專利名稱:燃料電池隔板以及包含該隔板的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種改善了燃料電池的功率特性的燃料電池隔板和包含該隔板的燃料電池。
背景技術(shù):
隨著能源的枯竭,顯現(xiàn)出替代能源的重要性逐步,作為下一代再生能源,燃料電池吸引了相當(dāng)多的關(guān)注。特別是,由于高效率和生態(tài)友好的優(yōu)勢,燃料電池正被積極研究。電池堆是燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)重要元件,其是層疊單元電池的組件,并且每個(gè)單元電池都包括膜電極組件(MEA)和隔板(雙極板)。隔板最常用于制造電池堆。隔板形狀決定了電池堆的結(jié)構(gòu)。隔板執(zhí)行各種功能,例如,將氫氣和氧氣供給到陰極,防止所提供的氣體混合,移動(dòng)電極中在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電子,并將在陰極產(chǎn)生的水排出到外部。因此,隔板應(yīng)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性,有利于電子移動(dòng),并應(yīng)具有表面特性,使產(chǎn)生的水能夠被有效地排出。此外,為了防止供給到陰極的氣體混合,透氣性也是重要的,并且還需要其他性能,例如取決于燃料電池的驅(qū)動(dòng)環(huán)境和操作條件的耐腐蝕性和強(qiáng)度。燃料電池隔板已開發(fā)和常用的的材料是石墨,石墨和樹脂的復(fù)合材料,或金屬,例如不銹鋼或鋁。在使用這樣的隔板制造的一個(gè)電池中,通過電極反應(yīng)所產(chǎn)生的電壓是恒定的,與該隔板的材料或面積無關(guān),但是電流與催化劑的反應(yīng)面積成比例。因此,燃料電池的功率取決于隔板面積。所以,為了增加功率,增加燃料電池隔板的面積是必要的。然而,增加燃料電池隔板的面積不利地使成型和加工復(fù)雜化,并由于制造設(shè)備面積增加導(dǎo)致成本增加。相關(guān)技術(shù)專利文獻(xiàn)(專利文獻(xiàn)I)韓國專利N0.0615105 (2006年8月16日登記)(專利文獻(xiàn)2)韓國專利N0.0834607 (2008年5月27日登記)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種燃料電池隔板及其制造方法以改善燃料電池的功率特性。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供包含所述隔板的燃料電池。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種燃料電池隔板,其包括:多個(gè)載流單元;和插置于所述載流單元之間的絕緣單元,其中,各個(gè)載流單元包含分散有碳基粒子(carbon-based particle)的第一聚合物基質(zhì),以及絕緣單元包含分散有絕緣無機(jī)粒子的
第二聚合物基質(zhì)。所述絕緣無機(jī)粒子可以選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、鈦酸鋇、二氧化硅、云母、滑石、高嶺土、玻璃粉、碳酸鈣、石英及其混合物。
所述絕緣無機(jī)粒子的平均粒徑可為f 100 μ m。所述絕緣無機(jī)粒子的存在量可以為10至1,000重量份,相對(duì)于100重量份的第二聚合物。所述碳基粒子可以選自碳粉、石墨、炭黑、乙炔黑、超導(dǎo)電炭黑(Ketjen black)、超導(dǎo)電乙炔黑(Denka black)、活性炭、碳納米管、碳納米纖維、碳納米線、碳納米角、碳納米環(huán)及其混合物。所述碳基粒子的平均粒徑可以為f200 μ m。所述碳基粒子的存在量可以為10至1,000重量份,相對(duì)于100重量份的第一聚合物。所述第一和第二聚合物基質(zhì)可以包含熱固性樹脂。所述第一和第二聚合物基質(zhì)可以選自環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂和聚酰亞胺樹脂。所述隔板可以以36:1至7:3的重量比包括所述載流單元和所述絕緣單元。在本發(fā)明的另一方面中,提供一種制造燃料電池隔板的方法,包括:分別制備形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物,形成絕緣單元的組合物包含熱固性樹脂、絕緣無機(jī)粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑,形成載流單元的組合物包含熱固性樹脂、碳基粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑;以及對(duì)形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物同時(shí)進(jìn)行壓縮模塑。在所述形成絕緣單元的組合物中,所述熱固性樹脂和固化劑可以為固體粒子。制備所述形成絕緣單元的組合物可以包括:將熱固性樹脂、固化劑和固化促進(jìn)劑混合以制備混合物;以及對(duì)該混合物進(jìn)行研磨,然后將經(jīng)研磨的混合物與絕緣無機(jī)粒子混
