[发明专利]一种燃料电池柔性石墨极板的辊压成型方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池柔性石墨极板的辊压成型方法，包括以下步骤：(1)将辊压机的印花辊辊筒对之间的辊缝调节至单极板目标厚度值；(2)利用送料装置将柔性石墨板坯送至印花辊辊筒对前，并利用印花辊辊筒对的对向转动咬入柔性石墨板坯；(3)待柔性石墨板坯被咬入后，继续正向轧制板坯10～100mm，随后，上下印花辊同时反向转动，使得柔性石墨板坯反向轧制5～90mm，一次正向轧制加一次反向轧制称为一次往复辊压；(4)经过数次的往复轧制后，极板成型完毕，并与印花辊脱离；(5)对辊压成型后的柔性石墨极板进行后续处理。与现有技术相比，本发明方法可实现连续自动化高效率生产窄脊背、短中心距、大槽深、小拔模角的超薄无延展柔性石墨极板。

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池柔性石墨极板的辊压成型方法。

背景技术

燃料电池双极板目前最为常用的材料为金属和石墨，其中石墨双极板因其优异的耐蚀性而占据了大部分的市场份额。石墨双极板通常分为三种技术路线，分别为：人工石墨板利用CNC雕刻流场制成机加工极板、热塑性树脂混合碳粉利用热压制成热压极板、以及柔性石墨模压成型并浸渍树脂固化制成柔性石墨极板。其中，柔性石墨极板价格最为低廉，且成型效率远高于前两者。随着燃料电池行业的逐步放量，极板的生产效率也需大幅提升，因此，柔性石墨极板是未来燃料电池极板发展的重要方向。

美国专利US6797091B2介绍了一种柔性石墨板的真空平压方法，该方法为Ballard公司2000年递交申请，首次提出利用真空平压工艺制备柔性石墨极板，并成功应用于生产之中。然而，根据现有的生产方式，柔性石墨双极板存在人工放板、人工脱模等成型环节人工参与度较高的问题，从而导致极板生产过程中效率较低且存在一致性差异。此外，模压过程因存在真空工艺，导致成型时间较长，且需要人工脱模等环节，导致无法实现真正意义的连续化、自动化成型。为了通过连续化、自动化生产提升极板产出效率及降低人工参与程度，将轧制工艺引入柔性石墨极板的生产之中是一个重要的突破口。基于这一考虑，Ballard公司曾于2002年递交申请美国专利US6818165B2，该专利介绍了一种直接利用辊压方式对柔性石墨进行极板加工的方法，然而由于存在诸多技术和成本问题，该工艺仅作为概念提出，并未应用于实际生产当中。

辊压工艺的突出优势吸引了大批国内外的研究人员，相关企业和科研院校纷纷加入燃料电池极板辊压工艺的开发当中。虽然辊压工艺相比平压工艺能够大幅提升生产效率和自动化程度，然而，根据公开资料及调研情况显示，目前在研的辊压工艺通常存在如下的问题：1.成型质量差、流场深度实际值与设计值偏差过大(偏差比例大于25％)、极板鼓泡等严重缺陷；2.极板厚度过大(单极板厚度超过7mm)；3.脊背宽度过宽(＞0.8mm)、流场深度过浅(＜0.3mm)、脊背中心距过大(＞1.5mm)、拔模角过大(＞30°)。以上的问题直接导致现有的辊压工艺无法生产出能够应用于车载燃料电池柔性石墨极板。

众所周知，车载燃料电池需要追求更高的体积功率密度，这意味着需要制备更薄的双极板，现阶段国内龙头企业使用平压工艺生产的柔性石墨双极板厚度普遍低于2mm，部分企业柔性石墨双极板厚度可小于1.6mm。此外，车载燃料电池为氢空燃料电池，而非氢氧燃料电池，因此，对极板的设计往往使用窄脊背、短中心距、大槽深、小拔模角的设计，这本身显著增加了极板成型过程中的填充难度。如何利用辊压工艺连续化、高度自动化的生产超薄柔性石墨极板，是一个国际上从概念提出至今近20年仍未解决的棘手难题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池柔性石墨极板的辊压成型方法，实现连续自动化高效率生产窄脊背、短中心距、大槽深、小拔模角的超薄无延展柔性石墨极板。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池柔性石墨极板的辊压成型方法，根据待成型极板花纹结构特征，镜像制作印花辊辊筒对，将印花辊辊筒对安装在辊压机上应用至连续的生产线上以加工极板，该方法包括以下步骤：

(1)将辊压机的印花辊辊筒对之间的辊缝调节至单极板目标厚度值；