CN113437320A - 一种一次成型制备石墨双极板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氢氧燃料电池石墨双极板技术领域，具体是一种一次成型制备石墨双极板的方法，S1、物料准备；S2、模具制作；S3、模具处理；S4、模压；S5、双极板脱模；S6、制备完成。本发明选择合适的打印材料利用FDM或光固化3D打印方式打印出中间冷却液流道模具，该模具可在加热、溶剂溶解条件下去除，通过使用中间冷却液流道模具可以在制备石墨双极板的过程省去粘合或焊接步骤，减少了制作工序，同时一体化模压制备出的石墨双极板整体性好，电阻率低，老化速率能够相对降低，提高了使用寿命，克服了原有双极板粘合缝或者焊接缝存在电阻率大导致双极板工作时局部温度过高的老化速率快的难题。
Description
技术领域
本发明涉及氢氧燃料电池石墨双极板技术领域，具体是一种一次成型制备石墨双极板的方法。
背景技术
双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一，氢氧燃料电池双极板都是先做出两种不同的单极板，氧板采用双面加工，一面是氧气流道，另一面是电池冷却液流道，然后将两种单极板采用焊接、粘接等方式合二为一成为双极板，一体成型的模压制备氢氧燃料电池双极板的制备方法为本发明的主要方向。
但是，目前的氢氧燃料电池双极板都是先做出两种不同的单极板，氧板采用双面加工，一面是氧气流道，另一面是电池冷却液流道，然后将两种单极板采用焊接、粘接等方式合二为一成为双极板(例如金属双极板，利用激光焊接进行粘合，石墨和石墨复合双极板采用粘接的方法)，目前的方法存在粘合部位电阻率高，阻液性差的，老化速率快等缺点。因此，本领域技术人员提供了一种一次成型制备石墨双极板的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一次成型制备石墨双极板的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一次成型制备石墨双极板的方法，其制备方法为以下步骤：
S1、物料准备：将树脂与石墨粉料进行一定比例的混合，经过混捏机、捏合机、螺旋练料机完成充分的混炼，得到石墨双极板模压所需的石墨树脂粉料，低温储存备用；
S2、模具制作：利用熔融沉积式3D打印等方式制备中间冷却液流道模具，利用计算机辅助设计软件设计出三维模型文件，然后转换为熔融沉积式打印所需的文件格式，然后使用对应打印线材打印出中间冷却液流道模具；
S3、模具处理：将中间冷却液流道模具进行抛光处理，去除毛边以及粗糙的边缘；
S4、模压：将得到的石墨树脂粉模压，模具的上下模头加工有凸模，分别对应双极板上下面的流道，其方法是精确称量石墨树脂粉料，平均分为两份，一份在底模上均匀铺粉，然后使用2-10MPa的压力进行预压，接着放置中间冷却液流道模具，将另一份石墨树脂粉料均匀覆盖在中间模具上方，再次使用2-10MPa的压力进行预压，预压时保持70-90℃的温度；
S5、双极板脱模：升高模压压力至15-50Mpa，同时升温至100-175℃，保压、保温时间10-30min，之后脱模取出双极板；
S6、制备完成：将得到的石墨双极板加热或放置于溶剂中，去除中间冷却液流道模具，得到一体成型的氢氧燃料电池石墨双极板。
作为本发明再进一步的方案：所述S2中，所述打印线材可为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇挤出机喷嘴温度设置为180-200℃,热床温度设定为40-60℃，填充密度在70％-100％，所述打印线材可为光敏环氧丙烯酸树脂，所述光敏环氧丙烯酸树脂填充密度在100％，所述打印线材可为高抗冲聚苯乙烯，所述高抗冲聚苯乙烯挤出机喷嘴温度设置为230-245℃，热床温度设定为100-115℃，填充密度在70％-100％，打印耗材还可为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、改性硅氧烷丙烯酸酯树脂、异氰酸改性环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯等，其均易溶于溶剂，容易完全去除。
作为本发明再进一步的方案：所述S6中，所述将制备完成后处理溶剂可为水、甲苯和d-柠檬烯，通过水、甲苯和d-柠檬烯去除中间冷却液流道模具。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明选择合适的打印材料利用熔融沉积式3D打印方式打印出中间冷却液流道模具，该模具可在加热、溶剂溶解条件下去除，通过使用中间冷却液流道模具可以在制备石墨双极板的过程省去粘合或焊接步骤，减少了制作工序，同时一体化模压制备出的石墨双极板整体性好，电阻率低，老化速率能够相对降低，提高了使用寿命，克服了原有双极板粘合缝或者焊接缝存在电阻率大导致双极板工作时局部温度过高的老化速率快的难题，该一体化成型制备石墨双极板可以实现整体电阻值低、阻液性能稳定、老化速率缓慢等问题，且制备原料价格低廉，制备工艺不复杂。
附图说明
图1为一种一次成型制备石墨双极板的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，本发明实施例1、2、3，一种一次成型制备石墨双极板的方法，综合表格如下。
实施例1
S1、将呋喃树脂、固化剂与石墨粉料以40：5：55质量比例混合，经过混捏机、螺旋练料机完成充分的混炼，得到石墨双极板模压所需的粉料，冷藏备用；