口 ο在所述形成絕緣單元的組合物中,所述絕緣無機(jī)粒子的存在量為10至1,000重量份,相對(duì)于100重量份的熱固性樹脂。在所述形成絕緣單元的組合物中,所述固化劑的存在量為30至70重量份,相對(duì)于100重量份的熱固性樹脂。在所述形成絕緣單元的組合物中,所述固化促進(jìn)劑的存在量為0.5至8重量份,相對(duì)于100重量份的熱固性樹脂。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了包含所述隔板的燃料電池。本發(fā)明實(shí)施方案的細(xì)節(jié)包括在本發(fā)明下面的描述中。
結(jié)合附圖,從下面實(shí)施方案的描述,本發(fā)明的這些和/或其他方面將變得清楚和更易于理解,其中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池隔板的結(jié)構(gòu)的視圖;圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池隔板的結(jié)構(gòu)的視圖;圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池隔板的結(jié)構(gòu)的視圖;圖4是示出實(shí)施例1中的燃料電池隔板的部分表面的圖像;圖5是示出在實(shí)施例1中制造的燃料電池隔板的導(dǎo)電性的測量結(jié)果的圖6是示出在實(shí)施例1至3中制造的燃料電池隔板的彎曲強(qiáng)度的測量結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式在下文中,將詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方案。然而,這些實(shí)施方案僅提供來說明本發(fā)明,而不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明。本發(fā)明僅由后述的權(quán)利要求范圍所限定。本發(fā)明的特征在于,使用絕緣材料和樹脂的復(fù)合材料來模塑和制造燃料電池隔板的一部分,以增加單個(gè)電池產(chǎn)生的電壓,從而增加固定面積產(chǎn)生的燃料電池功率。也就是說,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池隔板包括多個(gè)載流單元;和插置于所述載流單元之間的絕緣單元。所述載流單元包含分散有碳基粒子的第一聚合物基質(zhì),以及所述絕緣單元包含分散有絕緣無機(jī)粒子的第二聚合物基質(zhì)。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池隔板的結(jié)構(gòu)的視圖。提供圖1僅僅作為描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例,而本發(fā)明不限于圖1的結(jié)構(gòu)。以下,參考圖1,燃料電池隔板10包括多個(gè)載流單元11 ;和插置于所述載流單元之間的絕緣單元12。絕緣單元12包括由熱固性樹脂的交聯(lián)形成的第二聚合物基質(zhì)12b,和分散在第二聚合物基質(zhì)12b中的絕緣無機(jī)粒子12a。構(gòu)成第二聚合物基質(zhì)的第二聚合物起到形成聚合物基質(zhì)的作用,并用作粘合劑。所述第二聚合物可以為熱固性樹脂,并且特別地,所述熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂和聚酰亞胺樹脂。優(yōu)選地,根據(jù)物理性能,例如絕緣性、耐腐蝕性、透氣性和可模塑性、強(qiáng)度和與鄰近部分的粘合,來選擇絕緣無機(jī)粒子12a??捎糜诒景l(fā)明中的絕緣無機(jī)粒子12a選自金屬氧化物,例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦或鈦酸鋇;無機(jī)粒子,例如二氧化硅、云母、滑石、高嶺土、玻璃粉、碳酸鈣(CaCO3)或石英;及其混合物。此外,根據(jù)應(yīng)用和特性,可以對(duì)絕緣無機(jī)粒子12a的粒徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。特別地,所述絕緣無機(jī)粒子的平均粒徑優(yōu)選為f 100 μ m,更優(yōu)選為25 75 μ m。優(yōu)選地,絕緣無機(jī)粒子12a的存在量為10至1,000重量份,相對(duì)于100重量份的第二聚合物。當(dāng)絕緣無機(jī)粒子的含量低于10重量份時(shí),不利的是,不容易模塑,而當(dāng)絕緣無機(jī)粒子的含量超過1,000重量份時(shí),可能不利地劣化透氣性。