[go: up one dir, main page]

CN100433427C - 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100433427C
CN100433427C CNB2006100456768A CN200610045676A CN100433427C CN 100433427 C CN100433427 C CN 100433427C CN B2006100456768 A CNB2006100456768 A CN B2006100456768A CN 200610045676 A CN200610045676 A CN 200610045676A CN 100433427 C CN100433427 C CN 100433427C
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow field
resin
plate
graphite
hydrogen
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2006100456768A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101005137A (zh
Inventor
罗晓宽
侯明
张海峰
燕希强
明平文
衣宝廉
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.)
China Titanium Guochuang Qingdao Technology Co ltd
Original Assignee
Sunrise Power 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 Sunrise Power Co Ltd filed Critical Sunrise Power Co Ltd
Priority to CNB2006100456768A priority Critical patent/CN100433427C/zh
Publication of CN101005137A publication Critical patent/CN101005137A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100433427C publication Critical patent/CN100433427C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池领域，具体为一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作工艺。在一定的真空度的条件下，在专用真空箱中，对膨胀石墨板材进行浸灌热固性树脂或其混合溶液。浸灌树脂的板材在合适的温度下进行烘干，然后分别平压或辊压成平板，最后模压成氢流场和氧流场，水腔分成两部分，分别在氢、氧流场板的另一面。成型后的氢、氧流场板在合适的温度下进行固化，固化后再进行第二次浸灌树脂。最后将氢、氧流场板用胶粘剂或胶膜粘结到一起，成为一片完整的双极板。用本发明制作的双极板合格率高，透气量小，且生产工艺简单，成本低，对于促进燃料电池产业化发展具有重要的意义。

