專利名稱:燃料電池的帶溝隔板的制造方法
本發(fā)明涉及燃料電池用帶溝隔壁板的制造方法。
燃料電池是以氫、聯(lián)氨、甲醇等為燃料，以空氣(氧)為氧化劑，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，直接取出電能的裝置。從一個(gè)電池中取出的電壓不過0.3～1.2V，這個(gè)電壓很低，所以在實(shí)際應(yīng)用中，是將幾十個(gè)～幾百個(gè)單元電池串聯(lián)積層在一起使用的，用隔壁板這種構(gòu)造材料將各單元電池電氣導(dǎo)通。而且對(duì)供給單元電池的燃料和氧化劑來說，起的是分離界膜的作用。因此，就要求隔壁板具有導(dǎo)電性，對(duì)氣體和液體具有不滲透性，并且還要求對(duì)于燃料、氧化劑、電解質(zhì)(磷酸、硫酸、氫氧化鈉溶液等)具有抗蝕性。
使用膨脹石墨成形板，可作為滿足上述性能的材料。然而，如圖1所示，在形成兩面帶溝的隔壁板時(shí)，由于在溝部集中負(fù)荷的影響，在隔壁板上產(chǎn)生微小的裂縫，使對(duì)氣體液體的不浸透性下降。為了防止這種現(xiàn)象，保持對(duì)氣體液體的不滲透性，必須增加板的厚度，這便產(chǎn)生了增大燃料電池體積的問題。
本發(fā)明的目的是，解決上述問題，提供具有充分不滲透性的且厚度薄的燃料電池用的帶溝隔壁板的制造方法。
本發(fā)明提供的燃料電池用帶溝隔壁板的制造法如下迭層浸泡過水和(或)有機(jī)溶劑的多個(gè)膨脹石墨板，或浸泡過水和(或)有機(jī)溶劑的多個(gè)膨脹石墨板與沒有浸泡過水和(或)有機(jī)溶劑的一個(gè)或多個(gè)膨脹石墨板的組合。
在具有溝槽的模中，預(yù)成形迭層板。
干燥預(yù)成形后的迭層板。
加壓成形干燥后的迭層板。
附圖是燃料電池用帶溝的隔壁板的簡圖。
本發(fā)明所使用的膨脹石墨可以這樣制造。
石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，是碳原子排成的六角環(huán)網(wǎng)狀平面重迭構(gòu)成的，層平面內(nèi)的結(jié)合力非常強(qiáng)，形成密網(wǎng)平面。但是，在與層平面成直角的方向結(jié)合力較弱，在層之間相對(duì)地存在較大的空間。因此，在適當(dāng)?shù)臈l件下，酸、堿金屬、鹵素、氯化物等多種類的化學(xué)物質(zhì)容易進(jìn)入石墨層間，與碳原子結(jié)合，形成石墨層間化合物。將這種石墨層間化合物加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，例?50℃以上，最好是在800℃以上，化合物就會(huì)立刻分解，侵入的化學(xué)物質(zhì)變?yōu)檎魵庖莩?，石墨沿結(jié)晶的C軸方向膨脹10～400倍。將這樣取得的膨脹石墨制成粒子狀加以使用。
用于制作本發(fā)明膨脹石墨板的膨脹石墨粒子，一般可采用體積密度在0.001g/Cm3至0.02g/Cm3的粒子，最好是使用體積密度為0.001g/Cm3至0.005g/Cm3的。將這樣的膨脹石墨粒子單獨(dú)地利用沖壓或輥壓加壓成形，制成體積密度達(dá)到0.1～1.0g/Cm3的板狀膨脹石墨板(以下稱板)。這時(shí)板厚可以根據(jù)燃料電池用隔壁板(以下稱為隔壁板)的厚度適當(dāng)?shù)剡x定，從0.2毫米～幾毫米。
板的迭層數(shù)是考慮了隔壁板的密度、板厚和干燥板重量后而決定的，通?？墒褂?～30塊板。
用水和(或)有機(jī)溶劑對(duì)板浸滲的方法可使用噴涂法、涂布法、浸漬法等任何一種。膨脹石墨粒子體積密度為0.001g/Cm3至0.005g/Cm3的板以使用浸漬法為宜。