S2、利用FDM的方式制备中间冷却液流道模具，利用计算机辅助设计软件设计出三维模型文件，然后转换为FDM打印所需的文件格式，打印所需耗材为PVA(聚乙烯醇)，挤出机喷嘴温度设置为180-200℃，热床温度设定为40-60℃，填充密度在70％-100％；
S3、将中间水流道模具进行抛光处理，去除毛边以及粗糙边缘；
S4、先将模具加热至80℃，然后精确称量石墨树脂粉料，平均分为两份，一份均匀分布至底模上，然后使用5MPa的压力进行预压，接着放置中间冷却液模具，之后将另一份石墨树脂粉料均匀覆盖在中间模具上，再次使用5MPa的压力进行预压；
S5、升高模压压力至22MPa，模具升温至100℃，保持20min，脱模取出双极板；
S6、将得到的石墨双极板放置于水中，等待中间冷却液流道模具溶解，用去离子水冲洗干净并烘干，得到一体成型的氢氧燃料电池石墨双极板。
实例2
S1、将酚醛树脂、固化剂与石墨粉料以42：8：50质量比例混合，经过混捏机、螺旋练料机完成充分的混炼，得到石墨双极板模压所需的粉料，进冷库储藏；
S2、利用光固化打印的方式制备中间冷却液流道模具，利用计算机辅助设计软件设计出三维模型文件，然后转换为打印所需的文件格式，打印所需耗材为光敏环氧丙烯酸树脂填充密度在100％；
S3、将打印好的模具拿出进行清洁；
S4、先将模具加热至75℃，然后精确称量石墨树脂粉料，平均分为两份，一份分散至模具并均匀分布，然后使用5MPa的压力进行预压，接着放置中间模具，将另一份石墨树脂粉料均匀覆盖在中间模具上方，再次使用5MPa的压力进行预压；
S5、升高模压压力至20MPa，模具升温至95℃，保持温度30min，然后脱模取出双极板；
S6、将得到的石墨双极板放置于甲苯中，待中间水流道模具完全溶解后，将去除中间模具的石墨双极板取出烘干冷却，最后得到一体成型的具备中间冷却液流道的石墨双极板。
实例3
S1、将酚醛树脂、固化剂与石墨粉料以40：5：55质量比例混合，经过混捏机、捏合机、螺旋练料机完成充分的混炼，得到石墨双极板模压所需的粉料，进冷库储藏；
S2、利用FDM的方式制备中间冷却液流道模具，利用计算机辅助设计软件设计出三维模型文件，然后转换为FDM打印所需的文件格式，打印所需耗材为HIPS(高抗冲聚苯乙烯)，挤出机喷嘴温度设置为230-245℃，热床温度设定为100-115℃，填充密度在70％-100％；
S3、将中间水流道模具进行抛光处理，去除毛边及粗糙边缘；
S4、先将模具加热至75℃，然后精确称量石墨树脂粉料，平均分为两份，一份分散至模具并均匀分布，然后使用6MPa的压力进行预压，接着放置中间模具，将另一份石墨树脂粉料均匀覆盖在中间模具上方，再次使用6MPa的压力进行预压；
S5、升高模压压力至30MPa，模具升温至150℃，保持温度15min，脱模后，将双极板取出；
S6、将得到的石墨双极板放置于d-Limonene(d-柠檬烯)中，等待中间水流道模具完全溶解后，然后将去除中间模具的石墨双极板烘干并冷却，得到一个一体成型的具备中间冷却液流道的石墨双极板。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种一次成型制备石墨双极板的方法，其栽培方法为以下步骤：
S1、物料准备：将树脂与石墨粉料进行一定比例的混合，经过混捏机、捏合机、螺旋练料机完成充分的混炼，得到石墨双极板模压所需的石墨树脂粉料，低温储存备用；
S2、模具制作：利用熔融沉积式3D打印等方式制备中间冷却液流道模具，利用计算机辅助设计软件设计出三维模型文件，然后转换为熔融沉积式打印所需的文件格式，然后使用对应打印线材打印出中间冷却液流道模具；
S3、模具处理：将中间冷却液流道模具进行抛光处理，去除毛边以及粗糙的边缘；
S4、模压：将得到的石墨树脂粉模压，模具的上下模头加工有凸模，分别对应双极板上下面的流道，其方法是精确称量石墨树脂粉料，平均分为两份，一份在底模上均匀铺粉，然后使用2-10MPa的压力进行预压，接着放置中间冷却液流道模具，将另一份石墨树脂粉料均匀覆盖在中间模具上方，再次使用2-10MPa的压力进行预压，预压时保持70-90℃的温度；
S5、双极板脱模：升高模压压力至15-50Mpa，同时升温至100-175℃，保压、保温时间10-30min，之后脱模取出双极板；
S6、制备完成：将得到的石墨双极板加热或放置于溶剂中，去除中间冷却液流道模具，得到一体成型的氢氧燃料电池石墨双极板。
2.根据权利要求1所述的一种一次成型制备石墨双极板的方法，其特征在于，所述S2中，打印线材可为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇挤出机喷嘴温度设置为180-200℃,热床温度设定为40-60℃，填充密度在70%-100%，所述打印线材可为光敏环氧丙烯酸树脂，所述光敏环氧丙烯酸树脂填充密度在100%，所述打印线材可为高抗冲聚苯乙烯，所述高抗冲聚苯乙烯挤出机喷嘴温度设置为230-245℃，热床温度设定为100-115℃，填充密度在70%-100%，打印耗材还可为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、改性硅氧烷丙烯酸酯树脂、异氰酸改性环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯等，其均易溶于溶剂，容易完全去除。
3.根据权利要求1所述的一种一次成型制备石墨双极板的方法，其特征在于，所述S6中，所述将制备完成后处理溶剂可为水、甲苯和d-柠檬烯，通过水、甲苯和d-柠檬烯去除中间冷却液流道模具。
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