Description

一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体为一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/炭或铂-钌/炭为电催化剂，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。其中电池的双极板是燃料电池关键部件之一，重量大约是电池总重的80％，成本大约是电池总成本的45％。理想的双极板应是电、热的良导体，具有很好的阻气性能，很高的耐腐蚀性，具有一定的机械强度，为降低电池的成本，制备双极板的材料必须易加工。目前制备PEMFCS双极板广泛采用的材料是石墨和金属板，其中膨胀石墨本身所具有的特点决定它是一种非常适合作为PEMFCS双极板的材料。目前主要的代表文献如下：
加拿大Ballard公司在专利文献(公开号WO00/41260，公开日2000.7.13)中提出用膨胀石墨采用冲压或滚压浮雕方法制备带流场的石墨双极板，该双极板采用先成型后灌树脂的方法。缺点是石墨双极板的机械强度不能得到保证。
美国UCAR公司在专利文献(公开号WO/2000/064808，公开日2000.11.2)中制备的PEMFCS双极板在电阻及机械强度方面都能满足要求，但双极板制备的可操作性差，而且双极板的透气性相对较高，这样由此双极板组装的燃料电池发动机必须增加消氢系统，从而增加了发动机系统的复杂性。
中国科学院大连化学物理研究所在专利(申请号：200410020905.1，发明名称：一种新型质子交换膜燃料电池双极板制备工艺)提出将低密度的膨胀石墨板用热固性树脂在真空箱中在真空的条件下进行浸灌树脂，然后进行成型的方法，双极板可采用2-7层的结构。但在实际制作双极板过程中，用两层结构很难制作成合格的双极板，采用多层结构，这就造成双极板厚度大，双极板各处密度很不均匀，这就会造成电池组的组装和运行的难度，从而降低了电池组运行的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池用膨胀石墨双极板的制作方法。采用这种方法制作的双极板的强度高且非常稳定，透气量低，成本低，易于批量生产，对于促进燃料电池产业化生产具有重要的意义。
本发明的技术方案是：
一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法，具体步骤如下：
(1)采用天然鳞片石墨原料，制成0.19～0.22g/cm3的低密度石墨板材，板材厚度在3～10mm之间；
(2)将石墨板材根据双极板的大小进行剪裁，然后在真空度为0.08～0.1MPa的条件下，对石墨板材进行第一次浸灌树脂，浸灌树脂选用热固性树脂，时间为15～30分钟；
(3)浸灌后的膨胀石墨板在40℃～80℃的温度下烘4～8小时，烘干的板材经辊压或平压，得到密度为1.0～1.4g/cm3薄石墨板；
(4)将两块薄石墨板一面分别模压氢流场和氧流场，氢、氧流场板的氢流场和氧流场的另一面粘接，粘接处开设水腔，水腔分成两部分，分别在氢、氧流场板的粘接面；
(5)成型后的板材经150～200℃的固化处理，然后在真空度为0.08～0.1MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为15～30分钟；
(6)第二次浸灌树脂后在80℃～100℃的温度下固化30～60分钟；固化后的板材再用胶粘剂或胶膜粘结到一起，成为一片完整的双极板。
本发明第一次浸灌的树脂选用酚醛、环氧、呋喃、脲醛树脂之一，或者两种以上热固性树脂与溶剂混合制成的溶液，溶剂采用乙醇、丙酮或乙酸乙酯，按质量比计，酚醛、环氧、呋喃、脲醛树脂所占比例为10％～20％，溶剂所占比例为90％～80％。
本发明第二次浸灌的树脂选用甲基丙烯酸环氧酯或甲基丙烯酸氨基甲酸酯或环氧甲基丙烯酸双酯。
本发明氢流场和氧流场采用平行沟槽流场。
本发明石墨原料经酸化处理、在800～1000℃下至容积达到150～350ml/g制得可膨胀石墨，再制成0.19～0.22g/cm3的低密度石墨板材。
本发明的有益效果是：
1、本发明将双极板的水腔分开分别在氢、氧流场板上，使流场容易成型，双极板的制造合格率大大提高。
2、本发明选用合适的烘干温度，使石墨板模压流场的过程中，不会产生裂纹，双极板的制造合格率大大提高。
3、本发明采用二次浸灌树脂，对双极板的有可能的微空进行灌封，使双极板的透气量大大减小。
4、本发明采用两层结构合成一个双极板，提高了生产双极板的效率。
5、采用本发明制作的双极板机械强度得到加强，且各处密度基本相等。
6、本发明生产工艺简单，成本低，对于促进燃料电池产业化发展具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的生产工艺。
图2为电池平均性能曲线。
具体实施方式
如图1所示，本发明采用天然鳞片石墨原料，经酸化处理(常规技术)、在800～1000℃下至容积达到150～350ml/g，制得可膨胀石墨，制成0.19～0.22g/cm3的低密度石墨板材，板材厚度按照双极板的要求确定，一般在3～10mm之间。将石墨板材根据双极板的大小进行剪裁，然后在专用真空箱中，在真空度为0.08～0.1MPa的条件下，对石墨板材进行第一次浸灌树脂，浸灌树脂选用热固性树脂，如酚醛、环氧、呋喃、脲醛等树脂以及它们按照一定比例的混合溶液，时间为15～30分钟。浸灌后的膨胀石墨在40℃～80℃的烘干温度下烘4～8小时，烘干的板材经辊压机辊压或油压机平压，得到密度为1.0～1.4g/cm3薄石墨板。将两块薄石墨板(氢流场板和氧流场板)一面分别模压氢流场和氧流场，氢、氧流场板的氢流场和氧流场的另一面粘接，粘接处开设水腔，水腔分成两部分，分别在氢、氧流场板的粘接面。成型后的板材经150～200℃的固化处理，然后在专用真空箱中，在真空度为0.08～0.1MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为15～30分钟，第二次浸灌的树脂选用甲基丙烯酸环氧酯或甲基丙烯酸氨基甲酸酯或环氧甲基丙烯酸双酯等，第二次浸灌树脂后在80℃～100℃的温度下固化30～60分钟；固化后的板材再用胶粘剂或胶膜(如PS-2透明聚酯胶带、PS-1聚氯乙烯胶带、J-47-A结构胶等)粘结到一起，成为一片完整的双极板。
实施例1
按照本发明的思想，用膨胀石墨制作质子膜燃料电池的双极板，在真空度为0.1MPa的条件下，第一次浸灌的树脂为酚醛、环氧和乙醇的混合溶液，其质量比为5∶10∶85，时间为20分钟，采用的烘干温度为55℃，烘干时间为6小时，烘干的板材经辊压或平压，得到密度为1.2g/cm3薄石墨板；成型后的板材经180℃的固化处理，然后在真空度为0.1MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为20分钟，第二次浸灌的树脂为甲基丙烯酸环氧酯，流场采用平行沟槽流场，第二次浸灌树脂后在90℃的温度下固化40分钟。成型后的膨胀石墨双极板对透气量、导电性、导热性及机械强度指标进行测试，双极板的合格率达到85％以上。
用上述合格的膨胀石墨双极板组装10节氢气/空气(H2/Air)电池组，电极面积为270cm2，Cu催化剂Pt担量0.4mg/cm2。氢气的入口压力为40KPa，空气的入口压力为30KPa，电池平均性能的曲线，即单节平均电压与电流密度的关系如图2，空气利用率η＝40％，电池温度T＝65℃。由图2可以看出，在电池的电流密度在500mA/cm2时，单节电池的平均电压为0.67V左右，完全满足要求。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
在真空度为0.08MPa的条件下，第一次浸灌的树脂为酚醛树脂，时间为15分钟，采用的烘干温度为40℃，烘干时间为8小时，烘干的板材经辊压或平压，得到密度为1.4g/cm3薄石墨板；成型后的板材经200℃的固化处理，然后在真空度为0.08MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为15分钟，第二次浸灌的树脂为甲基丙烯酸环氧酯，流场采用平行沟槽流场，第二次浸灌树脂后在80℃的温度下固化60分钟。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
在真空度为0.09MPa的条件下，第一次浸灌的树脂为环氧树脂，时间为30分钟，采用的烘干温度为80℃，烘干时间为4小时，烘干的板材经辊压或平压，得到密度为1.0g/cm3薄石墨板；成型后的板材经150℃的固化处理，然后在真空度为0.09MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为30分钟，第二次浸灌的树脂为甲基丙烯酸氨基甲酸酯，流场采用平行沟槽流场，第二次浸灌树脂后在100℃的温度下固化30分钟。
实施例4
与实施例1不同之处在于：
在真空度为0.08MPa的条件下，第一次浸灌的树脂为呋喃树脂，时间为25分钟，采用的烘干温度为60℃，烘干时间为6小时，烘干的板材经辊压或平压，得到密度为1.0g/cm3薄石墨板；成型后的板材经180℃的固化处理，然后在真空度为0.08MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为25分钟，第二次浸灌的树脂为环氧甲基丙烯酸双酯，流场采用平行沟槽流场，第二次浸灌树脂后在100℃的温度下固化40分钟。
对上述成型后的膨胀石墨双极板对透气量、导电性、导热性及机械强度指标进行测试，试验表明，双极板的合格率达到85％以上。

