专利名称：一种两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法
技术领域：
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及燃料电池用柔性石墨极板 的制造方法。
技术背景质子交换膜燃料电池的双极板是质子交换膜燃料电池的重要部件，它起着 串联单电池作用、还带有向单电池供给燃料、氧化剂的通道和冷却剂通道，还 具有分隔燃料、氧化剂和冷却剂的作用，因此，要求双极板应具有导电性，对 气体和冷却剂(水)具有不渗透性，对燃料、氧化剂、电解质膜有抗蚀性等性 能。使用膨胀石墨成型板作双极板，是双极板的一种选择。现有技术中，使用 膨胀石墨成型板制作双极板是将膨胀石墨滚压成低密度平板，再将平板浸渍树 脂溶液改善其密实性和抗蚀性，经干燥除去树脂中溶剂，再将平板进行模压成 两面带沟槽的极板，再将极板进行热处理使树脂热固化，最后将极板粘接成带 阳极腔、阴极腔和冷却腔的双极板。现有技术的不足是在形成两面带沟槽的 极板时，由于低密度膨胀石墨是多孔材料，在密实化过程中，开口孔封闭，形 成高压气孔，在压力成型时，气孔被进一步压縮，甚至胀裂，这种材料做成的 双极板容易发生渗漏，为保持对气体、液体的不透性，必须大大增加板的厚度， 这将增大燃料电池的体积。 发明内容为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种两面带沟槽的柔性 石墨极板的制造方法，以减小膨胀石墨极板的厚度。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是 一种两面带沟槽的柔性石 墨极板的制造方法，包括以下歩骤1)将膨胀石墨原料滚压或模压成厚度为 1.5-8mm、密度为0. 15—0. 5g/cm3的低密度石墨板；2)将低密度石墨板在低粘 度树脂溶液中浸渍，至树脂的增重量为低密度板重量的15-50%，取出后干燥除 去浸渍板中的溶剂，得干燥板；3)将干燥板模压成两面带沟槽的极板；4)将两面带沟槽的极板进行固化；其特征在于所述的将干燥板模压成两面带沟槽极 板的步骤是将干燥的经过低粘度树脂溶液浸渍的低密度石墨板在真空下模压成 两面带沟槽的极板。本发明的两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，其特征在于所述的低密 度石墨板在真空下模压成两面带沟槽的极板是将低密度石墨板与极板模具一起 放入带抽真空装置的平板压机中，抽真空后，压机施压将低密度石墨板在真空 下模压成两面带沟槽的极板。本发明的两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，其特征在于所述的将低 密度石墨板在带有抽真空装置的平板压机中抽真空模压成型的工艺参数如下真空度在-O. 096Mpa以上，模压温度为50-175。C，模压的压力为100—600kg/cm2。 本发明的两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，其特征在于所述的带抽真空装置的平板压机是带抽真空装置的平板硫化压机。本发明提出的方法的宗旨是将低密度膨胀石墨板模压成型的过程在真空下进行，以改善模压过程中膨胀石墨板的性能。 本发明具有如下优点1低密度膨胀石墨浸渍低粘度树脂溶液，树脂溶液渗透到低密度膨胀石墨开 口孔中，溶剂挥发后，树脂吸附在膨胀石墨孔壁上，压制后树脂将膨胀石墨粒子粘接，使膨胀石墨板增强；2树脂填充膨胀石墨孔并形成膜，使膨胀石墨体密封性提高；3抽真空模压低密度膨胀石墨成型为膨胀石墨极板，低密度膨胀石墨具有 发达的开口孔系，经抽真空后开口孔中气体大部分排出，压力成型时不会形成 高压闭气孔，从而降低材料中微裂纹，也不会产生气泡；4抽真空后，膨胀石墨粒子在原位压縮，不会因排气而造成粒子的变形而形 成板材中粒子平面取向，加强了膨胀石墨粒子自身的机械镶嵌和互锁，提高膨 胀石墨材料粒子取向的各向同性度，从而降低膨胀石墨板材纵向电阻率。
本发明共有三幅附图。其中附图1是气流场腔侧极板示意图，附图2是冷却剂侧极板示意图，附图3是极板侧向示意图。附图中，1、气流场腔侧极板 4、冷却剂侧极板 1'、空气进出口总管2'、水进出口总管 3'、氢气进出口总管 4'、空气进入流场通道孔 5'、阴阳极板粘接定位孔 6'、密封槽 7，、双极板流场，8，、冷却剂 流场。
具体实施方式
