燃料电池用碳纸夹具以及使用该夹具制备疏水性碳纸的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池用碳纸夹具以及使用该夹具制备疏水性碳纸的制备方法，该碳纸夹具包括：下夹板，其上设置有多个第一碳纸夹紧单元，每个第一碳纸夹紧单元上设置有与燃料电池中的流场板的流道对应的第一沟槽；以及上夹板，其与下夹板通过固定装置连接，上夹板上设置有与多个第一碳纸夹紧单元对应的多个第二碳纸夹紧单元，每个第二夹紧单元上设置有第一沟槽对应的第二沟槽；以及将碳纸装夹于上夹板和下夹板之间放于PTFE乳液中用超声分散处理等步骤。本发明专利技术对碳纸分区域进行疏水性处理，对碳纸与流场板的流道对应的部位进行疏水处理，而与流场板的流道肩接触的部位不进行疏水处理，保证了碳纸疏水性能，减小了碳纸与流场板的流道肩的接触阻抗。

Carbon paper holder for fuel cell and preparation method of hydrophobic carbon paper by using the holder

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用碳纸夹具以及使用该夹具制备疏水性碳纸的制备方法
本专利技术涉及燃料电池的
，具体涉及一种燃料电池用碳纸夹具以及使用该夹具制备疏水性碳纸的制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。反应气体经过气体扩散层到达催化剂层，在催化剂的作用下发生电化学反应，气体扩散层在电极中不仅起着支撑催化剂层、稳定电极结构的作用，还具备为电极反应提供气体通道、电子通道和排水通道的多种功能。气体扩散层材料必须具有良好的导电性能和适当的疏水性能，在满足电子传导能力强的同时，防止过多的水分阻塞孔隙而导致气体透过性能下降，从而导致电池性能下降。因此气体扩散层的合理制备显得尤为重要。现有的燃料电池用气体扩散层材料主要采用碳纸材料，在碳纸使用之前，必须对碳纸进行适当的疏水性处理。碳纸的疏水性处理方法大多数是将碳纸全部浸泡在PTFE溶液里，通过改变PTFE溶液的浓度，来获得疏水性和导电性不同的碳纸。然而这种制备方法存在以下不足：1.制备一定PTFE含量的疏水性碳纸需要预先调制好相对应的PTFE乳液浓度，如果PTFE乳液的浓度不够，将制备不出所需PTFE含量的疏水性碳纸；2.由于碳纸是直接浸泡在PTFE乳液中进行疏水性处理，因此需要较长的浸泡时间才可以获得较高的PTFE含量；3.因为碳纸是完全暴露在PTFE乳液中，所以在碳纸的全部表面都会有PTFE材料的分布，由于PTFE材料是绝缘不导电的疏水性材料，采用这种浸泡的方式得到的疏水性碳纸安装在燃料电池中，碳纸与燃料电池流场板的流道肩接触部位的接触阻抗就会增大，从而增大燃料电池的内阻，降低燃料电池的输出性能；4.由于浸泡碳纸之后的PTFE乳液浓度会发生变化，导致PTFE乳液浓度下降，如果继续重复使用PTFE乳液将导致疏水处理碳纸中的PTFE含量下降，达不到预期效果，如果不重复继续使用PTFE乳液将造成严重浪费，提高疏水性碳纸的制作成本。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供制备疏水性碳纸的碳纸夹具，该碳纸夹具可实现碳纸按燃料电池流场板的流道形状进行疏水性制备，保证碳纸与燃料电池的流道肩接触的碳纸部位的PTFE含量较低，碳纸与燃料电池的流道肩不接触的碳纸部位的PTFE含量较高，从而提高碳纸导电率的同时，提高碳纸的疏水性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是：一种燃料电池用碳纸夹具，包括：下夹板，其上设置有多个第一碳纸夹紧单元，每个所述第一碳纸夹紧单元上设置有与燃料电池中的流场板的流道对应的第一沟槽；以及上夹板，其与所述下夹板平行设置且两者通过固定装置连接，所述上夹板上设置有与所述多个第一碳纸夹紧单元对应的多个第二碳纸夹紧单元，每个所述第二夹紧单元上设置有所述第一沟槽对应的第二沟槽。