[发明专利]一种质子交换膜燃料电池金属石墨复合双极板制备方法

说明书

一种质子交换膜燃料电池金属石墨复合双极板制备方法，包括金属双极板制作、柔性石墨纸处理和柔性石墨纸在双极板表面黏附，金属双极板制作包括：将不锈钢薄板模压出氢单极板和氧单极板，单极板具有波纹流场结构，用光纤激光焊接在一起，构成一片双极板；柔性石墨纸处理和柔性石墨纸在双极板表面黏附包括：将柔性石墨纸放入树脂中真空浸渍，将浸渍后的柔性石墨纸压实在双极板正反表面，在炉内固化树脂就得到了成品的金属石墨复合双极板。本发明的有益效果是：工艺简单，成本低；双极板电阻小；耐腐蚀，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池金属石墨复合双极板制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池直接把氢气和氧气中化学能直接转化为电能，不受卡诺循环限制，因此能量转换效率高，同时环境友好，可以广泛用于交通运输和地面发电等。但是，单节电池电压较低(0.6V～1.0V)，因此，为了得到实际可用的电压，需要把多个单电池串联起来，串联的连接件叫双极板，双极板起到分隔氢气、氧气，收集电流和支撑膜电极,同时还担负起整个电池系统的散热功能和排水功能的作用，因此双极板材料需要耐腐蚀、导电、良好的机械强度和价格低廉，易于批量加工等。

传统的燃料电池双极板材料是硬石墨，以及注塑和柔性石墨等，硬石墨通过机械打磨和雕刻而成，硬石墨双极板耐腐蚀和导电均良好，可以满足燃料电池使用，但是加工成本高，不适合批量制备，而且成品板厚度约为2mm～3mm，导致燃料电池堆体积大，不适合用于电动汽车发电系统。注塑石墨和柔性石墨价格低廉，但是厚度较厚，也无法满足汽车用体积要求。为解决燃料电池堆体积大的问题，现有技术中产生了易于加工的金属材料双极板，包括不锈钢双极板、铝金属双极板和钛金属双极板等，并在金属表面涂覆耐腐蚀导电涂层。

现有涂覆耐腐蚀导电涂层的金属双极板的不足在于：一是金属双极板耐腐蚀导电涂层的寿命较低，不能满足燃料电池使用寿命5000小时到10000小时的寿命要求，二是成本较高，不能满足燃料电池低成本要求。

如金属双极板的表面导电耐腐蚀涂层通常采用物理气相沉积和电镀技术，在金属表面溅射或复合电镀上一薄层贵金属、炭、氮化物或痰化物，乃至硼化物等。贵金属，如铂和金等可以满足燃料电池工作环境的导电耐腐蚀要求，寿命也可以满足商业应用要求，但是价格昂贵，无法实现商业应用。氮化物、炭化物和硼化物，导电良好，存在的主要问题是其膨胀系数与金属板差别较大，在燃料电池工作温度循环过程中容易脱落，导致双极板使用寿命不能满足燃料电池商业化要求；同时该类材料属于半导体，其与电极炭材料接触电阻相对偏高，在大电流工作时，电压损失较大。溅射炭膜，包括炭与炭化铬、炭化钛复合涂层，在接触电阻上可以满足燃料电池放电要求，但是，其脱落以及易于被腐蚀导致其使用寿命偏短，不能满足燃料电池商业化需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池金属石墨复合双极板制备方法。把双极板表面对导电和耐腐蚀要求，采用不同的材料来完成，实现金属双极板超薄的优点和石墨耐腐蚀的优点相结合，提高双极板使用寿命，降低制造成本。

本发明的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池金属石墨复合双极板制备方法，包括金属双极板制作和柔性石墨纸处理，金属双极板制作包括：用0.08mm～0.1mm不锈钢薄板制出氢单极板和氧单极板，将氢单极板和氧单极板焊接成具有氢气流场、空气流场和冷却剂流场的双极板，在双极板表面镀一层高导电镀层；柔性石墨纸处理是将柔性石墨纸进行封闭柔性石墨纸内孔道处理，其特征在于：所述金属石墨复合双极板制备方法还包括柔性石墨纸在双极板表面黏附；所述柔性石墨纸在双极板表面黏附包括以下步骤：

1)在双极板的密封胶线槽部位涂敷树脂粘结剂，将经过封闭内孔道处理的柔性石墨纸附着在双极板阴极面和阳极面的表面，对柔性石墨纸表面施压，使柔性石墨纸与双极板表面紧密接触；

3)将步骤1附着柔性石墨纸的双极板置于烘烤炉，烘烤炉内通入惰性气体，在树脂粘结剂固化温度下保温两小时，得到金属石墨复合双极板。