The invention discloses a solid polymer electrolyte fuel cell water transmission plate with a pore diameter and a multi-step ladder distribution and a preparation method thereof. The water transport plate hole is perpendicular to the plate surface of a strip through hole or multiple (more than 2) stepped hole, multi stepped hole is more than 2 and strip holes of different diameters which are connected in series in turn. The method for preparing a water transport plate is that a compact carbon plate is placed under a laser beam, and the carbon plate is punched by using a multi pulse laser drilling mode, and the porous carbon plate treated by laser drilling is treated with hydrophilicity. The invention provides a method for preparing a water transport plate, which can effectively control the pore diameter, punching depth and porosity by adjusting the individual pulse energy, pulse width, pulse frequency and punching density of the laser beam. The prepared water transport plate is applied to a solid polymer electrolyte fuel cell system with good electrical conductivity, compressive strength and permeability and gas barrier properties.
【技术实现步骤摘要】
多级阶梯状孔结构水传输板及其制备
本专利技术涉及燃料电池
,属于燃料电池多孔双极板的制备方法,具体为一种质子交换膜燃料电池用亲水多孔石墨水传输板及其制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢燃料的化学能直接转变成电能的装置,与汽轮机、内燃机相比,其能量转换效率不受卡诺循环的限制,能源转换效率高。而且PEMFC具有室温启动快、无电解液流失、噪声低等优点,使其很有希望成为便携式电源、电动汽车、无人机、水下潜器等的动力电源。在电池运行时,主要有两种水传输模式:电渗拖曳传输和反向扩散传输。如果电渗拖曳带走的水量大于反扩散过来的水量,阳极侧膜会发生缺水,导致膜阻增大和膜的损坏,降低电池性能和寿命。然而一旦电渗拖曳和正极反应生成液态水速率超过反扩散、蒸发、水蒸气扩散及液态水毛细传输等方法所排出水速率时,水就会在流场、扩散层和催化层中积累,发生水淹,同样会损害电池。所以要保证电池的性能和稳定性就需要既保持膜的良好润湿,又要及时移走催化层和扩散层内多余的液态水。通常PEMFC采用复杂的动态排水和增湿辅助系统分别进行排水和增湿来实现水的管理,但辅助系统增加了电池的重量、体积和复杂性,且会导致严重的附加损失,降低电池操作过程中的稳定性。因此研究在不增加外加辅助设备的情况下达到排水和增湿具有重要的意义。而水传输板就具有调节电池水平衡的能力,它在不增加外部辅助设备的情况下可同时缓解电池膜干燥和水淹问题。这是因为水传输板有两个作用:在电池缺水的情况下,冷却腔中的水由于水传输板的毛细作用可以蒸发到气体腔从而增湿燃料进气;而当电池有多余的液态水时,它又可以通 ...
【技术保护点】
多级阶梯状孔结构水传输板,其特征在于:包括带有流场的石墨板,于石墨板流场的流道内设有垂直于石墨板表面的通孔,通孔为一级条状孔或二级以上的阶梯状孔,所述二级以上的阶梯状孔是指通孔由2个及以上不同直径的条状孔依次串联而成,这些串联的孔为从碳板流道侧到另一侧孔径从大到小或从小到大的条状孔。
【技术特征摘要】
1.多级阶梯状孔结构水传输板,其特征在于:包括带有流场的石墨板,于石墨板流场的流道内设有垂直于石墨板表面的通孔,通孔为一级条状孔或二级以上的阶梯状孔,所述二级以上的阶梯状孔是指通孔由2个及以上不同直径的条状孔依次串联而成,这些串联的孔为从碳板流道侧到另一侧孔径从大到小或从小到大的条状孔。2.根据权利要求1所述水传输板,其特征在于:带有流场的石墨板厚度为0.5-9mm,流场流道槽深为0.1-4mm,流场流道槽宽为0.1-3mm。3.根据权利要求1所述水传输板,其特征在于:带有流场的石墨板中条状孔的孔径分布在0.05-20μm内,孔的深度分布在0.01-5mm内,条状孔占石墨板的孔隙率为10-50%,以流场于石墨板表面投影为基准,流场的流道内通孔密度为10-1000个cm-2。4.根据权利要求1所述的水传输板,其特征在于:带有流场的石墨板平面电阻率为1-5mΩcm,弯曲强度为10-50MPa,透水压为0-0.03MPa,泡点为0.05-0.2MPa,接触角为5°-85°,以石墨板所有的孔为基准,亲水孔占的比例为50%-100%。5.一种权利要求1、2、3或4所述水传输板的制备方法,其特征在于,它包括以下步骤:(1)刻有流场结构的密实石墨板作为原始碳板,将原始碳板置于激光束下,采用多脉冲激光打孔...
【专利技术属性】
技术研发人员:邵志刚,郭晓倩,王志强,曾亚超,秦晓平,衣宝廉,
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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