Claims (5)

1、一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)采用天然鳞片石墨原料，制成0.19～0.22g/cm3的低密度石墨板材，板材厚度在3～10mm之间；
(2)将石墨板材根据双极板的大小进行剪裁，然后在真空度为0.08～0.1MPa的条件下，对石墨板材进行第一次浸灌树脂，浸灌树脂选用热固性树脂，时间为15～30分钟；
(3)浸灌后的膨胀石墨板在40℃～80℃的温度下烘4～8小时，烘干的板材经辊压或平压，得到密度为1.0～1.4g/cm3薄石墨板；
(4)将两块薄石墨板一面分别模压氢流场和氧流场，氢、氧流场板的氢流场和氧流场的另一面粘接，粘接处开设水腔，水腔分成两部分，分别在氢、氧流场板的粘接面；
(5)成型后的板材经150～200℃的固化处理，然后在真空度为0.08～0.1MPa的条件下进行第二次浸灌厌氧性树脂，时间为15～30分钟；
(6)第二次浸灌树脂后在80℃～100℃的温度下固化30～60分钟；固化后的板材再用胶粘剂或胶膜粘结到一起，成为一片完整的双极板。
2、按照权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法，其特征在于：第一次浸灌的树脂选用酚醛、环氧、呋喃、脲醛树脂之一，或者两种以上热固性树脂与溶剂混合制成的溶液，溶剂采用乙醇、丙酮或乙酸乙酯，按质量比计，酚醛、环氧、呋喃、脲醛树脂所占比例为10％～20％，溶剂所占比例为90％～80％。
3、按照权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法，其特征在于：第二次浸灌的树脂选用甲基丙烯酸环氧酯或甲基丙烯酸氨基甲酸酯或环氧甲基丙烯酸双酯。
4、按照权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法，其特征在于：所述氢流场和氧流场采用平行沟槽流场。
5、按照权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法，其特征在于：石墨原料经酸化处理、在800～1000℃下至容积达到150～350ml/g制得可膨胀石墨，再制成0.19～0.22g/cm3的低密度石墨板材。
CNB2006100456768A 2006-01-18 2006-01-18 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法 Expired - Fee Related CN100433427C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100456768A CN100433427C (zh) 2006-01-18 2006-01-18 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100456768A CN100433427C (zh) 2006-01-18 2006-01-18 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101005137A CN101005137A (zh) 2007-07-25
CN100433427C true CN100433427C (zh) 2008-11-12