进一步地，每个所述第一碳纸夹紧单元和每个所述第二碳纸夹紧单元通过多个所述固定装置连接。进一步地，所述固定装置包括：固定在所述下夹板底面上的固定螺母、一端与所述固定螺母通过螺纹连接的固定轴以及与所述固定轴的另一端通过螺纹连接的调节螺母；其中，所述上夹板和所述下夹板套设在所述固定轴上且位于所述固定螺母和所述调节螺母之间，拧紧调节螺母，所述固定装置将所述上夹板和所述下夹板夹紧。进一步地，所述固定装置还包括套设在所述固定轴上的中空的凸台，所述凸台的外壁上沿其周向设置有多个压紧块，所述多个压紧块在所述凸台的外壁上呈辐射状向外延伸，所述上夹板上设置有多个与所述凸台以及其上的多个压紧块形状配合的通孔；并且，转动所述凸台至其上的所述多个压紧块与通孔相对时，可向上取出所述上压板；而转动所述凸台至其上的所述多个压紧块与通孔错位时，所述上夹板被限位在所述多个压紧块和所述下夹板之间。进一步地，在所述上夹板的顶面上设置有多组半球形限位凸起，当所述凸台至其上的所述多个压紧块与通孔相对时，每组限位凸起位于相邻的两个所述压紧块之间，每组限位凸起包括两个具有间距的限位凸起，与之对应的，在压紧块的底面上设置有半球形的卡点，在夹紧过程中所述压紧块上的半球形卡点卡设在两个所述限位凸起之间的间距中。进一步地，所述凸台顶面上还固定设置有一正六边形的旋动部，所述旋动部的最长对角线的长度设置为当转动所述凸台至其上的所述多个压紧块与通孔相对时，所述上夹板上的通孔可依次穿过所述凸台和所述旋动部以取出所述上夹板。进一步地，所述固定轴上还套设有夹紧盖板和压缩夹紧弹簧，所述夹紧盖板与所述调节螺母相抵靠，所述压缩夹紧弹簧被限位在所述凸台与所述夹紧盖板之间。进一步地，所述固定轴上还设置有圆筒形凸缘部，所述圆筒形凸缘部套设在所述固定轴上，所述圆筒形凸缘部的底面与所述下夹板顶面相向设置，所述固定轴上还套设有支撑弹簧，所述支撑弹簧被限位在所述凸台的内顶面和所述圆筒形凸缘部的顶面之间。本专利技术还提供一种使用上述的燃料电池用碳纸夹具制备疏水性碳纸的制备方法，包括如下步骤：S1：配制合适浓度的PTFE乳液并将其放入超声分散池中；S2：取上述燃料电池用碳纸夹具，所述燃料电池用碳纸夹具上的每个所述第一碳纸夹紧单元上的所述第一沟槽和每个所述第二碳纸夹紧单元的所述第二沟槽的尺寸与电池的流道尺寸相配合，根据夹紧单元的尺寸裁剪所需大小的碳纸；S3：利用上述燃料电池用碳纸夹具对碳纸进行装夹，每个第一碳纸夹紧单元和每个所述第二碳纸夹紧单元之间装夹一张碳纸，通过拧紧所述多个固定装置以将位于所述上夹板和所述下夹板之间的碳纸进行夹紧；S4：将装夹有碳纸的燃料电池用碳纸夹具放入超声分散池中进行超声分散处理；S5：将超声分散处理之后的碳纸与碳纸夹具一起进行干燥处理和初步固化；S6：待干燥处理完毕之后，将上述燃料电池用碳纸夹具与碳纸进行分离，并将碳纸进行烧结处理，待碳纸烧结处理完毕之后，即得到PTFE按流道形状分布的疏水性碳纸。进一步地，步骤S5中干燥温度为65-80℃，干燥时间为25-35min，步骤S6中烧结温度为300-400℃，烧结时间为25-35min。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1、本专利技术提供一种燃料电池用碳纸夹具根据流场板的流道形状设置沟槽，对碳纸进行分区域进行疏水性处理，可以保证碳纸与流场板的流道对应的部位能够进行疏水处理，这样可以增大碳纸的疏水性能，防止过多的水分阻塞孔隙而导致气体透过性能下降，从而有利于提高燃料电池的排水性能；而与流场板的流道肩接触的碳纸部位不进行疏水处理，从而可以在保证碳纸疏水性能的同时减小碳纸与流场板的流道肩之间的接触阻抗，使其导电性好，电子传导能力强；2