專利名稱：質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池領(lǐng)域的加工方法，具體地說(shuō)是一種質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。這種裝置的最大特點(diǎn)是由于反映過程中不涉及到燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，大部分類型的燃料電池的效率高達(dá)50％-60％，通過對(duì)余熱的二次利用，總效率可高達(dá)80％-85％，作為動(dòng)力源，其實(shí)際能源利用效率是普通內(nèi)燃機(jī)的2-3倍。其工作過程中幾乎不產(chǎn)生污染，功率范圍從幾瓦到數(shù)兆瓦，應(yīng)用范圍十分廣大。
燃料電池的類型有多種，其中質(zhì)子交換膜燃料電池具有低溫操作、快速啟動(dòng)、功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為最有前途，能替代內(nèi)燃機(jī)、蓄電池成為電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力源和軍用民用的便攜電源，市場(chǎng)極為廣泛。
質(zhì)子交換膜燃料電池單體主要包括膜電極和極板。電池單體的中間是膜電極，由質(zhì)子交換膜和氣體擴(kuò)散層、催化劑組成，膜電極兩側(cè)是極板，電化學(xué)反應(yīng)生成的電子通過極板即可引出至外電路。陽(yáng)極極板的導(dǎo)流孔和導(dǎo)流槽提供氫氣燃料，陰極極板則提供空氣為氧化劑。在陽(yáng)極氫氣經(jīng)催化反應(yīng)產(chǎn)生氫正離子(質(zhì)子)，質(zhì)子交換膜幫助氫正離子遷移到陰極。在陰極空氣中的氧經(jīng)催化反應(yīng)得到電子形成負(fù)離子，與遷移過來(lái)的氫正離子反應(yīng)生成水。在整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)中，極板引出的電流正是燃料電池的發(fā)電結(jié)果。多個(gè)電池單體根據(jù)需要串聯(lián)，組成不同功率的電池組(電堆)。在電池組中，極板串聯(lián)疊加，其一面作為陽(yáng)極導(dǎo)流面，另一面可作為相鄰單體電池的陰極導(dǎo)流面，這種極板稱為雙極板。也有一種雙極板由兩塊陰、陽(yáng)極板粘合而成，中間粘接處制成空氣或水的冷卻流槽。
燃料電池的極板要求導(dǎo)電、導(dǎo)熱、能隔阻反應(yīng)氣體而不隙漏，并能在電化學(xué)反應(yīng)中耐腐蝕?，F(xiàn)有技術(shù)中有采用表面改性的金屬材料做極板的，但難以達(dá)到耐腐蝕的要求，目前一般采用純石墨板材料做極板，但石墨板材料加工周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，石墨化溫度高達(dá)2300多度；而加工極板上的導(dǎo)流孔、導(dǎo)流槽必須采用數(shù)控機(jī)床銑刻，純石墨極板制造效率低而成本高，占燃料電池總成本的2/3，成為燃料電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛試驗(yàn)其他極板材料和新的工藝方法，如有用C/C復(fù)合材料和真空注漿制成素坯，再進(jìn)烘箱固化的方法；也有以柔性石墨模具成型后再浸漬的方法；又有用塑料注射機(jī)注射石墨塑料板的方法等等，這些方法工藝復(fù)雜，不是成本居高不下，就是極板的導(dǎo)電導(dǎo)熱性達(dá)不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、品質(zhì)穩(wěn)定，適應(yīng)產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的一種質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)根據(jù)極板的本體形狀制備一副可以形成極板上導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔的模具，采用該模具模壓成型的極板上直接形成用于流通反應(yīng)氣體的導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔，而現(xiàn)有技術(shù)中，極板上的導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔都是機(jī)加工形成；(2)將制備極板的原料混合均勻，成為制造極板的熱固性混合材料；(3)調(diào)節(jié)液壓機(jī)至40-60Mpa，并加熱模具溫度至至150-200℃，使之處于熱模狀態(tài)；(4)將混合均勻的極板原料直接放入模具，合模并保持壓力25-30秒，放入模具的極板原料其質(zhì)量根據(jù)所要加工出的極板尺寸及材料密度計(jì)算得出，這樣可以避免材料的浪費(fèi)，該原料不需要經(jīng)過預(yù)加熱、抽真空、擠壓預(yù)成型、預(yù)制素坯這些加工工序，而是直接放入模具中；(5)開模，清理飛邊后即得到帶有導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔的極板成品，該方法除了進(jìn)行必要的飛邊和通孔清理外，不需進(jìn)行其他機(jī)械加工。
