CN1266792C - 质子交换膜燃料电池双极板自动生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池双极板自动生产线，有真空压力注浆机构，真空压力注浆机构后设置双极板生产线。本发明结构合理，采用本发明制造质子交换膜燃料电池双极板工艺简单、生产成本低、性能稳定，可以采用C/C复合材料和凝胶注模制作双极板，可不需机加工而一次成型气体流道的燃料电池双极板。

Description

质子交换膜燃料电池双极板自动生产线

技术领域：

本发明涉及一种生产电池双极板的生产线。

背景技术：

燃料电池种类繁多，性能各异，其中质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)可以成为电动汽车的理想能源，亦可作为军用、民用便携式电源。具有十分广阔的应用前景。

PEMFC属于低温燃料电池，以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板。PEMFC技术是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术，具体过程为：

(1)氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子(即质子)并释放出带负电的电子。

(2)氢离子穿过电解质(质子交换膜)到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。

(3)在电池另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水。

与其它种类的燃料电池相比，PEMFC主要有以下优点：

(1)能量转化效率高。通过氢氧化合作用，直接将化学能转化为电能，不通过热机过程，不受卡诺循环的限制。

(2)可实现零排放。其唯一的排放物是纯净水(及水蒸气)，没有污染物排放，是环保型能源；运行噪声低，可靠性高。PEMFC电池组无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。

(3)维护方便。PEMFC内部构造简单，电池模块呈现自然的“积木化”结构，使得电池组的组装和维护都非常方便；也很容易实现“免维护”设计。

(4)发电效率受负荷变化影响很小。

(5)燃料氢气来源极其广泛，是一种可再生的能源资源，取之不尽，用之不绝。可通过石油、天然气、甲醇、甲烷等进行重整制氢；也可通过电解水制氢、光解水制氢、生物制氢等方法获取氢气；氢气的生产、储存、运输和使用等技术目前均已非常成熟、安全、可靠。

PEMFC应用十分广泛。实际上，凡是需要能源、动力的地方都可以应用PEMFC。PEMFC的主要应用领域可分为以下三大类：

(1)用作便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源、不间断电源等，适用于军事、通讯、计算机、地质、微波站、气象观测站、金融市场、医院及娱乐场所等领域，以满足野外供电、应急供电以及高可靠性、高稳定性供电的需要。

(2)可用作助动车、摩托车、汽车、火车、船舶等交通工具动力，以满足环保对车辆船舶排放的要求。PEMFC的工作温度低，启动速度较快，功率密度较高(体积较小)，因此，很适于用作新一代交通工具动力。这是一项潜力十分巨大的应用。由于汽车是造成能源消耗和环境污染的首要原因，因此，世界各大汽车集团竞相投入巨资，研究开发电动汽车和代用燃料汽车。从目前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力源，PEMFC电动车被业内公认为是电动车的未来发展方向。

(3)可用作分散型电站。PEMFC电站可以与电网供电系统共用，主要用于调峰；也可作为分散型主供电源，独立供电，适于用作海岛、山区、边远地区或新开发地区电站。

现有技术采用传统碳材料制备的双极板，由于材料成型工艺复杂、周期长，造成双极板的成品价格昂贵。特别地，需要通过后续的机械加工引入流道，这种加工非常困难。后续流道加工费用是板材成本的3到5倍。目前碳质材料双极板成本要占整个燃料电池生产成本的60％以上。对于使用金属板作为PEMFC的双极板，虽然其成本较低，但突出的问题是如何提高电池长时间运行的稳定性和降低电池性能的衰减。对于双极板的另一个关键技术是减少体积和减轻重量，这对减少电池尺寸和重量非常必要，尤其是对于电动汽车、笔记本电脑、移动手机等移动电源。目前碳质材料双极板由于所选用的材料和工艺限制，双极板的体积超过整个电池堆体积的2/3，这不仅阻碍了PEMFC的商业化应用，也限制了电池的薄型化、小型化。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种制作燃料电池双极板工艺简单、生产成本低的质子交换膜燃料电池双极板自动生产线。

本发明的技术解决方案是：

一种质子交换膜燃料电池双极板自动生产线，其特征是：有真空压力注浆机构，真空压力注浆机构后设置双极板生产线。

真空压力注浆机构有搅拌池，搅拌池与浆料泵连接，浆料泵与和抽真空处理装置连通的容器连接，该容器与空气压缩装置连接，该容器上开设有浆料出口。

抽真空处理装置有与容器连通的缓冲容器，缓冲容器与真空泵连接。双极板生产线有输送带，输送带上装夹装有双极板模具的夹件，输送带近侧设置刮平装置，刮平装置后设置烘箱，烘箱后设置顶出装置，输送带近侧设置将双极板模具升降传递的装置。

本发明结构合理，采用本发明制造质子交换膜燃料电池双极板工艺简单、生产成本低、性能稳定，可以采用C/C复合材料和凝胶注模制作双极板，可不需机加工而一次成型气体流道的燃料电池双极板。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示图。

图2是图1中模具与顶出装置结构示图。

具体实施方式：

一种质子交换膜燃料电池双极板自动生产线，有真空压力注浆机构，真空压力注浆机构后设置双极板生产线。

真空压力注浆机构有搅拌池1，搅拌池1与浆料泵2连接，浆料泵2与容器3连接，容器3与缓冲容器5连通，缓冲容器5与真空泵6连接，容器3与空气压缩机4连接，容器3上开设有浆料出口13。双极板生产线有输送带7，输送带7上装夹装有双极板模具11的夹件14，输送带7近侧设置刮板8，刮板8后设置烘箱9，烘箱9后设置顶出装置10，输送带7近侧设置将双极板模具11升降传递的装置12。

双极板模具11有由模块23和模板26连接形成的型腔24，型腔24中设置将型腔24分隔为二的挡块25。顶出装置10有与模具11的模板26连接的推杆15，推杆15与推板16连接，推板16与压机顶杆17连接，推杆15上套装弹簧18。顶出装置10与导向机构连接。导向机构包括设置在推板16上的导套19，导套19套装在导柱20上，导柱20固装在固定板21、22上。

本发明的工作过程是：将配制质子交换膜燃料电池C/C复合材料双极板的各种成份放入搅拌池1，搅拌均匀，用浆料泵2将搅拌均匀的浆料抽入容器3，利用真空泵6通过缓冲器5抽取容器3中的空气，获得无气泡的浆料，再用空气压缩机4将压缩空气注入容器3，从容器3底部出口将无气泡的浆料压出，进入双极板模具11，并通过带有随行夹件的输送带7将模具11送入刮平板8附近，由刮平板将双极板素坯刮平，将刮平后的素坯连同模具11一起送入烘箱9将双极板素坯烘干，再通过顶出装置10将烘干后的素坯脱模，素坯取走进行后处理，脱模后的模具11利用升降装置12送回输送带始端备用。

Claims (2)

1、一种质子交换膜燃料电池双极板自动生产线，其特征是：有真空压力注浆机构，真空压力注浆机构后设置双极板生产线；真空压力注浆机构有搅拌池，搅拌池与浆料泵连接，浆料泵与和抽真空处理装置连通的容器连接，该容器与空气压缩装置连接，该容器上开设有浆料出口；双极板生产线有输送带，输送带上装夹装有双极板模具的夹件，输送带近侧设置刮平装置，刮平装置后设置烘箱，烘箱后设置顶出装置，输送带近侧设置将双极板模具升降传递的装置。

2、根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板自动生产线，其特征是：抽真空处理装置有与容器连通的缓冲容器，缓冲容器与真空泵连接。