、本专利技术的一个碳纸夹具上包含多个碳纸夹具分区，每个碳纸夹具分区都可以装夹一张碳纸，因此在碳纸的疏水性处理过程中，利用碳纸夹具一次性可以装夹多张碳纸；3、本专利技术提供的制备方法是将碳纸装夹在碳纸夹具中一起放入超声分散池中进行超声分散处理，在超声波的作用下，PTFE材料可以更加快速地分散到碳纸材料的表面，因此利用超声分散方法制备疏水性碳纸，可以在很大程度上减少碳纸在PTFE乳液中的浸泡时间，从而减少疏水性碳纸的制备时间；该制备方法制作的碳纸，其整体制备工艺简单，可以提高疏水性碳纸的制备效率，和提高疏水性碳纸的性能，而且还可以提高PTFE材料的利用效率，从而降低生产成本。附图说明图1为本专利技术碳纸夹具的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，包括：下夹板，其上设置有多个第一碳纸夹紧单元，每个所述第一碳纸夹紧单元上设置有与燃料电池中的流场板的流道对应的第一沟槽；以及上夹板，其与所述下夹板平行设置且两者通过固定装置连接，所述上夹板上设置有与所述多个第一碳纸夹紧单元对应的多个第二碳纸夹紧单元，每个所述第二夹紧单元上设置有所述第一沟槽对应的第二沟槽。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，包括：下夹板，其上设置有多个第一碳纸夹紧单元，每个所述第一碳纸夹紧单元上设置有与燃料电池中的流场板的流道对应的第一沟槽；以及上夹板，其与所述下夹板平行设置且两者通过固定装置连接，所述上夹板上设置有与所述多个第一碳纸夹紧单元对应的多个第二碳纸夹紧单元，每个所述第二夹紧单元上设置有所述第一沟槽对应的第二沟槽。2.根据权利要求1所述的燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，每个所述第一碳纸夹紧单元和每个所述第二碳纸夹紧单元通过多个所述固定装置连接。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，所述固定装置包括：固定在所述下夹板底面上的固定螺母、一端与所述固定螺母通过螺纹连接的固定轴以及与所述固定轴的另一端通过螺纹连接的调节螺母；其中，所述上夹板和所述下夹板套设在所述固定轴上且位于所述固定螺母和所述调节螺母之间，拧紧调节螺母，所述固定装置将所述上夹板和所述下夹板夹紧。4.根据权利要求3所述的燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，所述固定装置还包括套设在所述固定轴上的中空的凸台，所述凸台的外壁上沿其周向设置有多个压紧块，所述多个压紧块在所述凸台的外壁上呈辐射状向外延伸，所述上夹板上设置有多个与所述凸台以及其上的多个压紧块形状配合的通孔；并且，转动所述凸台至其上的所述多个压紧块与通孔相对时，可向上取出所述上压板；而转动所述凸台至其上的所述多个压紧块与通孔错位时，所述上夹板被限位在所述多个压紧块和所述下夹板之间。5.根据权利要求4所述的燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，在所述上夹板的顶面上设置有多组半球形限位凸起，当所述凸台上的所述多个压紧块与所述上夹板上的通孔相对时，每组所述限位凸起位于相邻的两个所述压紧块之间，每组限位凸起包括两个具有间距的限位凸起，与之对应的，在压紧块的底面上设置有半球形的卡点，在夹紧过程中所述压紧块上的半球形卡点卡设在两个所述限位凸起之间的间距中。6.根据权利要求4所述的燃料电池用碳纸夹具，其特征在于，所述凸台顶面上还固定设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，刘士华，陈宇轩，谢屹，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42