CN115954496A - 一种柔性石墨双极板 - Google Patents

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贾东旭
王刘军
何�雄
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Abstract

本申请提供了一种柔性石墨双极板，涉及燃料电池技术领域，包括：主板体，其中部设有波浪板槽，并在所述主板体两侧均开设通口组；和极板组件，其包含形状、大小一致的上极板和下极板，且上下极板表面涂覆粘合剂，并分别贴附于主板体的正反两面，所述上极板两侧均开设槽口组，且槽口组与通口组对应连通；其技术要点为，在主板体上设计波浪形的波浪板槽，其内部的排列顺序以及结构设计，可以增加整个双极板对于氢气的利用率，从而增加整个双极板的导电性能，同时可以增加进出口压差，利于快速排水。

Description

一种柔性石墨双极板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体是一种柔性石墨双极板
背景技术
双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，起着支撑燃料电池，提供反应气、冷却剂通道的作用，就双极板本身的使用条件而言，极板本身不仅需要具有较高的导电率、耐腐蚀性和耐气体渗透等，还需要具有较高的机械强度、刚度等；质子交换膜燃料电池极板的材料有石墨板、金属板、复合板等，现有石墨双极板的结构组成方案包括：1、氢板+氧板+水流场板；2、双面流道单极板+单面流道单极板；然后通过粘接的方法组合一起成为双极板。
双极板是PEMFC的重要部件及制造的主要成本之一；目前，双极板主要采用的材料是碳和金属，由于碳材料具有很好的化学稳定性，在这一点上，它比金属材料显示出极好的优越性，当电池组工作寿命达到40000h以上时，它将显示出很大的优势，作为传统使用的硬质碳板或模铸碳板制作的双极板板的制备一般在高温下要进行石墨化温度高达2500℃，并且按严格的升温程序进行，时间长且造价昂贵，而且硬质碳板的流场用计算机刻绘机加工，工艺更加复杂。
但本申请发明人在实现本申请实施例中的技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：。
传统的双极板在设计制作过程中，液体会经过传统双极板内形成的水槽中，水流经过形成一定的水压，但由于传统采用石墨制备的双极板整体的密度较低，质地松软，导致在水压的作用下，使得整体双极板容易发生形变，从而影响整个双极板的品质和性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本申请实施例提供一种柔性石墨双极板。
本申请实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种柔性石墨双极板，包括：
主板体，其中部设有波浪板槽，并在所述主板体两侧均开设通口组；和
极板组件，其包含形状、大小一致的上极板和下极板，同时上下极板的各个开口上均可配备适配的塞子，确保对应的开口保持封堵状态，也可进行拆除，以利用其它形成的流通路，且上下极板表面涂覆粘合剂，并分别贴附于主板体的正反两面，所述上极板两侧均开设槽口组，且槽口组与通口组对应连通；
其中，所述通口组中的液体口与波浪板槽相连通，且波浪板槽内设置若干呈间隔式分布的波浪条板，该处的各个波浪条板可提高对氢气的利用率。
在一种可能的实现方式中，所述主板体夹设于上下极板之间，送入滚压机压薄，并同时进行加热处理，该处加热处理的目的：确保板材中的溶剂得以蒸发。
在一种可能的实现方式中，所述波浪板槽与液体口之间通过通道连通，所述波浪板槽中单个波浪条板的表面开设有至少两组缺口，供液体流通，该处缺口的数量具体为两组。
在一种可能的实现方式中，所述槽口组包含通液口和分设于通液口两侧的通气口。
在一种可能的实现方式中，所述通口组还包含分设于液体口两侧的氢气口，且氢气口与对应的通气口相连通。
在一种可能的实现方式中，所述主板体的表面，所述上极板和下极板表面朝向主板体的一侧均开开设有环形槽，且环形槽内装填有封胶。
在一种可能的实现方式中，所述主板体和极板组件的组分相同，均为环氧树脂、酚醛树脂以及膨胀石墨。
一种柔性石墨双极板，该柔性石墨双极板的制备工艺为：
S1、将环氧树脂与酚醛树脂按1:2的比例混合，并用乙醇作为溶剂配成粘度为25mPas的溶液，将此溶液加压灌入膨胀石墨；
S2、将板材在烘箱中加温蒸发除去溶剂，再将板材用滚压机压薄，使纯膨胀石墨的密度达到1.3g/cm3高密度的板材；
S3、再将高密度的板材在油压机上用模具成型为有流场的氢气、空气单极板；
S4、最后将氢气、空气单双极板进行粘结，形成一整块双极板。
本申请的有益效果为：
本方案中，在主板体上设计波浪形的波浪板槽，其内部的排列顺序以及结构设计，可以增加整个双极板对于氢气的利用率，从而增加整个双极板的导电性能，同时可以增加进出口压差，利于快速排水。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中主板体在与封胶组装状态下的示意图；
图3为本发明的主板体结构示意图；
图4为本发明的下极板结构示意图；
图5为本发明的双极板在不同实验组下的折线图。
附图标记：1、主板体；2、上极板；3、下极板；4、槽口组；5、通气口；6、通液口；7、波浪板槽；8、通口组；9、氢气口；10、液体口；11、通道；12、环形槽；13、封胶；14、波浪条板；15、缺口。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案为解决上述背景技术的问题，总体思路如下：
实施例1：
本实施例给出一种柔性石墨双极板的具体结构，包括：主板体1和极板组件；
