燃料电池隔板的生产方法技术

通过将一种碳质粉末和一种粘合剂的原材料混合物加热并压模；同时减少在压模机中的停留时间来有效地大量生产一种燃料电池隔板，而不会损害所得隔板的品质或功能。在生产燃料电池隔板的该方法中，碳质粉末和粘合剂的原材料混合物在加热炉中加热，随后加入到压模机中，然后在其中压模。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产燃料电池隔板的方法。更具体地说，本专利技术涉及一种通过将碳质粉末和粘合剂混合，加热该混合物，然后将其进行压模来高效生产燃料电池隔板的方法。
技术介绍
利用氢和氧反应的燃料电池作为发电系统近来颇受关注，它可以减轻有关资源、环境等方面的问题，并且对其在各种领域的实际应用方面已经开展了研究。燃料电池的基本结构包括一组从数十个到数百个的单元，每个单元都包括正极和负极、多孔电极板、夹在其中的电解质、以及置于每个电极板外侧的隔气导电板状隔板。这种电池的典型实例包括凸棱电极型，其中正和负电极板在隔板侧表面上均有沟槽，用作反应气体通道以从中通过氢气、空气等，此外还包括凸棱隔板型，其中每个隔板均具有这种在其表面上形成的沟槽。用于这种燃料电池的隔板一般通过将碳质粉末与粘合剂混合，然后加热加压模制此混合物来生产。具体地说，该方法包括将碳质粉末与粘合剂混合，混合后的原材料装入模具中，然后将模具放入压模机中，在压模机中加热并加压混合后的原材料，使模具冷却直至模压材料变硬，然后降低模具的压力。因为压模机通常装配有加热器，所以由加热、加压、冷却、和减压组成的该系列操作在压模机中进行，而脱模则在压模机外进行。即通常已经用于满意地形成厚度约1毫米到几十毫米的任选的薄板状凸棱燃料电池隔板，同时防止变形如翘曲或凸起，并且用于形成形状精确度较高的凸棱的该技术是在压模机内进行加热、压模、冷却和减压的系列操作。但是，迄今为止所使用在压模机内进行加热、压模、冷却和减压的系列操作的该技术具有一个缺陷，即压模机完全用于该系列操作，导致特别是在大量生产中生产能力的大幅度下降。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种通过将一种碳质粉末和一种粘合剂的混合原材料以能消除相关领域技术问题的方式加热并压模来生产燃料电池隔板的方法。已经发现当混合后的原材料不像以前常用技术中那样在压模机中加热，而在加热炉中加热，且随后引入到压模机中并在其中压模时，在压模机中的停留时间可以减少，因而可以有效地生产燃料电池隔板。即已经发现可以提供一种适用于大量生产燃料电池隔板的方法。基于此发现完成了本专利技术。本专利技术提供一种生产燃料电池隔板的方法，该方法包括将混合后的原材料加热并压模，此原材料通过将一种碳质粉末和一种粘合剂混合而成，其中在加热炉中加热此混合原材料，随后将其加入到压模机中，并在其中压模。在本专利技术中，在并非压模机的加热炉中加热混合后的原材料，然后将此加热的混合原材料加入到压模机中并在其中压模。因此压模机中的停留时间可以不包括加热所需的时间。其结果是压模机的操作效率提高，因而可以有效地大量生产燃料电池是隔板。尽管混合后的原材料是在并非压模机的加热炉中加热的，并且随后用压模机压模，但所得到的隔板的质量和功能不受影响。因此可以有效地大量生产具有所需性能的隔板。本专利技术中在压模前的加热优选在高于粘合剂的玻璃化转变温度(Tg)但在低于其分解点的温度下进行。在抑制模制材料经受因粘合剂分解产生的气体所导致的裂纹、凸起和变形方面，采用低于粘合剂分解点的温度是有利的。此加热步骤优选连续进行，同时连续地将混合原材料加入到加热炉中。当压模后接着进行减压和随后的脱模时，优选在从压模到脱模期间的任何阶段进行冷却，并且在低于粘合剂玻璃化转变温度(Tg)的温度进行脱模。在此情况下，减压后的模制材料优选连续冷却到低于粘合剂Tg的温度。在本专利技术中，从提高生产能力的观点考虑，更优选的是将混合原材料连续地供应到加热、压模、减压、冷却和脱模的每个步骤中，从而连续生产隔板。专利技术详述本专利技术生产燃料电池隔板的方法的具体实施方案将在下面详细说明。在本专利技术的方法中，首先将碳质粉末和粘合剂混合以生产混合原材料。作为碳质粉末，常用的是一种石墨粉。此石墨粉并无特别限定。其实例包括天然石墨和人造石墨，前者以薄片状、颗粒状、块状、土状、或其它形式得到，并且已经任选地粉末化，后者是通过将主要由石油焦、沥青焦或类似物组成的原材料捏合、模塑、烘烤和石墨化以块状或其它形式生产，并且已经任选地粉末化。