添加的水和(或)有機(jī)溶劑，使膨脹石墨板加壓成形時(shí)，膨脹石墨粒子容易流動(dòng)，防止了在隔壁板溝部和凸部出現(xiàn)裂縫，有很好的方向性，所以對(duì)氣體液體有優(yōu)良的不透過性。對(duì)達(dá)到上述目的的有機(jī)溶劑沒有特殊限制，只要使用與水具有同等蒸氣壓，并且價(jià)格便宜的有機(jī)溶劑就可以。例如，有機(jī)溶劑有甲醇、乙醛、丁醇、丙酮、三氯乙烯等，以及它們的混合物。
水和酒精的混合液、表面活性劑的水溶液等也可使用在本發(fā)明中。以下，僅以水為例進(jìn)行說明。
膨脹石墨板內(nèi)的水含浸量為體積的5～40%為宜。過少時(shí)達(dá)不到效果，過多時(shí)成形操作復(fù)雜，干燥時(shí)間變長。
迭層板可以采用完全使用了水或有機(jī)溶劑浸泡的板，或者是把隔壁板的凸部體積的部分用水和(或)有機(jī)溶劑等浸泡，而其余部分沒有用水或有機(jī)溶劑浸泡的板來進(jìn)行迭層，任一種方法都可以。
予成形是在室溫中平均壓力通常為50～200Kg/Cm2的條件下進(jìn)行的，以100～200Kg/Cm2為宜。
干燥通常在50～150℃的溫度中進(jìn)行。如果急劇加熱，就會(huì)在受壓的膨脹石墨板之間產(chǎn)生氣孔，所以最好從50℃開始，每小時(shí)升溫10℃，在高于100℃時(shí)保持1小時(shí)以上。使用有機(jī)溶劑時(shí)，需檢查有無起火的危險(xiǎn)性等，以便確定干燥條件。
加壓成形是在有溝結(jié)構(gòu)的金屬模中或在有凸紋結(jié)構(gòu)的模中進(jìn)行的。即在模中對(duì)干燥的成形體施加100～800Kg/Cm2的壓力，制成隔壁板。成形時(shí)，例如在10～50Kg/Cm2的壓力下，進(jìn)行充分的排氣，以防止因殘存的空氣而使隔壁板中產(chǎn)生氣泡。
下面，通過實(shí)施例說明本發(fā)明。
實(shí)施例1體積密度為0.002g/Cm3的膨脹石墨(日立化成工業(yè)株式會(huì)社制，商品各HGP-1)通過加壓滾軋，制成厚1mm、密度0.5g/Cm3、寬400mm以及長400mm的膨脹石墨板。將這種板在水中浸漬5分鐘，制成含有水份為體積的40%的板(浸滲板)。將這種浸滲板切割成100×100mm小塊，把10個(gè)這種浸滲塊迭層置入模中。另一方面，在模中配置各內(nèi)側(cè)面具有許多寬3mm、深3mm、間距5mm溝的上下凸模，使上凸模溝與下凸模溝相互垂直。施加50Kg/Cm2的壓力，反復(fù)進(jìn)行加壓、除壓，充分地排氣后，加80Kg/Cm2的壓力進(jìn)行預(yù)成形。其次，在干燥機(jī)中由50℃開始，每小時(shí)升溫10℃，在120℃中保持1小時(shí)，干燥后，利用與預(yù)成形相同的模和凸模，并加壓300Kg/Cm2成形，這樣就獲得了圖1所示形狀的，兩側(cè)具有寬3mm、高2mm以及間距5mm互相正交的凸部、總體厚度5mm，密度1.5g/Cm3的燃料電池用帶溝的隔壁板。
實(shí)施例2通過實(shí)施例1中的加壓滾軋后，把膨脹石墨板切割成100×100mm的未浸滲塊，取5個(gè)未浸滲塊，5個(gè)用實(shí)施例1相同方法得到的水浸滲塊，放入模中，按上面2個(gè)浸滲塊，中間5個(gè)未浸滲塊，下面3個(gè)浸滲塊的順序迭層，用與實(shí)施例1相同的方法預(yù)成形，與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行干燥和成形，制得厚度、密度和形狀與實(shí)施例1相同的隔壁板。