其中，主板体1中部设有波浪板槽7，并在主板体1两侧均开设通口组8；极板组件包含形状、大小一致的上极板2和下极板3，且上下极板表面涂覆粘合剂，并分别贴附于主板体1的正反两面，上极板2两侧均开设槽口组4，且槽口组4与通口组8对应连通；通口组8中的液体口10与波浪板槽7相连通，且波浪板槽7内设置若干呈间隔式分布的波浪条板14。
从图1-图3可以看出，波浪条板14的具体形状为若干V形板条一体式成型，且波浪条板14所处的波浪板槽7可供水流通过，在具体使用时，参照图1，可将塞子将下极板3上的通液口6堵上，并对上极板2上交错分布的通液口6堵上；
而后从上极板2上另一个通液口6注水，水流经过通道11进入包浪板板槽7后，从另一个通道11和位于下极板3上的另一通液口6排出。
在一些示例中，主板体1夹设于上下极板之间，送入滚压机压薄，并同时进行加热处理。
在一些示例中，波浪板槽7与液体口10之间通过通道11连通，波浪板槽7中单个波浪条板14的表面开设有至少两组缺口15，供液体流通，上述缺口15的数量为波浪条板14数量的两倍。
在一些示例中，槽口组4包含通液口6和分设于通液口6两侧的通气口5；其中，通口组8还包含分设于液体口10两侧的氢气口9，且氢气口9与对应的通气口5相连通。
在一些示例中，主板体1的表面，上极板2和下极板3表面朝向主板体1的一侧均开开设有环形槽12，且环形槽12内装填有封胶13，该处的封胶13即可选为乙醇。
具体的，上述封胶13为环形的胶条结构，目的为：确保上极板2与主板体1之间保持密封状态，下极板3与主板体1之间保持密封状态。
在一些示例中，主板体1和极板组件的组分相同，均为环氧树脂、酚醛树脂以及膨胀石墨。
实施例2：
以实施例1为基础，本实施例具体介绍了一种柔性石墨双极板，该柔性石墨双极板的制备工艺为：
S1、将环氧树脂与酚醛树脂按1:2的比例混合，并用乙醇作为溶剂配成粘度为25mPas的溶液，将此溶液加压灌入膨胀石墨；
S2、将板材在烘箱中加温蒸发除去溶剂，再将板材用滚压机压薄，使纯膨胀石墨的密度达到1.4g/cm3高密度的板材；
S3、再将高密度的板材在油压机上用模具成型为有流场的氢气、空气单极板；
S4、最后将氢气、空气单双极板进行粘结，形成一整块双极板。
表1(不同密度下膨胀石墨板的透气量)：
Figure SMS_1
从上表可以看出，膨胀石墨种在从1.3g/cm3变为1.4g/cm3变化量不显著，在从1.4g/cm3变为1.5g/cm3又显著降低，考虑到成本问题，将膨胀石墨选定为1.3～1.4g/cm3时，最为合适。
作为双极板需要有一定的柔性和机械强度，故，对于本申请中环氧树脂与酚醛树脂占整个双极板的比例含量具体选择需要进行设计，
经过初步试验后，本申请人将环氧树脂与酚醛树脂的含量分别35％、30％、25％以及20％，测试其拉伸弯曲强度，如图5所示，
从图5中可以看出，环氧树脂与酚醛树脂的含量降低，则双极板的机械强度也随之降低，特别在含量小于30％，其机械强度继续下滑，故为了保证整个双极板具有一定程度的机械强度，则确保环氧树脂与酚醛树脂的含量不能小于30即可。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性石墨双极板，其特征在于，包括：
主板体(1)，其中部设有波浪板槽(7)，并在所述主板体(1)两侧均开设通口组(8)；和
极板组件，其包含形状、大小一致的上极板(2)和下极板(3)，且上下极板表面涂覆粘合剂，并分别贴附于主板体(1)的正反两面，所述上极板(2)两侧均开设槽口组(4)，且槽口组(4)与通口组(8)对应连通；
其中，所述通口组(8)中的液体口(10)与波浪板槽(7)相连通，且波浪板槽(7)内设置若干呈间隔式分布的波浪条板(14)。
2.如权利要求1所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：所述主板体(1)夹设于上下极板之间，送入滚压机压薄，并同时进行加热处理。
3.如权利要求1所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：所述波浪板槽(7)与液体口(10)之间通过通道(11)连通，所述波浪板槽(7)中单个波浪条板(14)的表面开设有至少两组缺口(15)，供液体流通。
4.如权利要求1所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：所述槽口组(4)包含通液口(6)和分设于通液口(6)两侧的通气口(5)。
5.如权利要求4所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：所述通口组(8)还包含分设于液体口(10)两侧的氢气口(9)，且氢气口(9)与对应的通气口(5)相连通。
6.如权利要求1所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：所述主板体(1)的表面，所述上极板(2)和下极板(3)表面朝向主板体(1)的一侧均开开设有环形槽(12)，且环形槽(12)内装填有封胶(13)。
7.如权利要求1所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：所述主板体(1)和极板组件的组分相同，均为环氧树脂、酚醛树脂以及膨胀石墨。
8.如权利要求7所述的一种柔性石墨双极板，其特征在于：该柔性石墨双极板的制备工艺为：
S1、将环氧树脂与酚醛树脂按1:2的比例混合，并用乙醇作为溶剂配成粘度为25mPas的溶液，将此溶液加压灌入膨胀石墨；
S2、将板材在烘箱中加温蒸发除去溶剂，再将板材用滚压机压薄，使纯膨胀石墨的密度达到1.3g/cm3高密度的板材；
S3、再将高密度的板材在油压机上用模具成型为有流场的氢气、空气单极板；
S4、最后将氢气、空气单双极板进行粘结，形成一整块双极板。
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