更優(yōu)選地,所述絕緣無機(jī)粒子的存在量為100至500重量份。載流單元11包括由熱固性樹脂的交聯(lián)形成的第一聚合物基質(zhì)11b,和分散在第一聚合物基質(zhì)Ilb中的碳基粒子11a。此外,在載流單元11與膜電極組件接觸的表面上形成有流道(未示出)。構(gòu)成第一聚合物基質(zhì)Ilb的第一聚合物可以為熱固性樹脂,并且該熱固性樹脂如上所述。碳基粒子Ila選自碳粉、石墨、炭黑、乙炔黑、超導(dǎo)電炭黑(ketjen black)、超導(dǎo)電乙炔黑(Denka black)、Super P、活性炭、碳納米管、碳納米纖維、碳納米線、碳納米角、碳納米環(huán)及其混合物。此外,碳基粒子Ila的平均粒徑優(yōu)選為f200 μ m。當(dāng)碳基粒子的粒徑超過200 μ m時(shí),模塑和密封是不利的。更優(yōu)選地,碳基粒子Ila的粒徑為flOOym。另外,優(yōu)選地,碳基粒子Ila的存在量為10至1000重量份,相對(duì)于100重量份的第一聚合物。當(dāng)所述碳基粒子的含量低于10重量份時(shí),不利的是,不容易模塑,而當(dāng)碳基粒子的含量超過1,000重量份時(shí),不利的是,透氣性可能劣化。更優(yōu)選地,所述碳基粒子的存在量為100至500重量份。圖1圖示隔板的結(jié)構(gòu)為絕緣單元12以十字的形式設(shè)置在四個(gè)載流單元11之間,但是載流單元11的數(shù)目和絕緣單元12的形狀沒有特別限制。具體而言,考慮到燃料電池的尺寸等,根據(jù)本發(fā)明的隔板可以包括兩個(gè)或更多個(gè)載流單元。此外,絕緣單元可以以膜的形式插置在載流單元之間,并且可以具有各種通道形狀,例如十字形或#形。圖2和3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池隔板的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的燃料電池隔板20可以具有如圖2所示的結(jié)構(gòu),其中兩個(gè)膜形絕緣單元22插置在三個(gè)載流單元21之間,或者具有如圖3所示的結(jié)構(gòu),其中絕緣單元32以#的形式插置在九個(gè)載流單元31之間。在根據(jù)本發(fā)明的隔板中,隨著載流單元面積的增加,與催化劑的反應(yīng)面積增加,由此燃料電池的功率增加。另一方面,當(dāng)載流單元面積變得過大且絕緣單元的面積變得過小時(shí),由于模塑困難而可能得不到絕緣效果。因此,優(yōu)選地,載流單元和絕緣單元以36:1至7:3的重量比存在。當(dāng)載流單元和絕緣單元的含量比在上述限定范圍以外,且絕緣單元對(duì)載流單元的含量比過高時(shí),不利的是,載流面積降低。當(dāng)絕緣單元對(duì)載流單元的含量比過低時(shí),可能得不到絕緣單元的效果。具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池隔板可以用包括以下步驟的制造燃料電池隔板的方法制造:制備形成絕緣單元的組合物,該形成絕緣單元的組合物包含熱固性樹脂、絕緣無機(jī)粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑,和制備形成載流單元的組合物,該形成載流單元的組合物包含熱固性樹脂、碳基粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑;以及對(duì)所述形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物同時(shí)進(jìn)行壓縮模塑。以下,將對(duì)上述方法的各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述。首先,分別制備形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物,所述形成絕緣單元的組合物包含熱固性樹脂、絕緣無機(jī)粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑,所述形成載流單元的組合物包含熱固性樹脂、碳基粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑。通過將熱固性樹脂、固化劑和固化促進(jìn)劑的混合物與絕緣無機(jī)粒子混合來制備所述形成絕緣單元的組合物。上述混合工藝可以用常規(guī)的混合方法進(jìn)行,例如干混法或濕(液體)混法,并且考慮到工藝容易性優(yōu)選進(jìn)行干混法。因此,熱固性樹脂和固化劑優(yōu)選是固相。此外,在將所述混合物與絕緣無機(jī)粒子混合之前,上述方法可以還任選包括對(duì)熱固性樹脂、固化劑和固化促進(jìn)劑進(jìn)行研磨。該研磨工藝使得熱固性樹脂和固化劑的粒徑基本上等于絕緣無機(jī)粒子的粒徑,由此使得混合更均勻且在模塑過程中引起快速的固化反應(yīng)。上面已經(jīng)描述了用于制備形成絕緣單元的組合物的熱固性樹脂和絕緣無機(jī)粒子的種類和含量。
