CN1929176A - 一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法 - Google Patents

一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1929176A
CN1929176A CNA2005100294326A CN200510029432A CN1929176A CN 1929176 A CN1929176 A CN 1929176A CN A2005100294326 A CNA2005100294326 A CN A2005100294326A CN 200510029432 A CN200510029432 A CN 200510029432A CN 1929176 A CN1929176 A CN 1929176A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow guide
plate
resin
weight
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005100294326A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100468843C (zh
Inventor
胡里清
郭伟良
胡卓滔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Shanghai Shenli Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Shen Li High Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Shen Li High Tech Co Ltd filed Critical Shanghai Shen Li High Tech Co Ltd
Priority to CNB2005100294326A priority Critical patent/CN100468843C/zh
Publication of CN1929176A publication Critical patent/CN1929176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100468843C publication Critical patent/CN100468843C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法，该导流极板为带有导流槽、导流孔的导流双极板或单极板，所述的导流极板由石墨粉、热固性树脂及碳纤维三者混合一次性模压成型，所述的导流极板的原料配方为石墨粉100重量份、热固性树脂10～60重量份、碳纤维1～50重量份；该导流极板的制造方法包括配料、模压等工艺步骤。与现有技术相比，本发明产品具有导电性好、机械强度高等优点。

Description

一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：
阴极反应：
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
燃料电池堆有一关键材料——双极板，该双极板可由石墨板或金属板来制造。目前为了降低成本，加快燃料电池产业化，都倾向于采用石墨材料来制作双极板，但是原先将烧结的纯石墨板进行机加工、刻槽来制造双极板，这个制造成本无法下降，过于昂贵。采用石墨粉加热固性树脂一次模压成型，带导流孔、导流槽的双极板，是目前最有希望降低双极板制作成本的方法。但该方法有如下缺陷：
树脂与石墨粉存在一定量比，当树脂比例增大或石墨粉比例降低时，可加大双极板强度，但同时也增大了双极板的电阻。
当树脂比例降低或石墨粉比例增大时，双极板导电率增加，但强度不够，容易破碎。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种导电性好、机械强度高的可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可用作质子交换膜的导流极板，该导流极板为带有导流槽、导流孔的导流双极板或单极板，其特征在于，所述的导流极板由石墨粉、热固性树脂及碳纤维三者混合一次性模压成型，所述的导流极板的原料配方为石墨粉100重量份、热固性树脂10～60重量份、碳纤维1～50重量份。
所述的热固性树脂包括酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂。
所述的碳纤维的纤维长度为1～100mm。
一种可用作质子交换膜的导流极板的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)配料
将原料按配方石墨粉100重量份、热固性树脂10～60重量份、碳纤维1～50重量份进行均混；
(2)模压
将上述均混料加入导流极板模具中，经100～300℃，400～600atm的压力一次性模压成型，得到带有导流槽、导流孔的导流极板。
所述的热固性树脂包括酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂。
所述的碳纤维的纤维长度为1～100mm。
本发明采用优质石墨粉加热固性树脂，再加上导电性良好的碳纤维。该碳纤维可以是长纤维也可以是短纤维，长度为1～100mm，导电率与纯石墨粉相当。在石墨粉与热固性树脂加碳纤维均匀混合过程中控制树脂比例不用太高，经一次性模压成型成为带导流槽、导流孔的双极板。该双极板内含树脂量比例不高，但由于有碳纤维的存在，因而强度大增，不易破碎，而且导电性好。
现有技术相比，本发明石墨粉、热固性树脂及碳纤维三者混合一次性模压成型，带有导流槽、导流孔的双极板，其强度高不易折断、导电率好、价格成本低，有利于推进燃料电池的产业化。
附图说明
图1为本发明导流极板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种可用作质子交换膜的导流双极板及其制造方法，该导流双极板的尺寸：206mm×206mm，厚：1mm，其结构如图1所示；所述的导流双极板的原料配方为石墨粉100公斤、酚醛树脂50公斤、长度为10mm的碳纤维50公斤；所述的导流双极板由上述石墨粉、酚醛树脂及碳纤维三者混合加入导流双极板模具中，经200℃，500atm的压力一次性模压成型。
该产品表面光滑，导电率是纯石墨板的90％，机械强度比原相同厚度的纯石墨板高20％。
实施例2
一种可用作质子交换膜的导流双极板及其制造方法，该导流双极板的尺寸：206mm×206mm，厚：1mm，其结构如图1所示；所述的导流双极板的原料配方为石墨粉100公斤、环氧树脂30公斤、长度为2mm的碳纤维25公斤；所述的导流双极板由上述石墨粉、环氧树脂及碳纤维三者混合加入导流双极板模具中，经100℃，600atm的压力一次性模压成型。
该产品表面光滑，导电率是纯石墨板的90％，机械强度比原相同厚度的纯石墨板高20％。
实施例3
一种可用作质子交换膜的导流双极板及其制造方法，该导流双极板的尺寸：206mm×206mm，厚：1mm，其结构如图1所示；所述的导流双极板的原料配方为石墨粉100公斤、氨基树脂10公斤、长度为100mm的碳纤维1公斤；所述的导流双极板由上述石墨粉、氨基树脂及碳纤维三者混合加入导流双极板模具中，经300℃，400atm的压力一次性模压成型。
该产品表面光滑，导电率是纯石墨板的90％，机械强度比原相同厚度的纯石墨板高10％。

Claims (6)