根據(jù)極板功能的需要，上述步驟(1)中的模具還可以在極板上直接形成密封槽、定位孔及安裝孔。
3、有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)極板模壓一次成型，無(wú)需現(xiàn)有技術(shù)中純石墨坯材的切割、磨平、然后數(shù)銑刻槽等工序，也無(wú)需現(xiàn)有技術(shù)中有的材料要預(yù)加熱、抽真空、擠壓預(yù)成型、預(yù)制素坯等步驟，極大簡(jiǎn)化了加工工序，提高了工作效率，特別適合產(chǎn)品的工業(yè)化及規(guī)?；a(chǎn)；(2)因是精確模壓，所以每一塊極板所需的模壓材料都定量給出，避免了昂貴的極板材料的浪費(fèi)，降低了成本；(3)除了進(jìn)行必要的飛邊和通孔清除外，該方法不需進(jìn)行其他機(jī)械加工，簡(jiǎn)化了工序降低了成本。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，該方法包括以下步驟(1)根據(jù)極板的本體形狀制備一副可以形成極板上導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔的模具，4 采用該模具模壓成型的極板上直接形成用于流通反應(yīng)氣體的導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔，而現(xiàn)有技術(shù)中，極板上的導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔都是機(jī)加工形成；(2)將制備極板的原料混合均勻，成為制造極板的熱固性混合材料；(3)調(diào)節(jié)液壓機(jī)至45Mpa，并加熱模具溫度至至160℃，使之處于熱模狀態(tài)；(4)將混合均勻的極板原料直接放入模具，合模并保持壓力25秒；(5)開模，清理飛邊后即得到帶有導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔的極板成品，該方法除了進(jìn)行必要的飛邊和通孔清理外，不需進(jìn)行其他機(jī)械加工。
實(shí)施例2本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，該方法包括以下步驟(1)根據(jù)極板的本體形狀制備一副可以形成極板上導(dǎo)流槽、導(dǎo)流孔、密封槽、定位孔及安裝孔的模具；(2)將制備極板的原料混合均勻，成為制造極板的熱固性混合材料；(3)調(diào)節(jié)液壓機(jī)至60Mpa，并加熱模具溫度至至200℃，使之處于熱模狀態(tài)；(4)將混合均勻的極板原料直接放入模具，合模并保持壓力30秒；(5)開模，清理飛邊后即得到帶有導(dǎo)流槽、導(dǎo)流孔、密封槽、定位孔及安裝孔的極板成品。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)根據(jù)極板的本體形狀制備一副能形成極板導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔的模具；(2)將制備極板的原料混合均勻；(3)調(diào)節(jié)液壓機(jī)至40-60Mpa，并加熱模具溫度至150-200℃，使之處于熱模狀態(tài)；(4)將混合均勻的極板原料直接放入模具，合模；(5)開模，清理飛邊后即得到帶有導(dǎo)流槽及導(dǎo)流孔的極板成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，其特征在于在步驟(1)中，模具還可以形成密封槽、定位孔及安裝孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，其特征在于在步驟(4)中，合模后保持壓力25-30秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池極板的一次成型方法，首先根據(jù)本體形狀制備一副能形成導(dǎo)流槽和導(dǎo)流孔的模具，將制備極板的原料混合均勻，調(diào)節(jié)液壓機(jī)至40～60MPa，并加熱模具溫度至150～200℃，將混合均勻的極板原料直接放入模具并快速合模，開模并清理飛邊后即得帶有導(dǎo)流槽和導(dǎo)流孔的極板成品。采用本方法使極板模壓一次成型，極大簡(jiǎn)化了加工程序，大大提高了工作效率，特別適合產(chǎn)品的工業(yè)化及規(guī)模化生產(chǎn)；每一塊極板所需的模壓材料都準(zhǔn)確給出，將可能產(chǎn)生的廢料降至最小程度，從而避免了浪費(fèi)，除了進(jìn)行必要的飛邊和通孔清除外，該方法不需進(jìn)行其他機(jī)械加工，大大降低了加工成本。
文檔編號(hào)H01M4/88GK1815782SQ20061003796
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者錢建東, 沈建躍, 曲平, 康新 申請(qǐng)人:南京博能燃料電池有限責(zé)任公司