CN1808748A - 燃料电池双极板的制备方法 - Google Patents
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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，首先制备组成双极板的氢气极板和氧化剂极板；将粉状导电材料和黏合剂混合均匀，制成导电黏合剂；将制备好的导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上；接着将两块极板的冷却面对合在一起，加压并室温下保持压力20－80分钟；之后去除其周边多余的挤出物，即得燃料电池双极板成品。本发明中导电黏合剂涂抹在整个极板的冷却面上，而不是现有技术的密封槽中，黏合面相对大的多，从而提高了双极板的黏合强度；而导电黏合剂既可以黏合极板同时具有导电性，所以不会导致两块极板之间的接触电阻增加。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种燃料电池领域的加工方法，具体地说是一种燃料电池双极板的制备方法。
二、背景技术
燃料电池堆是一种通过氢燃料和氧化剂的电化学反应产生电能的装置。该装置的核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，由两张多孔性的气体扩散层和夹在中间的一片质子交换膜组成。在质子交换膜与气体扩散层(如碳纸)的界面上附着有电化学催化剂。
燃料电池堆的另一重要部件是双极板。双极板的表面至少含有一条气体导流槽，导流槽为参加电极反应的气体提供了到达膜电极的通道，在反应中产生的反应产物(如水)通过气体导流槽排出电堆。双极板内至少含有一条冷却流道，冷却介质(如空气或水)流经双极板中的冷却流道，将反应中产生的热量带出电堆。双极板由导电材料经过模压、冲压或机械雕刻而成，为电子的流动提供了通道。双极板具有一定的强度，为膜电极提供支撑。双极板具有一定的气密性，双极板、膜电极以及双极板与膜电极之间的密封材料把参加反应的燃料和氧化剂分开。
当氢气由燃料电池堆的氢气入口进入双极板的氢气导流槽后，透过多孔性的气体扩散层(如碳纸)到达催化剂的表面。在催化剂的作用下，氢气发生电化学反应，氢原子失去电子成为正离子(质子)。电子通过多孔性的气体扩散层(如碳纸)和双极板到达用电器，再通过双极板及多孔性的气体扩散层(如碳纸)到达膜电极另一侧的催化剂表面。在催化剂的作用下，电子与透过多孔性的气体扩散层(如碳纸)到达催化剂表面的氧化剂(如氧气)和通过质子交换膜到达催化剂表面的质子发生电化学反应，生成反应产物(如水)。在氢燃料电池中发生的电化学反应可用以下的反应方程式来表示：
阳极反应：2H2→4H++4e
阴极反应：O2+4H++4e→2H2O
燃料电池单电池内只有一片膜电极。单电池在反应中可提供的电压低于1.0V。为了提高燃料电池堆的输出功率，多于一片的单电池以串联的方式被组装在一个电堆中，燃料电池堆的输出电压是燃料电池堆中所有单电池电压的总和。
燃料电池堆在运行过程中，除了输出电能之外，还产生相当的热量。输出的电流越大，产生的热量越多。通常有两种冷却方式将燃料电池堆在反应中产生的热量排出：空冷型和液冷型。不论是空冷型燃料电池堆还是液冷型燃料电池堆，双极板上都有供冷却剂流通的冷却流道。在燃料电池堆中，一块燃料电池双极板由两块极板对合而成，冷却流道位于两块极板的中间，燃料(氢气)和氧化剂(如空气)导流槽分别位于两块极板的外侧。
两块极板之间的接触和密封状况对燃料电池堆能否正常工作是非常关键的。如果两块极板之间的接触电阻比较大，则在燃料电池堆运行过程中，两块极板之间的电压降比较大，这一方面降低了燃料电池堆的输出电压，另一方面增加了燃料电池堆的发热量，对冷却系统的要求也随之提高。如果两块极板之间的密封不好，一方面会导致燃料和氧化剂在燃料电池堆内发生混合，降低燃料电池堆的输出功率，且有燃烧和爆炸的危险，另一方面泄露到燃料电池堆外面的燃料(如氢气)在一定区域内累积到一定程度也会发生爆炸。
在现有的燃料电池堆中，两块极板之间是靠密封圈进行密封的。通过燃料电池连接杆施加的紧固压力将密封圈紧紧地贴在两块极板的表面上，从而达到密封的效果。这种方法有下列缺陷：
1.为了提高两块极板之间的密封性，需增加密封圈的厚度，但密封圈厚度的增加会导致两块极板之间的接触电阻增加。
2.为了减小两块极板之间的接触电阻，需减少密封圈的厚度，但密封圈厚度的减少会导致两快极板之间的密封性变差。
3.增加了燃料电池堆的组装难度。
申请号CN03129069.8，名称是“一种高效燃料电池导流双极板及其制造方法”及申请号CN03231866.9，名称是“一种高效燃料电池导流双极板”的两项中国专利申请公开了一种采用密封胶黏结双极板的方法来解决上述问题。具体作法是，在极板冷却面一侧的导气孔、冷却槽或光面四周设有浅宽型密封槽，密封槽内注入胶粘剂，加压后胶粘剂充满整个密封槽从而将两块极板黏结在一起。此方法虽然解决了两块极板之间的密封问题，但有以下缺陷：
1.因为所用的胶粘剂为非导体，这样就减少了两块极板导电面之间的接触面积，导致两块极板之间的接触电阻增大。
2.两块极板导电面之间的接触是面与面之间的压力接触，接触电阻较大。
三、发明内容
1、发明目的：本发明的目的是为了克服上述技术问题而提供的一种燃料电池双极板的制备方法，采用该方法制成的双极板不仅黏合效果好，而且两块极板之间的接触电阻也很小。
2、发明内容：本发明是通过以下技术方案实现上述目的：
一种燃料电池双极板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)首先制备组成双极板的氢气极板和氧化剂极板，这两种极板可以由石墨或碳粉经模压成型方式制得，也可由石墨板或碳板经机械铣刻而成；
