CN114188560A - 一种燃料电池双极板制备方法 - Google Patents

一种燃料电池双极板制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池双极板制备方法，所述方法为：对柔性石墨卷材的两面同步进行阴极流场和阳极流场的沟槽预辊压；对预辊压后的柔性石墨卷材的两面同步进行第二次阴极流场和阳极流场的沟槽辊压；对二次辊压后的柔性石墨卷材裁切氧化剂进出口、燃料进出口、冷却液进出口，并裁成双极板形状，得到柔性石墨双极板；对柔性石墨双极板进行真空处理，排出石墨材料内部空气，然后整板进行树脂浸润，完成浸润的双极板再进行清洗固化；对清洗固化后的柔性石墨双极板进行阳极加强片和阴极加强片的同步贴合，得到成品燃料电池双极板。本发明的制备方法可采用自动化操作，质量稳定可控，成品率高；生产的双极板薄且轻，强度高，不易损坏，整体成本较低。

Description

一种燃料电池双极板制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池双极板制备方法。
背景技术
双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心零部件之一，其主要作用是通过表面的流场运输气体，收集、传导反应生成的电流、热量和水。根据双极板的功能需求，同时考虑PEMFC电化学反应环境为酸性，因此对双极板厚度、电导率、气密性、机械性能、耐腐蚀性等有较高的要求。在PEMFC中，双极板是最重和最厚的部件，由此决定了PEMFC的体积和重量，现有技术难以加工厚度小于2mm的双极板。而且由于加工工艺的不合理，传统石墨双极板内部的空气不能完全排出，易形成弹性区间，弹性区间会导致整个产品损坏，尺寸回弹也会导致产品不能满足设计要求，大大增加了整个燃料电池组的维护成本。现有工艺制备的常规双极板存在厚度大、重量大、易损坏、成本高等问题。选择合适的双极板材料和制备工艺技术可极大地改善PEMFC的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池双极板制备方法，以解决现有方法加工的双极板存在厚度大、重量大、易损坏、成本高等问题。
本发明提供的燃料电池双极板制备方法，依次包括如下步骤：
S1、对柔性石墨卷材的两面同步进行阴极流场和阳极流场的沟槽预辊压；
S2、对预辊压后的柔性石墨卷材的两面同步进行第二次阴极流场和阳极流场的沟槽辊压；
S3、对二次辊压后的柔性石墨卷材裁切氧化剂进出口、燃料进出口、冷却液进出口，并裁成双极板形状，得到柔性石墨双极板；
S4、对柔性石墨双极板进行真空处理，排出石墨材料内部空气，然后整板进行树脂浸润，完成浸润的双极板再进行清洗固化；
S5、对清洗固化后的柔性石墨双极板进行阳极加强片和阴极加强片的同步贴合，得到成品燃料电池双极板。
优选的，步骤1所述柔性石墨卷材的初始厚度为1.5-3.0mm，经过预辊压后的柔性石墨卷材的厚度降低至1.2-1.6mm。
优选的，步骤1所述柔性石墨卷材经过预辊压形成的阳极流场和阴极流场的沟槽的最大深度为0.3-0.5mm。
优选的，步骤2所述柔性石墨卷材经过二次辊压厚度降低至0.8-1.0mm。
优选的，步骤2所述柔性石墨卷材经过二次辊压形成的阳极流场和阴极流场的沟槽的最大深度为0.25-0.35mm，最小壁厚为0.2-0.25mm。
优选的，步骤4所述柔性石墨双极板进行树脂浸润的过程中，树脂液的流动方向与柔性石墨双极板的行进方向相对，并且柔性石墨双极板在行进过程中不断以中心轴线为轴旋转，充分接触树脂液。
优选的，步骤4所述柔性石墨双极板进行清洗固化的过程中，固化液的流动方向与柔性石墨双极板的行进方向相对，并且柔性石墨双极板在行进过程中不断以中心轴线为轴旋转，充分接触固化液。
优选的，所述固化液温度保持在90-95℃。
优选的，步骤5所述贴合阳极加强片和阴极加强片的方法为：真空吸附阳极加强片和阴极加强片，在阳极加强片和阴极加强片上涂覆胶水，将阳极加强片和阴极加强片以0.5-1.5MPa压力贴合到阳极流场和阴极流场的相应位置。
优选的，所述阳极加强片和阴极加强片采用不锈钢片或者高分子材料制成，厚度为25-100μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的燃料电池双极板制备方法整体工艺过程，均可采用自动化操作，质量稳定可控，成品率高；通过本发明方法制造的双极板无冷却液流道，其厚度可减小至0.8-1.0mm，具有薄且轻的优势，而且没有冷却流道的设计，可以在生产中节省成本，经过试验验证，无冷却流道双极板和常规双极板以一定比例与膜电极堆叠组成的燃料电池，其电堆体积大大减小，体积功率密度显著提高；本专利采用二次辊压技术加工阴阳极流场，可将石墨材料中的空气完全排除，杜绝弹性区间的产生，尺寸精度更高；本专利采用贴合阴极和阳极加强片，从整体上提升双极板的强度，而且提高密封性能，有效防止阴阳极气体串气。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程示意图；
图2为通过本发明制备方法制备的双极板的结构示意图；
图3为实施例中无冷却液流道燃料电池双极板和常规双极板进行1:1多片堆叠的示意图；
图4为实施例中无冷却液流道燃料电池双极板和常规双极板进行2:1多片堆叠的示意图；
图5为加强片和流场的局部放大图。
图中标注：
