專利名稱：一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池用雙 極板技術(shù)。
技術(shù)背景燃料電池雙極板(包括流場(chǎng))是燃料電池關(guān)鍵部件之一。目前雙極板主要 有金屬型雙極板和石墨型雙極板。在石墨型雙極板中，柔性石墨是一種非常適 合作燃料電池雙極板的材料，現(xiàn)有技術(shù)中用柔性石墨制造雙極板的技術(shù)主要有W00041260專利中提供了兩層結(jié)構(gòu)的雙極板，氫流場(chǎng)板與水腔作為一塊板， 氧流場(chǎng)板作為一塊板，二塊板粘結(jié)到一起構(gòu)成一塊雙極板。該雙極板是先壓將 柔性石墨壓制成型后灌膠，膠粘劑是聚偏二氟乙烯，其不足之處是壓制工藝復(fù) 雜，氫流場(chǎng)板由于兩面流場(chǎng)導(dǎo)致成型困難，容易碎，導(dǎo)致廢品率高。W00064808專利，公開的兩層結(jié)構(gòu)雙極板，制備方法是在常壓下，將一定密 度的板材以一定的速度沉入樹脂中浸漬。這種方法的不足在于由于板材本身的 不均勻性和顆粒表面的差異以及板材的孔隙率不同，容易造成樹脂擴(kuò)散和吸附 的不均勻性，從而造成雙極板性能不穩(wěn)定，并且由于雙極板的透氣性相對(duì)較高， 導(dǎo)致該雙極板應(yīng)用于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)必須增加消氫系統(tǒng)，這樣就增加了系統(tǒng) 的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使用柔性石墨板制作的質(zhì)子交換膜燃料電池用雙 極板及其制備方法，使雙極板具有透氣量小，成本低，合格率高，易于批量生產(chǎn)，促進(jìn)燃料電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種新型質(zhì)子交換膜燃料 電池雙極板，由設(shè)置有氫流場(chǎng)、氧流場(chǎng)和水流場(chǎng)的柔性石墨板及水腔邊框構(gòu)成， 其特征在于所述的雙極板由五層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，中間是中密度柔性石墨板制成的水 流場(chǎng)板及設(shè)置在水流場(chǎng)板四周的用樹脂層壓板制成水腔邊框，水流場(chǎng)板的兩面 是兩塊高密度柔性石墨板制成的薄型平板，兩塊高密度柔性石墨薄型平板的背向水流場(chǎng)板的面分別是中密度柔性石墨板制作的氫流場(chǎng)板和氧流場(chǎng)板。本發(fā)明所述的一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的制作方法，包括用柔 性石墨板制作氫流場(chǎng)、氧流場(chǎng)及水流場(chǎng)，用樹脂層壓板制成水腔邊框，組裝成 取極板，其特征在于所述的制作方法還包括1)將經(jīng)浸漬過熱固性廚脂的高密 度柔性石墨板制成薄型平板；2)用沒浸漬熱固性樹脂的中密度柔性石墨板分別 制作氫流場(chǎng)板、氧流場(chǎng)板、水流場(chǎng)板；3)用樹脂層壓板制成水腔邊框，將制成 的水腔邊框粘接在用中密度柔性石墨板制作的水流場(chǎng)板的四周；4)將粘接好水 腔邊框的用中密度的柔性石墨板制作的水流場(chǎng)板的兩面分別粘接上高密度柔性 石墨薄型平板，在高密度柔性石墨薄型平板的背向水流場(chǎng)的面上分別粘接上氫 流場(chǎng)板和氧流場(chǎng)板。本發(fā)明的所述的一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池用雙極板，其特征在于所述 的高密度柔性石墨板的密度為1. 2g/cm3 1. 6g/cm3 ，所述的中密度柔性石墨板 的密度為0.8 g/cm3 1.2g/cm3 。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所的優(yōu)點(diǎn)是1、 由于氫、氧流場(chǎng)和水流場(chǎng)不直接成型在浸漬樹脂的高密度柔性石墨平板 上，高密度柔性石墨平板不會(huì)有裂縫產(chǎn)生，大大減小了雙極板的透氣性，使雙 極板的透氣量小于10—7Cm7cm2.S，制作的雙極板具有很好的平整度，具有很好 的成品合格率。2、 高密度柔性石墨平板可制作的盡量薄，減小了雙極板的厚度，可降低雙 極板的材料成本。3、 由于流場(chǎng)與極板是分體的，可根據(jù)燃料電池使用的不同條件，較容易的改 變流場(chǎng)的結(jié)構(gòu),從而降低燃料電池研發(fā)及制造的成本。4、 雙極板與質(zhì)子交換膜燃料電池?cái)U(kuò)散層碳紙的接觸電阻小。 5雙極板由非金屬材料組成，有很強(qiáng)的耐腐蝕性。 6.雙極板制作設(shè)備簡(jiǎn)單，易規(guī)?；a(chǎn)。


本發(fā)明有附圖一幅，是本發(fā)明的雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖中，1、氫流場(chǎng)板2、石墨薄型平板3、水腔邊框4、水流場(chǎng) 5、石墨薄型平板 6、氧流場(chǎng)板。
