[发明专利]一种燃料电池双极板的模压制备方法

说明书

本发明公开了属于燃料电池零部件制作技术领域的一种燃料电池双极板的模压制备方法。包括以下步骤：选用膨胀石墨，对膨胀石墨进行整形处理、将整形后的膨胀石墨置于等静压设备的模具内压制得到带有流场的双极板、浸渍树脂、漂洗、热水固化或烘干固化、得到双极板。本发明提升了模压后双极板空隙的均匀性和模压板密度的均一性，密度均匀性在±1％以内，双极板最薄可到0.5mm。进而提升了双极板不同区域电阻的均匀性；同时，常温等静压制备双极板，不需要额外的脱模剂，且成型时间短，适合大批量生产。

技术领域

本发明属于燃料电池零部件制作技术领域，特别涉及一种燃料电池双极板的模压制备方法。

背景技术

燃料电池是一种能量转化装置,按照电化学原理将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,具有发电效率高,环境污染少的优点,有着广泛的应用前景。其中，双极板作为燃料电池的核心部件之一，主要作用是分隔反应气体并通过流场将反应气体导入燃料电池、收集并传导电流和支撑膜电极，同时还承担整个燃料电池的散热和排水功能。

目前，燃料电池所用的双极板主要包括石墨、金属以及复合材料三类。

石墨是最早开发的双极板材料，石墨双极板具有良好的耐蚀性，与碳纤维扩散层之间有很好的亲和力等优点，可以满足燃料电池长期稳定运行的要求，是目前质子交换膜燃料电池研究和应用中最为广泛的材料。但是，石墨的孔隙率大、力学强度较低、脆性大，为了阻止工作气体渗过双极板，且满足力学性能的设计，石墨双极板通常较厚，导致石墨材料的体积和质量较大。另外，石墨板采用传统机加工，工艺繁琐、成本偏高、不利于批量生产。

与石墨板相比，金属(铝、钛、镍、不锈钢)及其合金(铝合金、钛合金等)双极板虽然克服了石墨板的脆性，适合批量生产,但主要是抗腐蚀差、与电极扩散层接触电阻大，必须经过表面处理，造成成本上升。日本正在研究用金属钛做基板，通过气相沉积技术在金属钛板的表面覆盖一层炭膜，由于工艺复杂，炭膜和金属表面结合力弱，造成炭膜易从金属钛的表面脱落，性能和成本仍然没得到大的改善。在聚合物与石墨或碳黑复合材料的中间放置金属板制成复合双极板也也可以改善金属材料双极板的抗腐蚀性能一有效途径，但工艺复杂。

复合双极板主要包括两大类：碳基聚合物复合材料和金属基复合材料。它综合了金属双极板和石墨双极板的双重优点，具有耐腐蚀、易成型、体积小、强度高等特点，代表双极板未来的发展方向。如德国的SGL石墨公司推出多种复合材料双极板如SGL001；日本吴羽化学工业株式会社公布的专利，采用树脂为粘合剂、碳黑为导电骨料通过注塑成型制备出复合材料双极板。

基于目前石墨板和金属板在一些关键指标上的难点以及产业化成本控制难点等因素，可以看出，复合石墨双极板是目前电堆以及双极板产业化的一条比较理性、实际的选择路线。

从专利技术的角度看，国内外都申请了大量专利，主要包括纯碳素材料和以碳素为基体的复合材料。在纯碳素材料方面，有人对不透石墨进行进一步改性处理的，有用纯柔性石墨制造的，有用不同石墨骨料级配制造的。另外，目前也发展了一些以石墨为基体的复合材料，包括在石墨中添加金属、纤维等作为增强相的复合材料。