可以使用任何固化劑而沒有特別限制,只要該固化劑通常用于使熱固性樹脂固化。具體而言,固化劑的例子包括胺化合物、二胺化合物、聚胺化合物、聚酰胺化合物和酚醛樹脂等。優(yōu)選地,所述固化劑的存在量為30至70重量份,相對(duì)于100重量份的形成絕緣單元的熱固性樹脂。當(dāng)固化劑的含量低于30重量份時(shí),不利的是,可能會(huì)產(chǎn)生未反應(yīng)的熱固性樹脂。當(dāng)固化劑的含量高于70重量份時(shí),不利的是,部分固化劑可能未反應(yīng)。固化促進(jìn)劑起到縮短樹脂的固化時(shí)間的作用,其具體例子包括堿性化合物,例如三苯基膦(TPP)、二氨基二苯砜(DDS)、叔胺或咪唑。固化促進(jìn)劑的存在量為0.5至8重量份,相對(duì)于100重量份的形成絕緣單元的熱固性樹脂。當(dāng)固化促進(jìn)劑的含量低于0.5重量份時(shí),由于無粘性時(shí)間長而容易進(jìn)行處理,但是由于固化速度低而導(dǎo)致模塑時(shí)間不利地延長。當(dāng)固化促進(jìn)劑的含量高于8重量份時(shí),由于無粘性時(shí)間短導(dǎo)致固化速度增加,由此不利地使得模塑困難。與形成絕緣單元的組合物分開地,將熱固性樹脂、碳基粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑混合以制備形成載流單元的組合物。和制備形成絕緣單元的組合物一樣,這個(gè)混合過程可以通過將熱固性樹脂、固化劑和固化促進(jìn)劑混合,然后將得到的混合物與碳基粒子混合來進(jìn)行。這個(gè)混合工藝可以用例如干混法或濕(液體)混法進(jìn)行,并且濕混法可以使用例如丙酮的溶劑進(jìn)行。此外,在與碳基粒子混合之前,為了使熱固性樹脂和固化劑的粒徑等于碳基粒子的粒徑,任選地,可以還對(duì)熱固性樹脂、固化劑和固化促進(jìn)劑的混合物進(jìn)行研磨工藝。熱固性樹脂和碳基粒子的種類和含量已經(jīng)在上面描述過,而固化劑和固化促進(jìn)劑的具體種類和含量已經(jīng)在制備形成絕緣單元的組合物中進(jìn)行了描述。形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物可以還包含添加劑以改善燃料電池隔板的功能或制造的容易性。然后,將所制備的形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物在壓縮模塑機(jī)中同時(shí)進(jìn)行壓縮模塑以制造燃料電池隔板。壓縮模塑工藝可以用常規(guī)方法進(jìn)行,并且優(yōu)選在130至170°C的溫度和10至200kg/cm2的壓力下進(jìn)行。當(dāng)在壓縮模塑過程中溫度和壓力在上述限定的范圍以外時(shí),可模塑性和可固化性不利地差。此外,作為壓縮模塑的結(jié)果,在燃料電池隔板中同時(shí)形成流道。用上述方法制造的燃料電池隔板包括具有低透氣性和優(yōu)異電絕緣性的絕緣單元,以及具有優(yōu)異強(qiáng)度特性和導(dǎo)電性的載流單元,由此當(dāng)應(yīng)用于燃料電池時(shí),增加了單個(gè)電池產(chǎn)生的電壓并且顯著增加了固定面積產(chǎn)生的功率。因此,根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了包含所述隔板的燃料電池。更具體而言,所述燃料電池包括通過燃料和氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的電池堆,向發(fā)電器供給燃料的燃料供給器,以及向發(fā)電器供給氧化劑的氧化劑供給器,其中,所述電池堆包括至少一個(gè)單元電池,該單元電池包括:膜-電極組件,其包括彼此面對(duì)的陽極和陰極,以及插置在陽極和陰極之間的聚合物電解質(zhì)膜;和隔板,其設(shè)置在所述膜-電極組件的兩個(gè)表面上。
該燃料電池的各個(gè)元件具有常規(guī)燃料電池的結(jié)構(gòu),因此省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。以下,將詳細(xì)描述實(shí)施方案,以使得本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以容易地實(shí)施這些實(shí)施方案。但是,本發(fā)明可以以多種不同改進(jìn)方式實(shí)施,并且不限于這里描述的實(shí)施方案。制備實(shí)施例:燃料電池隔板的制備(實(shí)施例1)將相對(duì)于100重量份作為熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂固體顆粒,60重量份作為固化劑的酚醛樹脂和3重量份作為固化促進(jìn)劑的TPP,在混合器中干混并使用研磨機(jī)研磨成粒徑為50 μ m或大于50 μ m。將所得的研磨混合物與400重量份平均粒徑為50 μ m的作為絕緣無機(jī)粒子的Al2O3進(jìn)行干混,制得形成絕緣單元的組合物。