Family

ID=38704126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006100456768A Expired - Fee Related CN100433427C (zh) 2006-01-18 2006-01-18 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100433427C (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103123973A (zh) * 2013-01-23 2013-05-29 宜兴市四通家电配件有限公司 一种质子交换膜燃料电池双极板制备方法
CN103531829B (zh) * 2013-10-22 2015-07-08 江苏中靖新能源科技有限公司 一种氢燃料电池极板及其制备方法
CN106876723B (zh) * 2015-12-10 2023-06-23 上海神力科技有限公司 一种燃料电池用柔性石墨板单电池的连续生产方法
CN109786778A (zh) * 2019-01-28 2019-05-21 威海南海碳材料科技研究院有限公司 一种全钒液流电池用复合双极板及其制备方法
CN109755603A (zh) * 2019-02-22 2019-05-14 佛山科学技术学院 一种超薄金属薄板夹心柔性石墨双极板及其制备方法
CN112086650B (zh) * 2019-06-12 2021-07-02 清华大学 燃料电池、膨胀石墨板及膨胀石墨极板的制备方法
CN112103516B (zh) * 2020-09-17 2024-07-09 国鸿氢能科技(嘉兴)股份有限公司 一种用于制作石墨双极板的连续辊压成型装置和方法
CN112310426A (zh) * 2020-10-10 2021-02-02 滨州双峰石墨密封材料有限公司 石墨双极板制备方法及其制备的石墨双极板
CN112757568B (zh) * 2020-12-10 2023-03-21 江苏耀扬新能源科技有限公司 一种燃料电池双极板及其成型工艺
CN114976097B (zh) * 2022-04-22 2024-02-27 同济大学 一种燃料电池用分层式复合石墨极板及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030191228A1 (en) * 2001-08-06 2003-10-09 Masayuki Noguchi Conductive curable resin composition and separator for fuel cell
US20050112441A1 (en) * 2002-03-20 2005-05-26 Tadashi Iino Electroconductive curable resin composition, cured product thereof and process for producing the same
CN1719645A (zh) * 2004-07-06 2006-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种新型质子交换膜燃料电池双极板制备工艺

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030191228A1 (en) * 2001-08-06 2003-10-09 Masayuki Noguchi Conductive curable resin composition and separator for fuel cell
US20050112441A1 (en) * 2002-03-20 2005-05-26 Tadashi Iino Electroconductive curable resin composition, cured product thereof and process for producing the same
CN1719645A (zh) * 2004-07-06 2006-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种新型质子交换膜燃料电池双极板制备工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PEMFC膜电极组件(MEA)制备方法的评述. 马建新，衣宝廉，俞红梅，侯中军，张华民.化学进展，第16卷第5期. 2004 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101005137A (zh) 2007-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100433427C (zh) 一种质子交换膜燃料电池用双极板的制作方法
CN101447571B (zh) 一种质子交换膜燃料电池柔性石墨复合双极板的制备方法
CN1330026C (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板制备工艺
CN100452509C (zh) 催化层支撑质子交换膜燃料电池复合膜电极及其制备方法
CN102496726B (zh) 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和质子交换膜燃料电池膜电极成型夹具
KR101267786B1 (ko) 촉매층 형성용 파우더를 이용한 연료전지용 막전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지
CN113224339B (zh) 柔性超薄石墨双极板及其制备方法
CN103746122A (zh) 一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法
CN104617247B (zh) 一种串接叠层锂硫电池的制备方法
CN101483240B (zh) 一种用于燃料电池的超薄型石墨双极板的加工方法
CN102683725B (zh) 一种直接甲醇燃料电池膜电极集合体的制备方法
KR20080105255A (ko) 전기전도도가 향상된 5-레이어 ｍｅａ 제조 방법
CN101000963A (zh) 一种燃料电池膜电极的制作方法
CN117117216A (zh) 一种具有气体流道的气体扩散层碳纸基材及其制备方法
CN110364743A (zh) 一种双催化层结构电极及制备方法和其在高温膜燃料电池中的应用
CN117691142A (zh) 一种低接触电阻、高阻气复合石墨双极板及其制备方法
EP2863458B1 (en) Method for producing carbon paper for fuel cell gas diffusion layer by addition of conducting polymer and carbon paper for fuel cell gas diffusion layer produced by the method
CN101262066B (zh) 一种新型质子交换膜燃料电池双极板及其制作方法
CN114883579B (zh) 一种燃料电池用碳纸及其制备方法
US20080220154A1 (en) Method of forming fluid flow field plates for electrochemical devices
JP3731255B2 (ja) 燃料電池用集電体の製造方法
CN103474683B (zh) 提高一体式再生燃料电池性能的膜电极组件及其制备方法
CN111600056B (zh) 一种储能复合材料结构电池的制备方法
CN108878931A (zh) 一种高温聚合物电解质膜燃料电池
CN114824299B (zh) 一种ccm膜电极及其制备方法、应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: XINYUAN POWER CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: DALIAN INST OF CHEMICOPHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Effective date: 20071116

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20071116

Address after: Block 401# No. 1 A 116025 in Liaoning province Dalian City High-tech Park Qixianling Torch Road

Applicant after: Sunrise Power Co.,Ltd.

Address before: 116023 No. 457, Zhongshan Road, Liaoning, Dalian

Applicant before: Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230320

Address after: 266000 Room 235, Science and Technology Museum, EMU Town, Qingdao Rail Industry Demonstration Zone, west end of Chunyang Road, Jihongtan Sub district Office, Chengyang District, Qingdao, Shandong

Patentee after: China titanium guochuang (Qingdao) Technology Co.,Ltd.

Address before: 116025 Liaoning city of Dalian province high tech Zone Qixianling Torch Road No. 1 block A No. 401

Patentee before: Sunrise Power Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081112