[发明专利]处理多孔制品的方法

说明书

关于联邦政府赞助的研究及开发的声明

本发明在政府支持下根据联邦运输管理局授权的号码为CA-04-7003-00的合同做出。政府在本发明中拥有某些权利。

背景技术

本申请涉及形成多孔制品的技术，例如用于燃料电池的多孔水传输板。

一种多孔制品，如一种水传输板，典型地由一种粉状或粒状材料模制成。成型工艺通常包括放置粉状或粒状材料到模具中以及在热和压力下固结该材料。该制品可以在另外的步骤中被碳化，或没有碳化基本被原状使用。

发明内容

根据本公开的示例性方面的一种处理多孔制品的方法包括将包含松散导电颗粒和松散树脂颗粒的混合的粉末材料分布到模具中，在成型压力和成型温度下将在模具内的混合的粉末材料固结成为固结制品，以及选择在分布步骤中的松散树脂颗粒在预定颗粒尺寸分布内以控制多孔制品的物理性质。

根据本公开的示例性方面的另一种处理多孔制品的方法包括将包含松散导电颗粒和松散树脂颗粒的混合的粉末材料分布到模具中，在成型压力和成型温度下将在模具内的混合的粉末材料固结成为多孔固结制品，碳化多孔固结制品的树脂以形成最终的多孔碳制品，以及对于多孔碳制品的给定的预定最小强度要求和对于固结步骤的影响多孔碳制品的强度的给定的工艺参数窗口，扩展处理参数窗口，同时通过选择分布步骤中的松散树脂颗粒在预定颗粒尺寸分布内仍满足预定最小强度要求。

所公开的示例的各种特征和优势通过下面的详细描述对于本领域技术人员来说将变得明显。附于所述详细描述的附图能够被简要地描述如下。

附图说明

图1示出用于处理多孔制品的示例方法。

图2示出用于处理多孔制品的另一种示例方法。

图3示出强度对密度的曲线图。

具体实施方式

图1示出用于处理多孔制品的示例方法20的选定步骤。要理解的是该方法20可以被用于形成由粉状起始树脂材料模制的任何期望类型的多孔制品。在一个示例中，多孔制品是一种多孔水传输板，用在燃料电池中，并且在一侧或两侧上包括反应物气体通道。

由于迄今未知的原因，多孔制品的一个或多个物理特性能够变化超出规定要求。作为基于碳水传输板的示例，板的强度已被发现是变的。预计其他多孔制品会具有类似的现象。如将被进一步详细讨论的，已发现用于模制多孔制品的粉状起始树脂的颗粒尺寸分布影响了多孔制品的一个或多个物理性质。因此，颗粒尺寸分布被预定来控制多孔制品的物理性质。

在图示的示例中，方法20包括分布步骤22，固结步骤24，可选的碳化步骤26和选择步骤28，其每一个将在下面被详细地描述。

在一个实施例中，分布步骤22包括将包含松散导电颗粒和松散树脂颗粒的混合的粉末材料分布到模具中。固结步骤24包括在成型压力和成型温度下固结模具内的混合的粉末材料成为固结制品。可选的碳化步骤26包括碳化固结制品的树脂以形成多孔碳制品。一般来说，碳化提高孔隙度，增强导电率并且移除可能存在于树脂材料中的污染/有机物。

在另外的实施例中，导电颗粒是或包含石墨颗粒，以及树脂颗粒是或包含热固性树脂。在另外的示例中，热固性树脂是一种酚醛树脂。在另外的示例中，混合的粉末材料只包括松散导电颗粒和松散树脂颗粒，连同材料中的任何杂质。在一个示例中，混合的粉末材料具有占重量65-95％的松散导电颗粒的组分及松散树脂颗粒的余额。在另外的示例中，混合的粉末材料具有占重量80-85％的松散导电颗粒的组分及松散树脂颗粒的余额。

用在混合的粉末材料中的松散树脂颗粒的颗粒尺寸分布影响多孔碳制品的一种或多种物理性质。作为示例，松散树脂颗粒的颗粒尺寸分布影响多孔碳制品的强度。在另外的示例中，强度为多孔碳制品的弯曲强度。在这方面，为了控制多孔碳制品的一种或多种物理性质，选择步骤28包括选择在分布步骤22中的松散树脂颗粒在预定颗粒尺寸分布内。