[发明专利]燃料电池隔板的生产方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种生产燃料电池隔板的方法。更具体地说，本发明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。

发明背景

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。

发明概述

本发明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发明。

本发明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。

在本发明中，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。

本发明中在压模前的加热优选在高于粘合剂的玻璃化转变温度(T_g)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(T_g)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T_g的温度。

在本发明中，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。

发明详述

本发明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。

在本发明的方法中，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。