本发明所用的膨胀石墨是天然鳞片石墨用浓硫酸作为插层剂，浓硝酸、双 氧水、高锰酸钾、氯酸钾等作为氧化剂反应后水洗生成石墨残余化合物(可膨 胀石墨)，可膨胀石墨再经80(TC以上的膨胀炉膨胀成膨胀石墨粉，膨胀容积达 到80——400ml/g。实施例1膨胀容积为200ml/g的50目可膨胀石墨与10%重量比的针状硅灰石粉充分 混合，针状硅灰石粉粒度是IOO目，经过80(TC左右的膨胀炉中膨胀，膨胀石墨 粉通过辊轧，制成厚4. 5腿、密度为O. 2g/cm3、宽450腿、长500,的膨胀石墨 板，将这种石墨板切割成450X120mm板，将这样的石墨板放在密闭的浸渍罐中， 先浸渍罐抽真空，真空度达到一O. lMPa，再吸入树脂溶液，在酚醛树脂和环氧 树脂混合的乙醇溶液中浸渍，浸渍时间在10分钟左右。树脂溶液的配比是酚醛 树脂环氧树脂乙醇=10: 5: 85 (重量比)。浸渍后经常温挥发，再经9(TC左右温度烘干，时间约2小时，树脂增重量在15_50%之间。把烘干的石墨板 放在上下都有沟槽的金属模具上，模具放入带有抽真空系统的平板硫化压机上， 先对平板硫化压机抽真空至-O. 096MPa，然后压机向模具施加约500kg/cn^的压力，使石墨板成型，获得带有双极板所需的密封结构和流场结构的极板，极板 总体厚度为1.2mm，流场一侧深度为0. 3mm，宽为0. 7mm，另一侧深度为0. 4mm， 宽为0.8mm的燃料电池用阳极极板。成型极板在每15分钟升温5"C，从室温升 到固化温度17(TC后保温1小时，随炉冷却至室温的温升曲线下进行固化，。 实施例2与实例1同样的步骤加工原始板厚度为4.5mm膨胀石墨板，制得总体厚度 为1. l腿，流场一侧深度为0. 5腿，宽为1. Omm，另一侧深度为0. 2mm，宽为0. 8腿 的燃料电池用阴极极板。
权利要求
1 一种两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，包括以下步骤1)将膨胀石墨原料滚压或模压成厚度为1.5-8mm、密度为0.15-0.5g/cm3的低密度石墨板；2)将低密度石墨板在低粘度树脂溶液中浸渍，至树脂的增重量为低密度板重量的15-50％，取出后干燥除去浸渍板中的溶剂，得干燥板；3)将干燥板模压成两面带沟槽的极板；4)将两面带沟槽的极板进行固化；其特征在于所述的将干燥板模压成两面带沟槽极板的步骤是将干燥的经过低粘度树脂溶液浸渍的低密度石墨板在真空下模压成两面带沟槽的极板。
2、 根据权利要求1所述的一种两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，其 特征在于所述的低密度石墨板在真空下模压成两面带沟槽的极板是将低密度石 墨板与极板模具一起放入带抽真空装置的平板压机中，抽真空后，压机施压将 低密度石墨板在真空下模压成两面带沟槽的极板。
3、 按照权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述的将低密度石墨板在 带有抽真空装置的平板压机中抽真空模压成型的工艺参数如下真空度在 -0.096Mpa以上，模压温度为50-175°C，模压的压力为100 — 600kg/cm2。
4、 按照权利要求3所述的制造方法，其特征在于所述的带抽真空装置的平 板压机是带抽真空装置的平板硫化压机。
全文摘要
一种两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，包括以下步骤1)将膨胀石墨原料滚压或模压成厚度为1.5-8mm、密度为0.15-0.5g/cm<sup>3</sup>的低密度石墨板，2)将低密度石墨板在低粘度树脂溶液中浸渍，至树脂的增重量为低密度板重量的15-50％，取出后干燥除去浸渍板中的溶剂，得干燥板，3)将干燥板模压成两面带沟槽的极板，4)将两面带沟槽的极板进行固化，其特征在于所述的将干燥板模压成两面带沟槽极板的步骤是将干燥的经过低粘度树脂溶液浸渍的低密度石墨板在真空下模压成两面带沟槽的极板；本发明的优点为降低了柔性石墨双极板的厚度，提高膨胀石墨材料粒子取向的各向同性度，降低膨胀石墨板材纵向电阻率。
文档编号H01M4/88GK101222052SQ20071015889
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者傅云峰, 徐洪峰, 明平文, 罗晓宽 申请人:新源动力股份有限公司