CN109818004B - 一种燃料电池双极板的制备方法 - Google Patents

一种燃料电池双极板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池双极板的制备方法，燃料电池的双极板的原料可以采用天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维等加工而成，极板本体的内部还设置有金属板，大大提升了抗弯强度，提高零件的密实程度，石墨纤维起到提高机械强度的作用；本发明以天然石墨为基材，添加合成石墨、炭黑和石墨纤维等调整材料的机械强度和导电性能；烧结加工前先将不同的颗粒相互混合并通过研磨得到细微颗粒，然后在石墨混合物中添加一定比例的粘结剂使得激光烧结后把粉末材料粘结在一起，控制材料混合过程不同比例的合成石墨、炭黑和石墨纤维具有良好的电导率。

Description

一种燃料电池双极板的制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，更具体地说，尤其涉及一种燃料电池双极板的制备方法。
背景技术
申请号为CN201510543885.4公开了一种燃料电池用金属双极板，包括不锈钢基板及其表面改性层，所述表面改性层包括附着在不锈钢基板表面的连续绝缘层和不连续导电颗粒。该发明的燃料电池用金属双极板的通过在表面沉积连续绝缘层和不连续导电颗粒相结合的表面处理工艺，不仅能够形成致密的保护层，极大地降低金属双极板的腐蚀速率，而且能降低接触电阻，延长金属双极板的使用寿命。通过等离子体热喷涂技术沉积不连续导电颗粒，可以使导电颗粒与不锈钢基板形成微冶金结合，提高不连续导电颗粒的附着力，降低制备成本。
但是上述方案仍然具有一定的缺陷，发明人经研究发现，上述方案公开的双极板抗弯强度差，导电率不理想，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池双极板的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池双极板的制备方法，包括极板本体，所述极板本体上开设有工艺孔，所述极板本体的正面均匀的开设有工艺流道，所述工艺孔设置在极板本体的一端，所述工艺流道的末端均连通到工艺孔，所述极板本体的背面均匀的开设有条形槽，所述极板本体正面和背面的边缘均设置有边框槽，所述极板本体的内部还设置有金属板，该燃料电池双极板的制备方法具体包括如下生产步骤：
S1：原料准备，极板本体以天然石墨为基材，原料还包括合成石墨、炭黑和石墨纤维；
S2：原料预处理，首先将步骤S1准备好的天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维按照10:2:1:1的重量比例添加到混合设备中，控制混合时搅拌设备中的温度保持在60℃-70℃之间，收集混合后得到的混合原料，备用；
S3：原料再处理，将步骤S2获得的混合原料添加到初级粉碎设备中，利用初级粉碎设备来将混合原料进行初级破碎，控制初级粉碎设备中的温度保持在70℃-75℃之间，然后再将以上的物料添加到研磨机中进行精细研磨，向混合物料中添加粘结剂，控制研磨时研磨机中的温度保持在60℃-70℃之间，收集混合研磨后得到的混合原料，备用；
S4：金属板的制备
a：设计金属板尺寸，采用不锈钢金属板，首先根据极板本体的设计尺寸来预算金属板的尺寸，使金属板的边缘距离极板本体的边缘3mm-5mm，金属板的厚度不超过极板本体整体厚度的三分之一；
b：金属板切割成型和表面处理，设计好金属板的尺寸之后，在数控机床上对金属板进行切割，得到成型的金属板胚料，再利用打磨和抛光设备对金属板进行表面处理，将数控切割产生的废屑和残渣清除；
c：金属板表面覆膜，将金属板预先置于成型模具中，在金属板的表面敷设一层厚度不小于一毫米的绝缘模层，收集备用；
S5：极板本体的成型加工
a：将步骤S4中获得的金属板预先置于成型模具中；
b：将步骤S3中获得的研磨后的物料也添加到成型模具中；
c：利用模压成型原理，通过液压设备驱动上模和下模压合，上模和下模上对应设置有成型块和模腔，模压成型的温度为120-140℃，压力为35-45MPa的条件下进行模压，模压后冷却至室温，得到初步成型的极板本体；
d：烧结处理，对初步成型的极板本体进行烧结处理，采用激光烧结的方法，使极板本体稳固并成型，待极板本体冷却后，收集备用；
e：对冷却后的极板本体进行修边处理，得到所需要的产品；