柔性石墨卷材020、柔性石墨双极板021、膜电极100、燃料电池双极板101、常规双极板102、第一辊压模具010、第二辊压模具011、裁切装置012、树脂浸润装置013、贴合装置014、氧化剂进出口001、燃料进出口002、冷却液进出口003、阳极加强片031、阴极加强片032。
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。
实施例
请参阅图1、2，本实施例提供的燃料电池双极板制备方法的流程如图1所示，通过本实施例的燃料电池双极板制备方法制备的燃料电池双极板101如图2所示，所述方法依次包括如下步骤：
S1、对柔性石墨卷材020的两面同步进行阴极流场和阳极流场的沟槽预辊压，预辊压采用图中的第一辊压模具010，柔性石墨卷材020的初始厚度为1.5-3.0mm，经过预辊压后的柔性石墨卷材020的厚度降低至1.2-1.6mm，柔性石墨卷材020经过预辊压形成的阳极流场和阴极流场的沟槽的最大深度为0.3-0.5mm。
S2、对预辊压后的柔性石墨卷材020的两面同步进行第二次阴极流场和阳极流场的沟槽辊压，二次辊压采用图中的第二辊压模具011，二次辊压后的柔性石墨卷材020厚度降低至0.8-1.0mm。柔性石墨卷材020经过二次辊压形成的阳极流场和阴极流场的沟槽的最大深度为0.25-0.35mm，最小壁厚为0.2-0.25mm。
S3、对二次辊压后的柔性石墨卷材020裁切氧化剂进出口001、燃料进出口002、冷却液进出口003，并裁成双极板形状，得到柔性石墨双极板021，裁切使用图示的裁切装置012。本实施例的柔性石墨双极板021无冷却液流道，但是预留了冷却液出入口003，此设计是为了与配有冷却液流道的双极板进行组装堆叠使用。
S4、对柔性石墨双极板021进行真空处理，排出石墨材料内部空气，然后整板进行树脂浸润，完成浸润的双极板再进行清洗固化。该步骤的工艺使用树脂浸润装置013完成。所述柔性树脂双极板021进行树脂浸润的过程中，树脂液的流动方向与柔性树脂双极板021的行进方向相对，并且柔性树脂双极板021的短边朝向行进方向，在行进过程中不断以柔性树脂双极板021的两长边之间的中心轴线为轴自转，充分接触树脂液，树脂液的量根据柔性树脂双极板021的行进速度进行调整。同样的，在进行清洗固化的过程中，固化液的流动方向与柔性石墨双极板021的行进方向也相对，并且柔性石墨双极板021在行进过程中不断以两长边之间的中心轴线为轴自传，充分接触固化液。本实施例的固化液温度保持在90-95℃。
S5、对清洗固化后的柔性石墨双极板021进行阳极加强片和阴极加强片的同步贴合，得到燃料电池双极板101。贴合加强片采用图中的贴合装置014。所述阳极加强片和阴极加强片采用不锈钢片或者高分子材料制成，厚度为25-100μm。
S6、对燃料电池双极板101进行气密性检测，气密性检测合格要求一般为采用氮气检测，检测压力200kPa，检测温度25℃，漏量0-0.05ml/min。
所述柔性石墨卷材020在经过两次辊压后，在正反面分别形成了阴极流场和阳极流场，本实施例方法与现有技术的不同之处就在于在柔性石墨卷材020的正反面直接制备阴极流场和阳极流场，生产的燃料电池双极板101是没有冷却液流道的，本实施例的燃料电池双极板101和常规双极板102按照一定的比例堆叠制成的燃料电池在性能上更具优势，能够进一步提高燃料电池堆的体积功率密度。例如普通燃料电池电堆采用配有冷却流道的燃料电池双极板102和膜电极100进行堆叠时，其体积功率密度正常可达3.0kW/L-4.5kW/L。参照图3，若采用本实施例燃料电池双极板101与配有冷却流道的常规双极板102进行1:1配对分别和膜电极100进行堆叠使用时，其燃料电池电堆体积可以在原有电堆基础上减小25％，体积功率密度最高可达5.625kW/L。参照图4，若采用本实施例的燃料电池双极板101与配有冷却流道的常规双极板102进行2:1配对分别和膜电极100进行堆叠使用时，其燃料电池电堆体积可以在原有电堆基础上减小40％，体积功率密度最高可达6.3kW/L。
本实施例选用柔性石墨卷材制作双极板，柔性石墨卷材内部为多孔结构，此材料内部有很多闭合和开放气孔，这些气孔通过一次辊压不可以完全排出空气，不能排出的气体，在材料内部形成了一个弹性区间，这个弹性的区间会导致材料分层或者尺寸回弹。分层会导致产品损坏，尺寸回弹会导致产品不满足设计需求。本实施例采用二次辊压，二次梯度成型的优势是，尺寸精度更高，并且不会出现材料分层现象，且二次辊压即可达到设计要求以及保证产品品质，没有必要再进行更多次的辊压。
参照图5，本实施例制备方法还具有给阳极流场和阴极流场贴合阳极加强片031和阴极加强片032的步骤，所述阴极加强片032设置在阴极流场外周与所述氧化剂出入口001、燃料出入口002、冷却液出入口003之间的位置，所述阳极加强片031设置在阳极流场外周与所述氧化剂出入口001、燃料出入口002、冷却液出入口003之间的位置。所述阴极加强片032，主要是提供足够的阴极侧密封支撑强度和加强燃料电池双极板101整体强度。所述阳极加强片031，主要是提供足够的阳极侧密封支撑强度和加强燃料电池双极板101整体强度。所述阴极加强片032和阳极加强片031还起到了气路隔绝的作用，可以防止阴阳极气体串气。
作为本实施例的一个优选实施方式，步骤5所述贴合阳极加强片031和阴极加强片032的方法为：真空吸附阳极加强片031和阴极加强片032，在阳极加强片031和阴极加强片032上涂覆胶水，将阳极加强片031和阴极加强片032以0.5-1.5MPa压力贴合到阳极流场和阴极流场的相应位置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