實(shí)施例3將實(shí)施例1的膨脹石墨板在工業(yè)純甲醇中浸滲3分鐘，使其含甲醇量為體積的30%后，切割成100×100mm的浸滲塊。取這種浸滲塊10個(gè)放入模中，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的預(yù)成形。然后風(fēng)干，由40℃開始每小時(shí)升溫10℃，在80℃中保持干燥1小時(shí)后，使用與實(shí)施例1相同的方法加壓成形，獲得厚度5mm、密度1.4，形狀與實(shí)施例1相同的隔壁板。
比較例取與實(shí)施例2相同方法獲得的100×100mm未浸滲塊10個(gè)，迭層放入模中，配置與實(shí)施例1相同組合的上下凸模，用50Kg/Cm2的壓力進(jìn)行排氣后，在300Kg/Cm2的壓力下加壓成形，獲得厚度、密度、和形狀與實(shí)施例1相同的隔壁板。
采用實(shí)施例1、2、3和比較例中所獲得的各隔壁板制成50mm方塊試驗(yàn)片，給試驗(yàn)片的片側(cè)施加1Kg/Cm2的空氣壓，利用水中置換法測定空氣的泄漏量，求出透氣率，其結(jié)果表示在表1中。
表1(單位Cm2/sec)
表1清楚地表明，實(shí)施例隔壁板比較例隔壁板透氣性小，對(duì)氣體液體的不滲透性優(yōu)良。
根據(jù)本發(fā)明可以獲得，不僅板厚度薄，而且對(duì)氣體液體具有充分的不滲透性的燃料電池用帶溝的隔壁板。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用的有溝隔壁板的制造法，其特征為包括下列步驟把浸漬過水和(或)有機(jī)溶劑的多個(gè)膨脹石墨板進(jìn)行迭層，或把浸漬過水和(或)有機(jī)溶劑的多個(gè)膨脹石墨板與沒有浸漬過水和(或)有機(jī)溶劑的一個(gè)或多個(gè)膨脹石墨板進(jìn)行組合迭層。在具有溝槽的模中，預(yù)成形迭層板。干燥予成形后的迭層板。加壓成形干燥后的迭層板。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其中浸漬過水和(或)有機(jī)溶劑的膨脹石墨板至少放置在迭層板的上面和下面。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其中膨脹石墨板具有0.1至1.0g/Cm3的體積密度。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1或2所述的方法，其中有機(jī)溶劑是甲醇、乙醛、丁醇、丙酮、三氯乙烯或其混合體。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1、2或4所述的方法，其水和(或)有機(jī)溶劑的浸漬量為膨脹石墨板體積的5%至40%。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其加熱干燥是從50℃至150℃逐漸加熱而進(jìn)行的。
專利摘要
經(jīng)下列方法制出的燃料電池用有溝隔壁板，即 使模壓成很薄的板，也具有充分的不滲透性，其制造 法包括下列步驟疊層多個(gè)浸漬過水和(或)有機(jī)溶 劑的膨脹石墨板，或組合多個(gè)浸漬過或沒有浸漬過 水和(或)有機(jī)溶劑的膨脹石墨板，預(yù)成型疊層板，干 燥預(yù)成型后的疊層板，加壓成型干燥后的疊層板。
文檔編號(hào)H01M2/14GK85104873SQ85104873
公開日1987年6月10日 申請日期1985年6月26日
發(fā)明者菊池好洋, 山田和夫, 藤田淳 申請人:日立化成工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan