[发明专利]一种立式片层结构柔性石墨极板的高速生产方法

说明书

本发明涉及一种立式片层结构柔性石墨极板的高速生产方法，包括以下步骤：(1)将膨胀石墨粉投放到填料箱(8)中的水平传送带(5)上；(2)利用粗轧辊(7)将传送带(5)上的石墨粉进行初步辊压；(3)经过水平精轧机；(4)随后低密度柔性石墨板进入连续立辊精轧机组进行连续精轧；(5)随后高密度柔性石墨板进入孔型辊中印花；(6)对印花后的柔性石墨板利用剪切装置进行裁切，得到立式片层单极板。与现有技术相比，本发明利用柔性石墨板内部片层结构翻转，将水平片层结构变为立式片层结构，从而大幅提升柔性石墨板垂直方向电导率与热导率。

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种立式片层结构柔性石墨极板的高速生产方法。

背景技术

作为燃料电池的核心部件，双极板起到了导电、导热、隔绝阴阳极气体、支撑电堆结构等关键作用。其中，极板的选材通常为金属材料、不透性石墨、柔性石墨等。金属材料因高强度和高阻气性，可制备超薄板，但耐蚀性差等问题，使得双极板应用该类材料时，电堆无法拥有长寿命。不透性石墨的耐蚀性能优异，导电与导热能力强，因此可解决电堆的使用寿命问题。然而，材料的脆性、复杂的加工程序，使得其无法批量化生产，导致成本高昂。柔性石墨材料在拥有不透性石墨优点的基础上，解决了材料的难加工问题。该类材料通常利用辊压方式制备光板，后利用模压的方法制备带有流场的单极板。连续化生产能够大幅降低材料的加工成本。此外，材料本身的成本很低。因此该材料是燃料电池极板材料的一个选择方向。

柔性石墨内部的片层结构导致了其垂直方向与水平方向的导电与导热性呈现各向异性。在其生产的现有技术中，通常利用模压或辊压的方式制备。中国专利CN101222052A介绍了一种两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，该方法利用模压的方式制备柔性石墨极板。目前的技术不足之处是：由于柔性石墨板的显微组织中，石墨片层以连续相的形式堆叠，带来了的水平方向与垂直方向导电率与导热率的各向异性。然而，目前技术生产的柔性石墨板水平方向电导率与热导率远远大于垂直方向，这与极板需要高垂直方向电导率与热导率相违背。中国专利CN106876724A披露了一种燃料电池用柔性石墨单极板的辊压生产方法，该方法能够连续化生产柔性石墨单极板，提高了生产效率。然而，该技术仅限于连续化生产传统柔性石墨极板，无法连续化生产立式片层结构的柔性石墨极板。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用柔性石墨板内部片层结构翻转，将水平片层结构变为立式片层结构，从而大幅提升柔性石墨板垂直方向电导率与热导率的立式片层结构柔性石墨极板的高速生产方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种立式片层结构柔性石墨极板的高速生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将膨胀石墨粉投放到填料箱中的水平传送带上，保持传送带运行速度与膨胀石墨粉堆叠高度相匹配，所述的膨胀石墨粉的堆叠高度为3～30mm；所述的膨胀石墨粉通过给料罐及送料机构投放到填料箱中。所述的填料箱为无底箱体，底部设有传送装置，传送装置包括前辊、传送带和后辊。填料箱的内壁宽度可根据设计自由调节。传送装置作用是将膨胀石墨粉整体向前运送，并利用向前的运行速度匹配给料速度，来控制填料箱中膨胀石墨粉的堆积高度。

2)利用粗轧辊将传送带上的石墨粉进行初步辊压，得到厚度为1～10mm，密度为0.01～0.3g/cm³的极低密度柔性石墨板；所述的粗轧辊设有在填料箱出口处，与所述的后辊配成对，对石墨粉进行初步辊压。其中，粗轧辊的作用是将膨胀石墨粉进行粗轧，使其形成密度极低的块体，能够在支撑板上向前推进且不松散。

3)经过水平精轧机后，获得厚度为0.1～3.0mm，密度为0.05～0.60g/cm³的低密度柔性石墨板；精轧辊的作用是将密度极低的块体轧制成低密度柔性石墨板，便于进入后续立辊连轧机组。所述的水平精轧机包括上下成对设置的水平精轧上辊和水平精轧下辊，形成精轧辊对，该精轧辊对通过一水平支撑板连接传送带，将初步辊压得到的石墨板引入精轧辊对进行精轧。