具體實(shí)施方式
按上述發(fā)明構(gòu)思，制作質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板。首先，制作高密度柔性石墨薄型平板選用密度為0.2 g/cm3的柔性石墨板，按照酚醛5wt%、環(huán)氧 樹脂5wt。/。和乙醇90wt。/。配制樹脂溶液，將樹脂溶液在真空度為-O. 09Mpa的條 件下浸漬柔性石墨板，烘干后壓制成密度為1. 3 g/cm3高密度薄型石墨平板,在 20(TC的條件對(duì)其中樹脂進(jìn)行固化，固化后形成石墨平板。然后，選用密度為1.0 g/cm3的柔性石墨板壓制氫、氧及水流場(chǎng)板。選用環(huán)氧樹脂層壓板制作水腔邊框。 最后，用膠粘劑將環(huán)氧樹脂層壓板制成的水腔邊框粘接在中密度柔性石墨板制 作的水流場(chǎng)板四周，將兩塊高密度薄型石墨平板粘接在水流場(chǎng)板的兩面，再將 氫流場(chǎng)板、氧流場(chǎng)板分別粘接在兩塊高密度薄型石墨平板的背向水流場(chǎng)的面上， 制作成為一個(gè)完整的雙極板。本實(shí)施例制作的雙極板的透氣量小于10—7cm3/Cm2.s;組裝的電池平均性能 良好；組裝電池組壽命穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1、一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，由設(shè)置有氫流場(chǎng)、氧流場(chǎng)和水流場(chǎng)的柔性石墨板及水腔邊框構(gòu)成，其特征在于所述的雙極板由五層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，中間是中密度柔性石墨板制成的水流場(chǎng)板及設(shè)置在水流場(chǎng)板四周的用樹脂層壓板制成水腔邊框，水流場(chǎng)板的兩面是兩塊高密度柔性石墨板制成的薄型平板，兩塊高密度柔性石墨薄型平板的背向水流場(chǎng)板的面分別是中密度柔性石墨板制作的氫流場(chǎng)板和氧流場(chǎng)板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的制作方法， 包括用柔性石墨板制作氫流場(chǎng)、氧流場(chǎng)及水流場(chǎng)，用樹脂層壓板制成水腔邊框，組裝成雙極板，其特征在于所述的制作方法還包括1)將經(jīng)浸漬過熱固性樹脂 的高密度柔性石墨板制成薄型平板；2)用沒浸漬熱固性樹脂的中密度柔性石墨 板分別制作氫流場(chǎng)板、氧流場(chǎng)板、水流場(chǎng)板；3)用樹脂層壓板制成水腔邊框， 將制成的水腔邊框粘接在用中密度柔性石墨板制作的水流場(chǎng)板的四周；4)將粘 接好水腔邊框的用中密度的柔性石墨板制作的水流場(chǎng)板的兩面分別粘接上高密 度柔性石墨薄型平板，在高密度柔性石墨薄型平板的背向水流場(chǎng)的面上分別粘 接上氫流場(chǎng)板和氧流場(chǎng)板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池用雙極板，其特征 在于所述的高密度柔性石墨板的密度為1.2g/Cm3 1.6g/cm3 所述的中密度柔 性石墨板的密度為0. 8 g/cm3 1. 2g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，雙極板由五層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，中間是中密度柔性石墨板制成的水流場(chǎng)板及設(shè)置在水流場(chǎng)板四周的用樹脂層壓板制成水腔邊框，水流場(chǎng)板的兩面是兩塊高密度柔性石墨薄型平板，兩塊高密度柔性石墨薄型平板的背向水流場(chǎng)板的面分別是中密度柔性石墨板制作的氫流場(chǎng)板和氧流場(chǎng)板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于流場(chǎng)板與極板是分體的，制作容易，可根據(jù)不同的條件，較容易的改變流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)制作高密度柔性石墨平板時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂縫，減小了雙極板的透氣性，高密度柔性石墨平板可制作的盡量薄，減小了雙極板的厚度，提高了雙極板的平整度和成品合格率；制作設(shè)備簡(jiǎn)單，易規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/88GK101262066SQ20081001100
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者侯中軍, 傅云峰, 徐洪峰, 羅曉寬 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司