(2)制备导电黏合剂，该导电黏合剂由以下组份和配比(重量比)混和均匀制成：粉状导电材料5％-15％和环氧树脂85％-95％，其中环氧树脂是粘合剂，粉状导电材料可以是石墨粉、碳粉或碳纤维粉；
(3)采用滚筒直接印刷法、丝网印刷法或喷涂法将导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上；
(4)将两块极板的冷却面对合在一起，加压并在室温下保持压力20-80分钟；
(5)去除其周边多余的挤出物，即得燃料电池双极板成品。
3、有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：(1)导电黏合剂涂抹在整个极板的冷却面上，而不是密封槽中，黏合面比现有技术大的多，从而提高了双极板的黏合强度；(2)导电黏合剂既可以黏合极板同时具有导电性，所以不会导致两块极板之间的接触电阻增加。
四、具体实施方式
实施例1：一种燃料电池双极板的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)首先制备组成双极板的氢气极板和氧化剂极板；
(2)制备导电黏合剂，该导电黏合剂由以下组份和配比(重量比)混和均匀制成：石墨粉5％和环氧树脂95％；
(3)采用滚筒直接印刷法将导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上；
(4)将两块极板的冷却面对合在一起，加压并在室温下保持压力60分钟；
(5)去除其周边多余的挤出物，即得燃料电池双极板成品。
实施例2：一种燃料电池双极板的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)首先制备组成双极板的氢气极板和氧化剂极板；
(2)制备导电黏合剂，该导电黏合剂由以下组份和配比(重量比)混和均匀制成：碳粉15％和环氧树脂85％；
(3)采用丝网印刷法将导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上；
(4)将两块极板的冷却面对合在一起，加压并在室温下保持压力30分钟；
(5)去除其周边多余的挤出物，即得燃料电池双极板成品。
实施例3：一种燃料电池双极板的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)首先制备组成双极板的氢气极板和氧化剂极板；
(2)制备导电黏合剂，该导电黏合剂由以下组份和配比(重量比)混和均匀制成：碳纤维粉9％和环氧树脂91％；
(3)采用喷涂法将导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上；
(4)将两块极板的冷却面对合在一起，加压并在室温下保持压力80分钟；
(5)去除其周边多余的挤出物，即得燃料电池双极板成品。
Claims (3)
1、一种燃料电池双极板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)首先制备组成双极板的氢气极板和氧化剂极板；
(2)制备导电黏合剂，该导电黏合剂由以下组份和配比(重量比)混和均匀制成：粉状导电材料5％-15％和环氧树脂85％-95％；
(3)将导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上；
(4)将两块极板的冷却面对合在一起，加压并在室温下保持压力20-80分钟；
(5)去除其周边多余的挤出物，即得燃料电池双极板成品。
2、根据权利要求1所述的燃料电池双极板的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，所述的粉状导电材料是石墨粉、碳粉或碳纤维粉。
3、根据权利要求1所述的燃料电池双极板的制备方法，其特征在于在步骤(3)中，采用滚筒直接印刷法、丝网印刷法或喷涂法将导电黏合剂均匀地涂在氢气极板或氧化剂极板的冷却面上。
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| CNA2006100383023A CN1808748A (zh) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | 燃料电池双极板的制备方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103682374A (zh) * | 2012-09-12 | 2014-03-26 | 上海力富新能源科技有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法 |
| CN108172859A (zh) * | 2016-12-07 | 2018-06-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高温燃料电池用双极板及其制造方法 |
| CN108336372A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-27 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池用双极板密封工艺 |
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2006
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