在双极板的原料样的顶部再次层铺预处理后的薄膜片。⑤最后将模具整体进行加压、升温、保压、冷却、卸压、脱模等程序后，制得双极板。从图2可知，使用本发明脱模所得双极板接触角为106.7°，为疏水表面，有利于燃料电池的水管理。

Claims (10)

1.一种用于双极板脱模的复合膜，其特征在于，所述复合膜为喷涂有脱模剂浆液的耐高温薄膜，耐高温的范围为160～300℃；所述脱模剂浆液包含外脱模剂A、分散剂C和溶剂B；以质量份数计，所述外脱模剂A为10-15份；所述分散剂C为2-5份；所述溶剂B为80-110份；所述外脱模剂A为硬脂酸锌、硬脂酸钠、聚四氟乙烯粉、滑石粉中的一种或多种；所述分散剂C为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素中的至少一种；所述耐高温薄膜为聚四氟乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚酯薄膜的任意一种。
2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述溶剂B为无水甲醇、无水乙醇、无水异丙醇、去离子水中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述耐高温薄膜厚度为0.5mm-2.5mm。
4.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于：所述硬脂酸锌、硬脂酸钠的纯度为普通市售化学纯级，所述聚四氟乙烯粉的分子量为25万-40万，粒径为1200目-2400目；所述滑石粉粒径为1500目-3000目。
5.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于：所述羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素的纯度为市售分析纯级。
6.一种权利要求1所述复合膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)按比例将外脱模剂A、分散剂C分散于60-80℃的溶剂B中，搅拌得到脱模剂浆液；
(2)将耐高温薄膜用水和乙醇清洗，干燥待用；
(3)将所述脱模剂浆液喷至经步骤(2)处理的耐高温薄膜两侧得到所述复合膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的搅拌时间为5-20min；所述步骤(2)中干燥温度为80-100℃，干燥时间为10min-25min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂C与外脱模剂A混合研磨后分散于溶剂B中。
9.一种燃料电池用双极板的脱模方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将权利要求1所述复合膜层铺至用于制备双极板的模具的内下表面；
(2)向模具中装填所述双极板粉料，然后在双极板粉料顶部层铺权利要求1所述的复合膜；
(3)将模具整体进行加压、升温、保压、冷却、卸压后，将双极板脱模。
10.一种权利要求9所述脱模方法的应用，其特征在于，所述脱模方法应用于质子交换膜燃料电池双极板脱模、碱性阴离子交换膜燃料电池双极板脱模、甲醇燃料电池双极板脱模。
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