一种用于氢燃料电池组的双极板及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于氢燃料电池组的双极板及其制作工艺。主要方案是：一种用于氢燃料电池组的双极板，以重量份数计，由以下组分组成，酚醛树脂：5~50份；碳粉：30~60份；脱模剂：2~10份，相比较现有技术，本发明专利技术提供的碳基复合材料双极板在组分中未添加碳纤维材料，这样设置的好处是可以实现采用注射成型工艺进行双极板的连续生产，注射成型工艺具有制作周期短、操作难度低、成本低、生产速率快的优点，非常适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于氢燃料电池组的双极板及其制作工艺。
技术介绍
甲醇燃料电池使用甲醇直接作为原料，作为一种质子交换膜燃料电池，需要使用一种导电隔板，以支撑、集流、分隔氧化剂与还原剂，并引导氧化剂和还原剂在电池内电极表面流动，这种导电隔板称为双极板。双极板流场结构复杂，加工难度大，对材料性能要求高，材料的性能较低则会导致燃料电池出现工作性能不稳定，效率不高的问题。现在对于双极板的研究已经包括金属板、纯石墨板和复合材料板三大类。其中，金属板具有良好的导电导热性，减薄至0.1mm也不漏气，并且气体流道可冲压成型，易于实现批量化生产，这有利于体积比功率的提升和制造成本的下降。但是，金属双极板的成型模具精度要求高，成本也高；必须对金属基材，尤其是表面进行特殊处理以提高其化学稳定性，否则易出现金属板腐蚀甚至锈穿，导致电池的使用寿命缩短甚至发生灾难性的破坏。还有现在虽然纯石墨板具有良好的导电导热性、化学稳定性，纯石墨板一般采用传统的机加工方法加工流道，流道就不能太窄(比如不能低于0.7mm)。因为如果流道过窄，加工刀具在加工过程中的磨损所引起的尺寸误差将不能容忍；此外，机加工过程耗时也很长，生产效率不高，这些都导致双极板的加工成本偏高，甚至超过材料成本；另一方面，纯石墨板性脆，其内部孔隙的存在导致其易漏气，必须保持一定的厚度以保证其气密性，这就制约了电堆体积比功率和重量比功率的提升，所以寻求更好的制作工艺与方法，是燃料电池商业化的必经之路。对于第三类的各种类型的复合材料，现有技术中例如申请号为201110120938.3的专利提供了一种方案：一种燃料电池用双极板的制造工艺及设备，该工艺其包括将膨胀石墨与树脂粉末进行干混；膨胀石墨与树脂的混合料压制成预压板；再次压制，且在其一面或双面压出相应的流道；将压出流道的双极板预压板分离，得到成型的双极板；将成型的双极板固化冷却得到双极板产品。该设备包括至少一组振动给料机，用于分别将膨胀石墨和树脂粉末投放于传送带上；传送带，用于输送混合的膨胀石墨和树脂；辊压机，用于将传送带上混合物压制成预压板；模压机，用于再次压制预压板并压出相应的流道以及固化炉，用于固化成型的双极板。模压机中包括压制双极板流道的模具。本专利技术膨胀石墨/树脂复合双极板在电导率、阻气率与机械强度等方面性能优良，且价格低廉。以及中国专利号为ZL201310043424.1的专利技术专利提供了一种方案：其利用膨胀石墨为碳基材料，树脂粉末为粘接剂，在复合材料制备中加入炭黑或者碳纤维，增加电导率，碳纤维合并入复合双极板会产生很好的弯曲强度。这样经过合理的复合可制备一种具备良好耐蚀性、导电导热性、阻气性与机械强度，成本低廉的燃料电池双极板。上述方案中因为原料中含有碳纤维，存在的问题是原料经过加温至熔融状态后，原料具有高粘滞特性即流动性不好，导致无法利用注射成型工艺生产双极板，只能采用模压成型工艺进行生产，因为模压成型工艺的整个制作成型周期较长，且生产效率低，很难实现连续生产。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种成分中不含碳纤维的碳基复合材料双极板以及采用注射成型工艺以实现连续生产双极板的制作工艺。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案，一种用于氢燃料电池组的双极板，以重量份数计，由以下组分组成，酚醛树脂：5~50份；碳粉：30~60份；脱模剂：2~10份。优选的，以重量份数计，所述酚醛树脂为10~45份。优选的，以重量份数计，所述碳粉为35~58份。优选的，以重量份数计，所述脱模剂为5~8份。