S1、对柔性石墨卷材的两面同步进行阴极流场和阳极流场的沟槽预辊压；
S2、对预辊压后的柔性石墨卷材的两面同步进行第二次阴极流场和阳极流场的沟槽辊压；
S3、对二次辊压后的柔性石墨卷材裁切氧化剂进出口、燃料进出口、冷却液进出口，并裁成双极板形状，得到柔性石墨双极板；
S4、对柔性石墨双极板进行真空处理，排出石墨材料内部空气，然后整板进行树脂浸润，完成浸润的双极板再进行清洗固化；
S5、对清洗固化后的柔性石墨双极板进行阳极加强片和阴极加强片的同步贴合，得到成品燃料电池双极板。
2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于，步骤1所述柔性石墨卷材的初始厚度为1.5-3.0mm，经过预辊压后的柔性石墨卷材的厚度降低至1.2-1.6mm。
3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于：步骤1所述柔性石墨卷材经过预辊压形成的阳极流场和阴极流场的沟槽的最大深度为0.3-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于：步骤2所述柔性石墨卷材经过二次辊压厚度降低至0.8-1.0mm。
5.根据权利要求4所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于：步骤2所述柔性石墨卷材经过二次辊压形成的阳极流场和阴极流场的沟槽的最大深度为0.25-0.35mm，最小壁厚为0.2-0.25mm。
6.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于，步骤4所述柔性石墨双极板进行树脂浸润的过程中，树脂液的流动方向与柔性石墨双极板的行进方向相对，并且柔性石墨双极板在行进过程中不断以中心轴线为轴旋转，充分接触树脂液。
7.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于：步骤4所述柔性石墨双极板进行清洗固化的过程中，固化液的流动方向与柔性石墨双极板的行进方向相对，并且柔性石墨双极板在行进过程中不断以中心轴线为轴旋转，充分接触固化液。
8.根据权利要求7所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于：所述固化液温度保持在90-95℃。
9.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于，步骤5所述贴合阳极加强片和阴极加强片的方法为：真空吸附阳极加强片和阴极加强片，在阳极加强片和阴极加强片上涂覆胶水，将阳极加强片和阴极加强片以0.5-1.5MPa压力贴合到阳极流场和阴极流场的相应位置。
10.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制备方法，其特征在于：所述阳极加强片和阴极加强片采用不锈钢片或者高分子材料制成，厚度为25-100μm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114725417A (zh) * 2022-04-06 2022-07-08 博远(山东)新能源科技发展有限公司 一种石墨双极板连续化制备方法及设备
WO2023236235A1 (zh) * 2022-06-08 2023-12-14 深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司 一种燃料电池复合极板及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101447571A (zh) * 2008-12-29 2009-06-03 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池柔性石墨复合双极板的制备方法
CN101483240A (zh) * 2008-03-03 2009-07-15 上海弘枫石墨制品有限公司 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101483240A (zh) * 2008-03-03 2009-07-15 上海弘枫石墨制品有限公司 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法
CN101447571A (zh) * 2008-12-29 2009-06-03 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池柔性石墨复合双极板的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114725417A (zh) * 2022-04-06 2022-07-08 博远(山东)新能源科技发展有限公司 一种石墨双极板连续化制备方法及设备
WO2023236235A1 (zh) * 2022-06-08 2023-12-14 深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司 一种燃料电池复合极板及其制备方法

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