1.一种可用作质子交换膜的导流极板，该导流极板为带有导流槽、导流孔的导流双极板或单极板，其特征在于，所述的导流极板由石墨粉、热固性树脂及碳纤维三者混合一次性模压成型，所述的导流极板的原料配方为石墨粉100重量份、热固性树脂10～60重量份、碳纤维1～50重量份。
2.根据权利要求1所述的一种可用作质子交换膜的导流极板，其特征在于，所述的热固性树脂包括酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂。
3.根据权利要求1所述的一种可用作质子交换膜的导流极板，其特征在于，所述的碳纤维的纤维长度为1～100mm。
4.一种可用作质子交换膜的导流极板的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)配料
将原料按配方石墨粉100重量份、热固性树脂10～60重量份、碳纤维1～50重量份进行均混；
(2)模压
将上述均混料加入导流极板模具中，经100～300℃，400～600atm的压力一次性模压成型，得到带有导流槽、导流孔的导流极板。
5.根据权利要求4所述的一种可用作质子交换膜的导流极板的制造方法，其特征在于，所述的热固性树脂包括酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂。
6.根据权利要求4所述的一种可用作质子交换膜的导流极板的制造方法，其特征在于，所述的碳纤维的纤维长度为1～100mm。
CNB2005100294326A 2005-09-06 2005-09-06 一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法 Active CN100468843C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100294326A CN100468843C (zh) 2005-09-06 2005-09-06 一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100294326A CN100468843C (zh) 2005-09-06 2005-09-06 一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1929176A true CN1929176A (zh) 2007-03-14
CN100468843C CN100468843C (zh) 2009-03-11

Family

ID=37859045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100294326A Active CN100468843C (zh) 2005-09-06 2005-09-06 一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100468843C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103137982A (zh) * 2011-12-01 2013-06-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种热塑性树脂为粘结剂的水传输板及其制备
CN104900886A (zh) * 2015-05-27 2015-09-09 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种具有对流式冷却液流场的金属双极板
CN105428670A (zh) * 2015-12-15 2016-03-23 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种高功率密度pemfc电堆专用极板及其制备方法
CN108384184A (zh) * 2018-03-06 2018-08-10 吉林化工学院 一种接地网用石墨/热固性树脂导电复合材料的制备方法
CN112563528A (zh) * 2020-12-15 2021-03-26 广东国鸿氢能科技有限公司 一种模压成型双极板的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4339322A (en) * 1980-04-21 1982-07-13 General Electric Company Carbon fiber reinforced fluorocarbon-graphite bipolar current collector-separator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103137982A (zh) * 2011-12-01 2013-06-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种热塑性树脂为粘结剂的水传输板及其制备
CN104900886A (zh) * 2015-05-27 2015-09-09 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种具有对流式冷却液流场的金属双极板
CN105428670A (zh) * 2015-12-15 2016-03-23 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种高功率密度pemfc电堆专用极板及其制备方法
CN105428670B (zh) * 2015-12-15 2017-11-21 江苏氢电新能源有限公司 一种高功率密度pemfc电堆专用极板及其制备方法
CN108384184A (zh) * 2018-03-06 2018-08-10 吉林化工学院 一种接地网用石墨/热固性树脂导电复合材料的制备方法
CN112563528A (zh) * 2020-12-15 2021-03-26 广东国鸿氢能科技有限公司 一种模压成型双极板的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100468843C (zh) 2009-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114976086B (zh) 一种燃料电池用复合石墨双极板及制备方法
CN1929176A (zh) 一种可用作质子交换膜的导流极板及其制造方法
CN1815789A (zh) 一种用于燃料电池的集流母板与端板的复合结构
CN1770534A (zh) 一种带有氢气空气温度与湿度调节装置的燃料电池
CN2763988Y (zh) 一种燃料电池堆用膜电极的压制装置
CN1299372C (zh) 一种可用作质子交换膜燃料电池的导流极板及其制造方法
CN1469502A (zh) 一种集成式燃料电池
CN1385917A (zh) 一种改进型燃料电池
CN2554809Y (zh) 一种集成式燃料电池
CN2829110Y (zh) 一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆
CN2802738Y (zh) 一种单独模块式燃料电池堆
CN2763992Y (zh) 一种用于燃料电池的集流母板与端板的复合结构
CN2789944Y (zh) 一种压制燃料电池平板电极的热模具
CN1381917A (zh) 一种具有较高输出功率的燃料电池
CN2763993Y (zh) 一种用于燃料电池的导流双极板或膜电极的密封结构
CN2543215Y (zh) 一种可用作质子交换膜燃料电池的导流极板
CN2484648Y (zh) 一种燃料电池的导流极板
CN1661834A (zh) 一种高机械强度的燃料电池导流极板及其制造方法
CN2738403Y (zh) 一种能够自动调节平行度的平板电极模具
CN1815781A (zh) 一种燃料电池堆用膜电极的压制装置
CN2624412Y (zh) 一种高效燃料电池导流双极板
CN2679863Y (zh) 一种高机械强度的燃料电池导流极板
CN2607670Y (zh) 一种适合批量生产与装配的燃料电池堆
CN1527425A (zh) 一种适合批量生产与装配的燃料电池堆
CN2554806Y (zh) 一种用于燃料电池的高效防腐蚀复合集流母板

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHANGHAI SHEN-LI HIGH TECH CO., LTD.

Effective date: 20131223

Owner name: STATE GRID SHANGHAI ELECTRIC POWER COMPANY

Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI SHEN-LI HIGH TECH CO., LTD.

Effective date: 20131223

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 201401 FENGXIAN, SHANGHAI TO: 200002 HUANGPU, SHANGHAI

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20131223

Address after: 200002 Nanjing East Road, Shanghai, No. 181, No.

Patentee after: State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company

Patentee after: Shanghai Shen-Li High Tech Co., Ltd.

Address before: 201401, Fengxian Shanghai Industrial Development Zone, dragon Yang Industrial Park, an international 27

Patentee before: Shanghai Shen-Li High Tech Co., Ltd.