CN205282568U - 一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，包括缠绕柔性石墨板原料带的卷式供料机(1)、滚压辊(2)、滚筒印花机(3)、树脂喷涂机(4)，将从卷式供料机(1)引出的柔性石墨板原料带依次通过一对滚压辊(2)、滚筒印花机(3)和树脂喷涂机(4)。与现有技术相比，本实用新型采用柔性石墨材料，可以连续化生产，性能优良成本低，且用流水线的机械操作代替了手工操作，降低了人力成本，另外，得到的单极板一致性好，质量优良，可用于大批量的单极板生产。

Description

一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线。

背景技术

燃料电池是一种可以高效地将燃料和氧化剂转化为电能的发电装置。发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电机汽车上。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环境的绿色革命。

双极板是将单电池串联起来组成电池堆的关键部件，主要起分隔氧化剂和还原剂以及收集电流的作用，它具有以下特点：良好的阻气功能；导电、导热性能好；较低的体电阻和接触电阻；耐腐蚀性强；质量轻、强高、适于批量加工等。因此，双极板不但对电池的体积、重量、成本等影响较大，同时对燃料电池的电性能也有很大的影响。

现有技术中，双电极的材料多用复合石墨板和金属板。复合石墨板密度小，质量轻，但其导电性能差，耐高温性能差，易碎，不适合用于大功率的燃料电池。金属板导电性能高，强度大，可以用较薄的板做成双电极，但其耐腐蚀性能差，电阻大，导热性差，而且容易污染膜电极，影响燃料电池的寿命，另外，金属板采用镀膜处理工艺，价格昂贵，成本高。具体如表1所示。

表1复合石墨板和金属板的优缺点比较

现有的工艺都是通过手工操作，将金属板或石墨板裁剪成需要的大小，然后通过冲压或模压或蚀刻等方式在其表面形成流场，然后将带有流场的单极板黏贴在一起制成双极板。由于采用手工操作，效率低，劳动强度大，大大增加了燃料电池的人力成本；同时整个工艺对操作工的要求高，不同的操作者制成的电池堆可能性能完全不同。

发明内容

本实用新型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操作简单、自动化程度高的燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，包括缠绕柔性石墨板原料带的卷式供料机、滚压辊、滚筒印花机、树脂喷涂机，将从卷式供料机引出的柔性石墨板原料带依次通过一对滚压辊、滚筒印花机和树脂喷涂机。

使用上述流水线进行生产的方法包括以下步骤：

(1)将柔性石墨板原料带缠绕在卷式供料机上；

(2)将从卷式供料机引出的柔性石墨板原料带通过一对压辊进行滚压，对单极板原料带进行压实平整，使石墨板表面粗糙度达到0.20μm以内，提高原料的整体强度，耐腐蚀性能也有所增强；

(3)将压实平整后的柔性石墨板原料带通过滚筒印花机，进行流场的模压，得到极板带；

(4)将模压好流场的极板带通过树脂喷涂机，在极板带的整个表面涂上树脂即制得带状的柔性石墨极板。

所述的树脂喷涂机后设有裁剪装置，所述的裁剪装置下方设有用于收集与流转单电池的流转载体。所得的带状的柔性石墨极板通过裁剪装置剪切成单张的极板，置于流转载体中待用；

或者，所述的树脂喷涂机后设有收卷辊。将所得带状的柔性石墨极板缠绕在收卷辊中作为极板卷待用。

所述的卷式供料机的驱动系统与滚压辊的滚压速度同步。

本实用新型所用的原料带均采用柔性石墨，这种材料具有极佳的导热和导电性能，比金属轻，其性能已在燃料电池公交车、物料管理车上得到充分的验证。此外，柔性石墨耐腐蚀，有不错的机械性能，易塑形，设计灵活性强，原料来源充足，是大批量流水线化生产双电极的优良原料。

所述的滚压辊相当于平板压机模压，压力≤3.0MPa。滚压辊分上下两个，中间有细小的间隙，该间隙的大小即为目标单极板的厚度，因此，当柔性石墨板原料带通过压辊之后，表面平整，使得后续的模压变得精确。

所述的滚筒印花机采用嵌入式铝制模具，按所需的平面流场制成滚压模具。滚筒印花机分上下两个滚筒，每个滚筒的表面有流场的模型，当柔性石墨板原料带通过时，滚筒辊通过流场模型在其表面进行模压，使柔性石墨板原料带的两侧都模压上流场；并且，两个滚压辊必然是同步运动，且流场模型是相互匹配的，这样才能保证单极板正反两面的流场是合格的。

所述的树脂喷涂机将石墨树脂涂料加压至100MPa以下。高压状态下，涂料通过输送系统瞬间喷出，迅速膨胀、雾化，均匀射向石墨极板表面，形成厚度≤0.10mm的涂层。

所述的树脂喷涂机涂在极板带上的树脂含有高强有机胶的石墨树脂，能有效降低石墨极板的气孔率，提高了体积密度，增强了石墨极板的强度、防腐蚀性和耐磨性，使其结构稳定，所述高强有机胶包括有机硅胶、环氧树脂胶或聚异丁烯胶。

所述的收卷辊的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊，其作用是将柔性石墨极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的柔性石墨极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。单张的极板可通过手工操作，将两块极板合在一起做成双极板，用于燃料电池组的生产，极板带收卷在收卷辊上，可实现双极板的流水线操作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在以下几方面：