S6：包装，在产品外包裹气泡纸，避免运输过程中损伤产品。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种燃料电池双极板的制备方法，所述步骤S3中初级粉碎设备获得的物料颗粒的直径在50μm-60μm之间，破碎时间在0.6h-0.8h之间，初级粉碎机的转速不超过600转/分钟，精细研磨后的研磨颗粒的直径在3μm-4μm之间，研磨时间在0.5h-0.6h之间，研磨机的转速不超过1200转/分钟。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种燃料电池双极板的制备方法，所述步骤S4中绝缘模层敷设完成后，将成型的金属板取出并采用水冷的方式，使金属板迅速冷却，利用烘干设备将金属板烘干，烘干后再将物料收集。
本发明的技术效果和优点：本发明一种燃料电池双极板的制备方法，燃料电池的双极板的原料可以采用天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维等加工而成，极板本体的内部还设置有金属板，大大提升了抗弯强度，其中天然石墨具有良好的导电性，合成石墨为通过高温处理的非晶态石墨，由于球形石墨结构均匀并且具有良好的流动性，可以改善混合材料的流动性，保证激光烧结加工过程中粉末材料的均匀涂铺；纳米尺度的炭可以填充到石墨颗粒的空隙，提高零件的密实程度，石墨纤维起到提高机械强度的作用；本发明以天然石墨为基材，添加合成石墨、炭黑和石墨纤维等调整材料的机械强度和导电性能；烧结加工前先将不同的颗粒相互混合并通过研磨得到细微颗粒，然后在石墨混合物中添加一定比例的粘结剂使得激光烧结后把粉末材料粘结在一起，控制材料混合过程不同比例的合成石墨、炭黑和石墨纤维具有良好的电导率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-极板本体；2-边框槽；3-工艺孔；4-工艺流道；5-条形槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种燃料电池双极板的制备方法，包括极板本体1，所述极板本体1上开设有工艺孔3，所述极板本体1的正面均匀的开设有工艺流道4，所述工艺孔3设置在极板本体1的一端，所述工艺流道4的末端均连通到工艺孔3，所述极板本体1的背面均匀的开设有条形槽5，所述极板本体1正面和背面的边缘均设置有边框槽2，所述极板本体1的内部还设置有金属板，该燃料电池双极板的制备方法具体包括如下生产步骤：
S1：原料准备，极板本体以天然石墨为基材，原料还包括合成石墨、炭黑和石墨纤维；
S2：原料预处理，首先将步骤S1准备好的天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维按照10:2:1:1的重量比例添加到混合设备中，控制混合时搅拌设备中的温度保持在60℃-70℃之间，收集混合后得到的混合原料，备用；
S3：原料再处理，将步骤S2获得的混合原料添加到初级粉碎设备中，利用初级粉碎设备来将混合原料进行初级破碎，控制初级粉碎设备中的温度保持在70℃-75℃之间，然后再将以上的物料添加到研磨机中进行精细研磨，向混合物料中添加粘结剂，控制研磨时研磨机中的温度保持在60℃-70℃之间，收集混合研磨后得到的混合原料，备用；
S4：金属板的制备
a：设计金属板尺寸，采用不锈钢金属板，首先根据极板本体的设计尺寸来预算金属板的尺寸，使金属板的边缘距离极板本体的边缘3mm-5mm，金属板的厚度不超过极板本体整体厚度的三分之一；
b：金属板切割成型和表面处理，设计好金属板的尺寸之后，在数控机床上对金属板进行切割，得到成型的金属板胚料，再利用打磨和抛光设备对金属板进行表面处理，将数控切割产生的废屑和残渣清除；
c：金属板表面覆膜，将金属板预先置于成型模具中，在金属板的表面敷设一层厚度不小于一毫米的绝缘模层，收集备用；
S5：极板本体的成型加工
a：将步骤S4中获得的金属板预先置于成型模具中；
b：将步骤S3中获得的研磨后的物料也添加到成型模具中；
c：利用模压成型原理，通过液压设备驱动上模和下模压合，上模和下模上对应设置有成型块和模腔，模压成型的温度为120-140℃，压力为35-45MPa的条件下进行模压，模压后冷却至室温，得到初步成型的极板本体；
d：烧结处理，对初步成型的极板本体进行烧结处理，采用激光烧结的方法，使极板本体稳固并成型，待极板本体冷却后，收集备用；
e：对冷却后的极板本体进行修边处理，得到所需要的产品；
S6：包装，在产品外包裹气泡纸，避免运输过程中损伤产品。
具体的，所述步骤S3中初级粉碎设备获得的物料颗粒的直径在50μm-60μm之间，破碎时间在0.6h-0.8h之间，初级粉碎机的转速不超过600转/分钟，精细研磨后的研磨颗粒的直径在3μm-4μm之间，研磨时间在0.5h-0.6h之间，研磨机的转速不超过1200转/分钟。