單獨(dú)地,將相對(duì)于100重量份作為熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂固體顆粒,60重量份作為固化劑的酚醛樹脂、3重量份作為固化促進(jìn)劑的TPP和200重量份作為溶劑的丙酮,,用攪拌器攪拌,然后使用捏合 機(jī)與500重量份作為碳基粒子的粒徑為2(Γ100 μ m的石墨混合,然后進(jìn)行干燥,制得形成載流單元的組合物。使用模塑機(jī)在150°C的溫度下對(duì)如此制得的25重量份形成絕緣單元的組合物和75重量份形成載流單元的組合物同時(shí)進(jìn)行壓縮模塑,制得厚度0.5至3_的燃料電池隔板,其中絕緣單元以膜的形式插置在兩個(gè)載流單元之間。(實(shí)施例2和3)除了分別使用硅砂和玻璃粉作為絕緣無機(jī)粒子代替Al2O3以外,以與實(shí)施例1相同的方式制造燃料電池隔板。(比較實(shí)施例1)將相對(duì)于100重量份作為熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂固體顆粒,60重量份作為固化劑的酚醛樹脂、3重量份作為固化促進(jìn)劑的TPP和200重量份作為溶劑的丙酮,用攪拌器攪拌,然后與500重量份作為碳基粒子的粒徑為2(Γ100 μ m的石墨混合,然后進(jìn)行干燥,對(duì)所得混合物在150°C的溫度下進(jìn)行壓縮模塑,制得厚度0.5至3mm的燃料電池隔板。實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1:燃料電池隔板物的理性能評(píng)價(jià)測量了實(shí)施例1中制造的燃料電池隔板的表面,結(jié)果顯示于圖4。如圖4所示,包含絕緣無機(jī)粒子的絕緣單元以膜的形式設(shè)置在包含導(dǎo)電碳材料的載流單元之間。測量了在實(shí)施例1至3和比較實(shí)施例1中制造的燃料電池隔板的導(dǎo)電性和彎曲強(qiáng)度。關(guān)于導(dǎo)電性,由使用4點(diǎn)探針測量的電阻評(píng)價(jià)平均導(dǎo)電性,而彎曲強(qiáng)度按照ASTMD790進(jìn)行測量。結(jié)果顯示在圖5和6中。圖5是示出在實(shí)施例1中制造的燃料電池隔板的導(dǎo)電性的圖。圖6是示出在實(shí)施例I至3中制造的燃料電池隔板的彎曲強(qiáng)度的圖。如圖5所示,由實(shí)施例1中制造的燃料電池隔板的導(dǎo)電性測量結(jié)果可以看出,電流沒有流入到設(shè)置在隔板中心的絕緣單元,而不包括絕緣單元的載流單元的導(dǎo)電性基本上等同于比較實(shí)施例1的隔板。此外,如圖6所示,與比較實(shí)施例1的隔板相比,使用不同種類絕緣無機(jī)粒子制造的實(shí)施例1至3的隔板表現(xiàn)出相似或優(yōu)異的彎曲強(qiáng)度。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2:燃料電池功能的評(píng)價(jià)對(duì)實(shí)施例1至3和比較實(shí)施例1中制造的隔板進(jìn)行層疊以制造電池堆,并評(píng)價(jià)由此得到的電池堆的功率特性。使用由GORE Inc.生產(chǎn)的膜-電極組件來制造電堆,并將實(shí)施例1至3和比較實(shí)施例I中制造的隔板設(shè)置并連接到膜-電極組件的兩側(cè)以制造電池堆。將所制造的電池堆安裝到燃料電池功能測試儀(由Hydrogenic Corp.生產(chǎn))上,在60至80°C分別向陽極和陰極供給氫氣和空氣,并測試燃料電池的功能。結(jié)果,與包括比較實(shí)施例1的隔板的電池堆相比,包括實(shí)施例1至3的隔板的電池堆顯示出1.04倍的平均功率增加。由該測試結(jié)果可以看出,雖然根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1至3的隔板包括絕緣單元,但是當(dāng)應(yīng)用于燃料電池時(shí),它們能夠改善功率特征。由前述內(nèi)容明顯的是,所述燃料電池隔板包括具有低透氣性及優(yōu)異電絕緣性的絕緣單元和具有優(yōu)異強(qiáng)度特性和導(dǎo)電性的載流單元,由此當(dāng)應(yīng)用于燃料電池時(shí),增加了單個(gè)電池產(chǎn)生的電壓并且顯著增加了固定面積所產(chǎn)生的功率。雖然出于解釋說明的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案,本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解,在不偏離附屬權(quán)利要求書中公開的本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的情況下,可以有各種改進(jìn)方式、追加方式和替代方式。