(1)本实用新型的单极板材料采用柔性石墨，耐腐性好，导电性能好，电阻小，轻质且成本低，适合于燃料电池商用车的制造。

(2)本实用新型用流水线的机械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本。

(3)本实用新型所有单极板都由流水线操作完成，不会发生两块单极板的性能相差很大的事故，保证生产的单极板质量的一致性。

附图说明

图1为单张单极板的生产流水线示意图；

图2为单极板卷的生产流水线示意图。

其中，1为卷式供料机，2为滚压辊，3为滚筒印花机，4为树脂喷涂机，5为裁剪装置，6为流转载体，7为收卷辊。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，包括缠绕柔性石墨板原料带的卷式供料机1、滚压辊2、滚筒印花机3、树脂喷涂机4，将从卷式供料机1引出的柔性石墨板原料带依次通过一对滚压辊2、滚筒印花机3和树脂喷涂机4。所述的树脂喷涂机4后设有裁剪装置5，所述的裁剪装置5下方设有用于收集与流转单电池的流转载体6。

所述的卷式供料机1的驱动系统与滚压辊2的滚压速度同步。所述的滚压辊2相当于平板压机模压，压力≤3.0MPa。所述的滚筒印花机3采用嵌入式铝制模具。所述的收卷辊7的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊。

采用上述装置生产单极板的方法包括以下步骤：

(1)将柔性石墨带缠绕在卷式供料机1上，得到极板原料卷。卷式供料机1逆时针转动，将单极板原料带引出，送往滚压辊2中。卷式供料机的驱动系统与滚压辊2的滚压速度控制系统联网同步；

(2)在滚压辊2中，柔性石墨原料带被压平整后送至滚筒印花机3，滚筒印花机3采用嵌入式铝制模具，按所需的平面流场制成滚压模具。经过滚筒印花机3的柔性石墨原料带两侧被模压好流场，得到极板带；

(3)将得到的极板带通入树脂喷涂机4内，给极板带的表面涂上含有高强有机胶的石墨树脂，该树脂能有效降低石墨极板的气孔率，提高了体积密度，增强了石墨极板的强度、防腐蚀性和耐磨性，使其结构稳定。树脂喷涂机4将石墨树脂涂料加压至100MPa以下。高压状态下，涂料通过输送系统瞬间喷出，迅速膨胀、雾化，均匀射向石墨极板表面，形成厚度≤0.10mm的涂层；

(4)经过树脂喷涂的极板带进入裁剪装置5中，裁剪成单张的单极板，然后通过重力的作用，落入下方的流转载体6中待用。

实施例2

如图2所示，一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，包括缠绕柔性石墨板原料带的卷式供料机1、滚压辊2、滚筒印花机3、树脂喷涂机4，将从卷式供料机1引出的柔性石墨板原料带依次通过一对滚压辊2、滚筒印花机3和树脂喷涂机4。所述的树脂喷涂机4后设有收卷辊7。

所述的卷式供料机1的驱动系统与滚压辊2的滚压速度同步。所述的滚压辊2相当于平板压机模压，压力≤3.0MPa。所述的滚筒印花机3采用嵌入式铝制模具。所述的收卷辊7的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊。

采用上述装置生产单极板的方法包括以下步骤：

(1)将柔性石墨带缠绕在卷式供料机1上，得到极板原料卷。卷式供料机1逆时针转动，将单极板原料带引出，送往滚压辊2中卷式供料机的驱动系统与滚压辊2的滚压速度控制系统联网同步；

(2)在滚压辊2中，柔性石墨原料带被压平整后送至滚筒印花机3，滚筒印花机3采用嵌入式铝制模具，按所需的平面流场制成滚压模具。经过滚筒印花机3的柔性石墨原料带两侧被模压好流场，得到极板带；

(3)将得到的极板带通入树脂喷涂机4内，给极板带的表面涂上含有高强有机胶的石墨树脂，该树脂能有效降低石墨极板的气孔率，提高了体积密度，增强了石墨极板的强度、防腐蚀性和耐磨性，使其结构稳定。树脂喷涂机4将石墨树脂涂料加压至100MPa以下。高压状态下，涂料通过输送系统瞬间喷出，迅速膨胀、雾化，均匀射向石墨极板表面，形成厚度≤0.10mm的涂层；

(4)经过树脂喷涂的极板带收卷在收卷辊7，得到柔性石墨极板卷待用。该收卷辊的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊，其作用是将柔性石墨极板卷压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的柔性石墨极板卷迅速转到卷芯上，实现平整收卷的目的。

Claims (7)

1.一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，包括缠绕柔性石墨板原料带的卷式供料机(1)、滚压辊(2)、滚筒印花机(3)、树脂喷涂机(4)，将从卷式供料机(1)引出的柔性石墨板原料带依次通过一对滚压辊(2)、滚筒印花机(3)和树脂喷涂机(4)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，所述的树脂喷涂机(4)后设有裁剪装置(5)，所述的裁剪装置(5)下方设有用于收集与流转单电池的流转载体(6)。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，所述的树脂喷涂机(4)后设有收卷辊(7)。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，所述的卷式供料机(1)的驱动系统与滚压辊(2)的滚压速度同步。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，所述的滚压辊(2)相当于平板压机模压，压力≤3.0MPa。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，所述的滚筒印花机(3)采用嵌入式铝制模具。

7.根据权利要求3所述的一种燃料电池用柔性石墨单极板的滚压生产流水线，其特征在于，所述的收卷辊(7)的卷芯前面装有一个可以改变位置的跟踪辊。