具体的，所述步骤S4中绝缘模层敷设完成后，将成型的金属板取出并采用水冷的方式，使金属板迅速冷却，利用烘干设备将金属板烘干，烘干后再将物料收集。
综上所述：本发明一种燃料电池双极板的制备方法，燃料电池的双极板的原料可以采用天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维等加工而成，极板本体1的内部还设置有金属板，大大提升了抗弯强度，其中天然石墨具有良好的导电性，合成石墨为通过高温处理的非晶态石墨，由于球形石墨结构均匀并且具有良好的流动性，可以改善混合材料的流动性，保证激光烧结加工过程中粉末材料的均匀涂铺；纳米尺度的炭可以填充到石墨颗粒的空隙，提高零件的密实程度，石墨纤维起到提高机械强度的作用；本发明以天然石墨为基材，添加合成石墨、炭黑和石墨纤维等调整材料的机械强度和导电性能；烧结加工前先将不同的颗粒相互混合并通过研磨得到细微颗粒，然后在石墨混合物中添加一定比例的粘结剂使得激光烧结后把粉末材料粘结在一起，控制材料混合过程不同比例的合成石墨、炭黑和石墨纤维具有良好的电导率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种燃料电池双极板的制备方法，包括极板本体(1)，所述极板本体(1)上开设有工艺孔(3)，所述极板本体(1)的正面均匀的开设有工艺流道(4)，所述工艺孔(3)设置在极板本体(1)的一端，所述工艺流道(4)的末端均连通到工艺孔(3)，所述极板本体(1)的背面均匀的开设有条形槽(5)，所述极板本体(1)正面和背面的边缘均设置有边框槽(2)，所述极板本体(1)的内部还设置有金属板，其特征在于：该燃料电池双极板的制备方法具体包括如下生产步骤：
S1：原料准备，极板本体以天然石墨为基材，原料还包括合成石墨、炭黑和石墨纤维；
S2：原料预处理，首先将步骤S1准备好的天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维按照10:2:1:1的重量比例添加到混合设备中，控制混合时搅拌设备中的温度保持在60℃-70℃之间，收集混合后得到的混合原料，备用；
S3：原料再处理，将步骤S2获得的混合原料添加到初级粉碎设备中，利用初级粉碎设备来将混合原料进行初级破碎，控制初级粉碎设备中的温度保持在70℃-75℃之间，然后再将以上的物料添加到研磨机中进行精细研磨，向混合物料中添加粘结剂，控制研磨时研磨机中的温度保持在60℃-70℃之间，收集混合研磨后得到的混合原料，备用；
S4：金属板的制备
a：设计金属板尺寸，采用不锈钢金属板，首先根据极板本体的设计尺寸来预算金属板的尺寸，使金属板的边缘距离极板本体的边缘3mm-5mm，金属板的厚度不超过极板本体整体厚度的三分之一；
b：金属板切割成型和表面处理，设计好金属板的尺寸之后，在数控机床上对金属板进行切割，得到成型的金属板胚料，再利用打磨和抛光设备对金属板进行表面处理，将数控切割产生的废屑和残渣清除；
c：金属板表面覆膜，将金属板预先置于成型模具中，在金属板的表面敷设一层厚度不小于一毫米的绝缘模层，收集备用；
S5：极板本体的成型加工
a：将步骤S4中获得的金属板预先置于成型模具中；
b：将步骤S3中获得的研磨后的物料也添加到成型模具中；
c：利用模压成型原理，通过液压设备驱动上模和下模压合，上模和下模上对应设置有成型块和模腔，模压成型的温度为120-140℃，压力为35-45MPa的条件下进行模压，模压后冷却至室温，得到初步成型的极板本体；
d：烧结处理，对初步成型的极板本体进行烧结处理，采用激光烧结的方法，使极板本体稳固并成型，待极板本体冷却后，收集备用；
e：对冷却后的极板本体进行修边处理，得到所需要的产品；
S6：包装，在产品外包裹气泡纸，避免运输过程中损伤产品。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中初级粉碎设备获得的物料颗粒的直径在50μm-60μm之间，破碎时间在0.6h-0.8h之间，初级粉碎机的转速不超过600转/分钟，精细研磨后的研磨颗粒的直径在3μm-4μm之间，研磨时间在0.5h-0.6h之间，研磨机的转速不超过1200转/分钟。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中绝缘模层敷设完成后，将成型的金属板取出并采用水冷的方式，使金属板迅速冷却，利用烘干设备将金属板烘干，烘干后再将物料收集。
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