[发明专利]一种燃料电池流场憎水化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，具体地说是质子交换膜燃料电池流场憎水化处理方法。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell.简称PEMFC)由于具有低温启动，结构简单、操作方便等特点，是最有用希望应用于未来电动汽车的动力源。

由于燃料电池在工作时，是一个复杂的化学反应过程，存在着热平衡和水平衡问题；其中燃料电池运行中的水管理是一个很难控制的问题。反应气中水量稍少(相对湿度低)时，会使质子交换膜变干，电阻增大，从而使质子的电迁移变得困难，燃料电池工作性能恶化。水量稍多，又容易在导流槽内形成积水，堵塞反应气体的通路，导致电池组中气体分配不均，影响电池性能，严重时会导致MEA发生水淹，电池失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池流场憎水化处理方法；本发明是通过对燃料电池中流场表面进行憎水化处理，使流场表面憎水，促进电池运行中电池内部水的排出，可以有效提高电池运行的稳定性和气体的利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种燃料电池流场憎水化处理方法，在流场表面浸入一层高憎水性的溶剂，并进行高温固化，使憎水物质与流场牢固的结合在一起，最后将流场表面凸台表面的憎水物质进行打磨除去。

所述高憎水性的溶剂为聚氟类乳液或憎水有机硅的乳液；所述聚氟类乳液为聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液等；所述憎水有机硅的乳液为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷等。

具体操作过程为，将流场一次或一次以上在的憎水性的溶剂中浸泡，或在流场表面喷涂憎水性的溶剂；流场中浸入憎水性的溶剂的重量含量一般控制在0.5～5％之间，最佳控制在0.5～2％；然后进行高温固化，固化温度一般控制在350～400℃，固化时间根据流场处理数量控制在0.5～2小时；憎水性的溶剂重量浓度1～10％，最佳为3～5％。

由于使用的憎水材料为绝缘材料，经过憎水处理的流场要进行表面后处理，降低流场的接触电阻；因此憎水化处理后的流场要进行表面凸台打磨处理，除去凸台表面的绝缘物质，避免流场接触电阻增大。

本发明具有如下优点：

1.本发明提出了一种燃料电池流场憎水化处理方法。电池流场憎水化处理后流场的接触电阻没有显著增加，而流场的憎水性大大提高，使燃料电池流场具有憎水功能。    

2.本发明可以促进电池内部生成液态水的排出，有助于提高电池运行的稳定性和提高电池反应气体的利用率。该方法在流场电阻没有大幅增加的情况下有效地提高了流场得增水性能，促进电池中液态水的排出，减少了电池运行中MEA水淹现象的发生，提高了电池运行的稳定性，可以减轻燃料电池运行中的水管理压力，同时提高了燃料电池反应气体的利用率。

3.可操作性很强。本发明基本不改流场的结构和加工工艺，只是将流场表面进入一层憎水性的物质，提高流场的憎水性能，促进电池生成水的排出。

附图说明

图1为未进行憎水处理的流场接触角；

图2为含0.5％PTFE憎水处理的流场接触角；

图3为含1％PTFE憎水化处理流场的接触电阻；

图4为含3％PTFE憎水处理的流场接触角；

图5为含0.5％PTFE憎水化处理流场与未憎水处理流场的接触电阻比较。

图6为含1％PTFE憎水化处理流场与未憎水处理流场的接触电阻比较。

图7为含3％PTFE憎水化处理流场与未憎水处理流场的接触电阻比较。

具体实施方式

实施例1

按照本发明的方法，利用60％的PTFE乳液配置成2％的PTFE溶液，将膨胀石墨流场板经过一次和多次浸泡，使流场中四氟含量控制在0.5％。然后对浸泡好的流场放入真空烘箱中在350℃下烘烤固化2小时。最后将流场表面凸台部分进行打磨处理，除去表面不导电物质。测试憎水处理后流场板的表面接触角(图1和图2)和接触电阻(图5)。结果表明流场的电阻增加不大，但流场的增水性能显著提高。

实施例2