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池隔板,包括: 多個(gè)載流單元;和 插置于所述載流單元之間的絕緣單元, 其中,各個(gè)所述載流單元包含分散有碳基粒子的第一聚合物基質(zhì),以及 所述絕緣單元包含分散有絕緣無機(jī)粒子的第二聚合物基質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述絕緣無機(jī)粒子選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、鈦酸鋇、二氧化硅、云母、滑石、高嶺土、玻璃粉、碳酸鈣、石英及其混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述絕緣無機(jī)粒子的平均粒徑為I至100μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,相對(duì)于100重量份的所述第二聚合物,所述絕緣無機(jī)粒子的存在量為10至1,000重量份。
5.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中 ,所述碳基粒子選自碳粉、石墨、炭黑、乙炔黑、超導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)電乙炔黑、活性炭、碳納米管、碳納米纖維、碳納米線、碳納米角、碳納米環(huán)及其混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述碳基粒子的平均粒徑為Γ200μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,相對(duì)于100重量份的所述第一聚合物,所述碳基粒子的存在量為10至1,000重量份。
8.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述第一聚合物基質(zhì)和所述第二聚合物基質(zhì)包含熱固性樹脂。
9.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述第一聚合物基質(zhì)和所述第二聚合物基質(zhì)選自環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂和聚酰亞胺樹脂。
10.如權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述隔板以36:1至7:3的重量比包括所述載流單元和所述絕緣單元。
11.一種制造燃料電池隔板的方法,包括: 分別制備形成絕緣單元的組合物和形成載流單元的組合物,所述形成絕緣單元的組合物包含熱固性樹脂、絕緣無機(jī)粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑,所述形成載流單元的組合物包含熱固性樹脂、碳基粒子、固化劑和固化促進(jìn)劑;以及 對(duì)所述形成絕緣單元的組合物和所述形成載流單元的組合物同時(shí)進(jìn)行壓縮模塑。
12.如權(quán)利要求11所述的方法,其中,在所述形成絕緣單元的組合物中,所述熱固性樹脂和所述固化劑為固體粒子。
13.如權(quán)利要求11所述的方法,其中,所述制備形成絕緣單元的組合物包括: 將熱固性樹脂、固化劑和固化促進(jìn)劑混合,制得混合物;以及 對(duì)所述混合物進(jìn)行研磨,然后將經(jīng)研磨的混合物與絕緣無機(jī)粒子混合。
14.如權(quán)利要求11所述的方法,其中,在所述形成絕緣單元的組合物中,相對(duì)于100重量份的所述熱固性樹脂,所述絕緣無機(jī)粒子的存在量為10至1,000重量份。
15.如權(quán)利要求11所述的方法,其中,在所述形成絕緣單元的組合物中,相對(duì)于100重量份的所述熱固性樹脂,所述固化劑的存在量為30至70重量份。
16.如權(quán)利要求11所述的方法,其中,在所述形成絕緣單元的組合物中,相對(duì)于100重量份的所述熱固性樹脂,所述固化促進(jìn)劑的存在量為0.5至8重量份。
17.一種燃料電池,包含根據(jù)權(quán)利要求f 10中的任 一項(xiàng)所述的隔板。
全文摘要
本發(fā)明公開一種改善了燃料電池的功率特性的燃料電池隔板和包含該隔板的燃料電池。該隔板包括多個(gè)載流單元;和插置于所述載流單元之間的絕緣單元,其中,各個(gè)載流單元包含分散有碳基粒子的第一聚合物基質(zhì),以及絕緣單元包含分散有絕緣無機(jī)粒子的第二聚合物基質(zhì)。該燃料電池隔板包括具有低透氣性和優(yōu)異電絕緣性的絕緣單元,以及具有優(yōu)異強(qiáng)度特性和導(dǎo)電性的載流單元,由此當(dāng)應(yīng)用于燃料電池時(shí),增加了單個(gè)電池產(chǎn)生的電壓并且顯著增加了固定面積產(chǎn)生的功率。
文檔編號(hào)H01M8/02GK103165921SQ201210537339
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者李暻和, 任宰旭, 許正茂, 金正憲 申請(qǐng)人:韓國輪胎株式會(huì)社