一种燃料电池用柔性石墨板单电池的连续生产流水线的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种生产效率高、性能一致的燃料电池用柔性石墨板单电池的连续生产流水线。
【背景技术】
[0002]质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由双电极板及膜电极组成，所述的双极板通常具有高密度、高强度，无穿孔性漏气，在高压强下无变形，导电、导热性能优良，与电极相容性好等特点，膜电极是将两张喷涂有Naf1n溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，在发电过程中不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高;发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以近年来对质子交换膜燃料电池的研究越来越热。
[0003]现有技术中，双电极的材料多用复合石墨板和金属板。复合石墨板密度小，质量轻，但其导电性能差，耐高温性能差，易碎，不适合用于大功率的燃料电池。金属板导电性能高，强度大，可以用较薄的板做成双电极，但其耐腐蚀性能差，电阻大，导热性差，而且容易污染膜电极，影响燃料电池的寿命，另外，金属板采用镀膜处理工艺，价格昂贵，成本高。
[0004]现有的工艺都是通过手工操作，将金属板或石墨板先裁剪成需要的大小后再冲压或模压或蚀刻等方式在其表面形成流场，或者先通过冲压或模压或蚀刻等方式在金属板或石墨板表面形成流场后再裁剪成需要的尺寸，然后再将带有流场的单极板黏贴或焊接在一起制成双极板，最后将MEA组件与双极板交替叠合，形成单电池组;各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢或捆绑带紧固，即构成质子交换膜燃料电池电堆。由于采用手工操作，效率低，劳动强度大，大大增加了燃料电池的人力成本；同时整个工艺对操作工的要求高，不同的操作者制成的电池堆可能性能完全不同。
【发明内容】
[0005]本实用新型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用柔性石墨板单电池的连续生产流水线。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种燃料电池用柔性石墨板单电池的连续生产流水线，具体包括由上至下依次设置的三段流水线，其中:
[0007](I)第一段流水线，包括MEA膜电极放卷辊，该放卷辊上设有整卷的MEA膜电极;在第一段流水线上将成卷的MEA膜电极放卷得到MEA膜电极带，MEA膜电极放卷辊后还设有用于MEA膜电极裁剪前的校正装置a和用于MEA膜电极带裁剪成单张MEA膜电极的裁剪装置a，通过放卷、裁剪得到单张MEA膜电极；
[0008](2)包括双极板带原料处理装置，用于MEA膜电极与双极板的位置校对装置b，和单电池裁剪装置b，在第二段流水线上通过双极板生产流水线工艺得到双极板带，或者剪切得到单张的双极板；
[0009](3)第三段流水线，包括传输带及其上放置的用于收集与流转单电池的流转载体，将第一段流水线所得的MEA膜电极带与第二流水线所得单张双极板复合，裁剪成单电池大小，置于第三段流水线的流转载体中待用；
[0010]或者，将第一段流水线所得的单张MEA膜电极与第二流水线所得双极板带复合，裁剪成单电池大小，置于第三段流水线的流转载体中待用；
[0011]所述的成卷的MEA膜电极通过以下方法制得:将成卷的质子交换膜放卷得到质子交换膜带，在该质子交换膜带两侧涂上催化剂，然后两侧分别与用碳纤维纸制得的气体扩散层复合，收卷在放卷辊a上即得成卷的MEA膜电极;或者将碳纤维纸涂覆催化剂层后夹在带状的质子交换膜两侧，热压复合后，卷在放卷辊a上待用。
[0012]所述的催化剂为Pt/c、Pt或Pt-M/C，其中M为Co、Mo、Ru或者Pd中的一种或者两种。所述的碳纤维纸厚度< 0.35mm，孔隙率2 65%。
[0013]所述的单张MEA膜电极通过以下步骤制得:
[0014](I)将成卷的MEA膜电极放卷得到MEA膜电极带；
[0015](2)将MEA膜电极带通过一位置校正装置a，使裁剪后的单张MEA膜电极
[0016]与其下方的第二段流水线上的双极板带或者单张双极板对齐；
[0017](3)将MEA膜电极带通过裁剪装置a，裁剪成单张MEA膜电极。
[0018]所述的第二段流水线中的双极板带原料处理装置包括上下设置的阴极板原料带卷式供料机和阳极板原料带卷式供料机，所述的阴极板原料带卷式供料机和阳极板原料带卷式供料机后各自连接一原料带工艺处理流水线、然后通过一对引导辊a连接至其后方的滚压辊、高温烘箱、校正装置b和裁剪装置b。
[0019]所述的原料带工艺处理流水线包括依次设置的滚压合辊、滚筒印花机、树脂喷涂机和涂胶辊。
[0020]所述的引导辊a后的流水线上设有定位弹簧，所述的阴极板与阳极板上设有与定位弹簧相匹配的定位卡槽。
[0021 ]所述的双极板生产流水线工艺包括以下几个步骤:
[0022](I)将阴极板与阳极板用的柔性石墨板原料带分别缠绕在一台卷式供料机上；
[0023](2)将从卷式供料机引出的柔性石墨板原料带分别通过一对压辊a进行滚压，对柔性石墨板原料带进行压实平整，使石墨板表面粗糙度达到0.20μηι以内，提高原料的整体强度及耐腐蚀性；
[0024](3)将压实平整后的柔性石墨板原料带通过滚筒印花机，进行流场的模压，得到极板带；
[0025](4)将模压好流场的极板带通过树脂喷涂机，在极板带的表面涂上树脂即制得带状柔性石墨阴极板和带状柔性石墨阳极板。
[0026](5)通过一引导辊a将带状柔性石墨阴极板和带状柔性石墨阳极板进行对准并初步贴合在一起；
[0027](6)将贴合在一起的带状柔性石墨阴极板和带状柔性石墨阳极板一起送至压辊中，通过压辊使带状柔性石墨阴极板和带状柔性石墨阳极板紧密贴合；
[0028](7)紧密贴合的带状柔性石墨阴极板和带状柔性石墨阳极板通过高温烘箱进行高温粘合，得到双极板带。
[0029]所述的阴极板原料带和阳极板原料带采用的材料为柔性石墨。这种材料具有极佳的导热和导电性能，比金属轻，其性能已在燃料电池公交车、物料管理车上得到充分的验证。此外，柔性石墨耐腐蚀，有不错的机械性能，易塑形，设计灵活性强，原料来源充足，是大批量流水线化生产双电极的优良原料。
[0030]所述的卷式供料机的驱动系统与滚压辊的滚压速度控制系统联网同步；
[0031]所述的滚压辊相当于平板压机模压，压力<3.0MPa。滚压辊分上下两个，中间有细小的间隙，该间隙的大小即为目标单极板的厚度，因此，当单极板原料带通过滚压辊之后，表面平整，使得后续的模压变得精准。
[0032]所述的滚筒印花机采用嵌入式铝制模具，按所需的平面流场制成滚压模具;滚筒印花机分上下两个滚筒，每个滚筒的表面有流场的模型，当单极板原料带通过时，滚筒辊通过流场模型在其表面进行模压，使单极板原料带的两侧都模压上流场;并且，两个滚压辊必然是同步运动，且流场模型是相互匹配的，这样才能保证单极板正反两面的流场是合格的。
[0033]所述的树脂喷涂机可以将石墨树脂