还可以使用的是膨化石墨。从导电性、电池性能等观点考虑，碳质粉末，例如石墨粉末优选是一种灰含量为1重量％或更低，更优选0.5重量％或更低的粉末。其中碱金属、碱土金属、以及过渡金属的含量优选为500ppm或更低，更优选100ppm或更低。从隔板表面光滑性、电池性能等观点考虑，在碳质粉末中挥发性物质的含量优选为2重量％或更低，更优选1重量％或更低。粉末中固定碳的含量优选为98重量％或更高，更优选99重量％或更高。碳质粉末的颗粒直径如下所述。从隔板性能等观点考虑，其最大颗粒直径优选为1000微米或更小，更优选500微米或更小，最优选300微米或更小。从隔板模塑性、隔板性能等观点考虑，希望细小颗粒的含量较低。因此，粉末的平均颗粒直径优选是1-100微米，更优选3-70微米，最优选5-50微米。另一方面，粘合剂并无特别限定。其实例包括树脂如热塑性树脂和热固性树脂、橡胶、热塑性弹性体、以及两种或多种这些化合物的混合物。可用作粘合剂的热塑性树脂的实例包括饱和聚酯树脂、苯乙烯/丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、ABS树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚砜树脂、聚氯乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、苯氧基树脂、聚氨酯树脂、两种或多种这些树脂的嵌段共聚物、以及两种或多种树脂的混合物。热固性树脂的实例包括酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、邻苯二甲酸二烯丙基酯树脂、以及两种或多种这些树脂的混合物。酚醛树脂可以是任何酚醛清漆树脂、可熔酚醛树脂、及其改性树脂如橡胶改性的酚醛树脂。橡胶改性的酚醛树脂可以通过将一种未硫化的橡胶与一种酚醛树脂反应来得到。未硫化橡胶的实例包括氟橡胶、硅氧烷橡胶、丁基橡胶、氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丁腈/氯丁二烯橡胶、氯化丁基橡胶、氯化聚乙烯、环氧氯丙烷/环氧乙烷橡胶、环氧氯丙烷/环氧乙烷/丙烯酸缩水甘油醚三元共聚物、聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、乙烯/丙烯橡胶、苯乙烯橡胶、丁二烯橡胶、天然橡胶、以及两种或多种这些橡胶的共聚物。这些橡胶可以单独使用，或者以其两种或多种橡胶的混合物使用。酚醛清漆树脂是通过将至少一种苯酚化合物和至少一种选自例如醛类如甲醛、乙醛、丙醛、苯甲醛，以及糠醛和酮类如丙酮、甲基乙基酮、和甲基异丁基酮的化合物在酸催化剂存在下进行缩聚得到的，所述苯酚化合物选自，例如苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、2，5-二甲苯酚、3，5-二甲苯酚、邻乙基苯酚、间乙基苯酚、对乙基苯酚、丙基苯酚、正丁基苯酚、叔丁基苯酚、1-萘酚、2-萘酚、4，4′-联苯二酚、双酚A、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、1，2，3-苯三酚、1，2，4-苯三酚和间苯三酚。可熔酚醛树脂是按照与生产酚醛清漆树脂的缩聚中相同的方式得到的树脂，所不同的是用碱催化剂代替酸催化剂。在这些酚醛树脂中，酚醛清漆树脂在固化剂的存在下经历固化反应以得到固化后的树脂，而可熔酚醛树脂则甚至在没有固化剂存在下也能经历固化反应以得到固化后的树脂。因此希望当酚醛清漆树脂用作酚醛树脂时，在隔板的压模期间使用固化剂来固化树脂。固化剂的实例包括六亚甲基四胺和具有至少两个官能团，例如羟甲基、烷氧基甲基、或乙酰氧基甲基的氨基化合物。这样的氨基化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产燃料电池隔板的方法，该方法包括：将一种碳质粉末和一种粘合剂混合以形成一种混合原材料，在加热炉中加热此混合原材料，以及使用压模机将该混合原材料进行压模以形成燃料电池隔板。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：桥口正一，铃木光雄，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]