一种用于氢燃料电池组的双极板的制作工艺，（1）：利用双螺杆挤出机将粉末状的酚醛树脂、碳粉以及脱模剂进行混合并加工成颗粒状的待加工原料；（2）：将（1）中制得的待加工原料加温至280℃~350℃，待加工原料呈熔融状态；(3)：将（2）制得的熔融状态的待加工原料通过注射机注射到产品模具中，冷却后进行开模，最后制得碳基复合材料双极板。优选的，所述注射机的注射速率为50~63mm/s。优选的，所述注射机的保压压力为125~157Mpa。优选的，所述注射机的浇口为扇形浇口。优选的，所述产品模具的温度为200~218℃。本专利技术相对于现有技术具有如下优点，相比较现有技术，本专利技术提供的碳基复合材料双极板在组分中未添加碳纤维材料，这样设置的好处是可以实现采用注射成型工艺进行双极板的连续生产，注射成型工艺具有制作周期短、操作难度低、成本低、生产速率快的优点，非常适合推广应用。具体实施方式一种用于氢燃料电池组的双极板，以重量份数计，由以下组分组成，酚醛树脂：5~50份；碳粉：30~60份；脱模剂：2~10份。相比较现有技术，本专利技术提供的碳基复合材料双极板在组分中未添加碳纤维材料，这样设置的好处是可以实现采用注射成型工艺进行双极板的连续生产，因为碳纤维材料在熔融状态下具有非常高的粘滞性，无法采用注射成型工艺进行生产。同时利用本专利技术提供的组分制成的碳基复合材料双极板具有良好的耐蚀性、导电导热性、阻气性与机械强度，能够满足氢燃料电池组的使用要求。上述各组分具体通过以下步骤进行生产加工：（1）：利用双螺杆挤出机将粉末状的酚醛树脂、碳粉以及脱模剂进行混合并加工成颗粒状的待加工原料；（2）：将（1）中制得的待加工原料加温至280℃~350℃，待加工原料呈熔融状态；(3)：将（2）制得的熔融状态的待加工原料通过注射机注射到产品模具中，冷却后进行开模，最后制得碳基复合材料双极板。相比较采用模压工艺生产碳基复合材料的双极板的方法，注射成型工艺具有制作周期短、操作难度低、成本低、生产速率快的优点，非常适合推广应用。对该生产工艺进行进一步改进和优化，其中注射机的浇口采用扇形浇口，这样设置能够提供熔融状态的待加工原料的流动性，另外注射机的注射速率为50~63mm/s以及保压压力为125~157Mpa，通过实践得出结论，这样设置可以使得熔融状态的待加工原料能够顺利的进入产品模具中。另外，产品模具的温度预设为200~218℃，使得熔融状态的待加工原料在进入模具中后能够良好的成型。实施例一：一种用于氢燃料电池组的双极板，以重量份数计，由以下组分组成，酚醛树脂：45份；碳粉：50份；脱模剂：5份。制作工艺为：（1）：利用双螺杆挤出机将粉末状的酚醛树脂4.5kg、碳粉5kg以及脱模剂0.5kg进行混合并加工成颗粒状的待加工原料；（2）：将（1）中制得的待加工原料加温至320℃，待加工原料呈熔融状态；(3)：将（2）制得的熔融状态的待本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氢燃料电池组的双极板，其特征在于：以重量份数计，由以下组分组成，酚醛树脂： 5~50份；碳粉：30~60份；脱模剂：2~10份。

【技术特征摘要】
1.一种用于氢燃料电池组的双极板，其特征在于：以重量份数计，由以下组分组成，
酚醛树脂：5~50份；
碳粉：30~60份；
脱模剂：2~10份。
2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池组的双极板，其特征在于：以重量份数
计，所述酚醛树脂为10~45份。
3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池组的双极板，其特征在于：以重量份数
计，所述碳粉为35~58份。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池组的双极板，其特征在于：以重量份数
计，所述脱模剂为5~8份。
5.一种制作如权利要求1至4中任一权利要求所述的用于氢燃料电池组的双极板的制
作工艺，其特征在于：
（1）：利用双螺杆挤出机将粉末状的酚醛树脂、碳粉以及脱模剂进行混合并加工成颗粒
状的待加工原料；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建跃，陈刚，
申请(专利权)人：常州博能新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32