[发明专利]一种双极板与电极框一体化结构及其制备方法和应用

说明书

本发明属于液流电池领域，公开了一种双极板与电极框一体化结构及其制备方法和应用。包括：选取塑料板材裁成电极框大小，制成基板，将其凹槽底部粗糙化，涂覆一层导电溶液，使基板表面形成导电液体薄膜；用静电喷涂方式喷涂一定厚度的碳材料涂层，制成双极板与电极框一体化预制板，置于真空干燥箱内烘干至恒重，放置在热压机上热压，使碳材料涂层与塑料板紧密牢固地结合，冷却后将板两侧凹槽延伸端口处的碳材料涂层用导电材料连接，即得到同时具有高电导率和较强机械性能的双极板与电极框一体化结构。本发明阻液效果好，缩小电极厚度，降低电极内阻。

技术领域

本发明属于液流电池领域，本发明涉及一种双极板与电极框一体化结构及其制备方法和应用。

背景技术

双极板是将燃料电池单电池串联起来组装成电池堆的关键部件，其作用是分隔反应气体并通过流场将燃料反应气体导入燃料电池、收集并传导电流和支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热功能和排水功能。现有技术中，制造双极板广泛采用的材料是石墨和金属板。而金属双极板具有电导率高，力学强度好，价格不高，可通过冲压加工气体流场和冷却水流场，并可加工成薄板，减少双极板的厚度和重量等优点，逐渐成为双极板的主流。但是金属在燃料电池的高温及电化学腐蚀下，溶解和腐蚀不可避免。特别是金属离子渗入质子交换膜内，会导致膜中毒。同时，双极板因蚀层会增加接触电阻，降低燃料电池性能。所以，现有技术中都必须对金属双极板的表面进行修饰改性。

双极板的表面进行修饰改性有两种典型的工艺方法，第一种方法是，先把冲压成型的单极板薄板，进行电镀贵金属或物理气相沉降(PVD)碳化物进行表面改性，最后焊接成双极板。这种方法的缺点是焊接部位会破坏表面改性层，所以焊缝只能在双极板密封的非工作区域，焊接的部位少，会使双极板的电阻成倍增长；第二种方法是，先把单极板焊接成双极板，可以在双极板工作区域焊接，以增加焊接部位，减少双极板的电阻，然后在焊接成型的双极板表面再进行电镀贵金属或物理气相沉降(PVD)碳化物进行表面改性。这种方法的缺点是焊接部位表面改性质量差，容易腐蚀。且以上两种双极板表面修饰改性的方法都有成本高、寿命短的缺点。

静电喷涂技术多应用于向金属导体表面喷涂可以带电的材料，塑料由于其绝缘性特点，几乎不被用来做为被喷涂挂件。在喷涂原料中若涉及绝缘物质时，采用在物料内混入一定比例导电溶液的方式，使绝缘物质导电；而双极板电导率低，现有挤出工艺无法进一步提高碳含量，减薄电极增加电密。

发明内容

为了上述现有技术的不足，本发明提供一种双极板与电极框一体化结构及其制备方法和应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

S1.选取的塑料板材裁成电极框大小，边缘处设置好电解液流道或预留电解液流道区，中间区域抠去表层形成凹槽但不要将板穿透，使凹槽的长宽尺寸与电极大小相等，然后在不设置电解液流道的边的一侧使凹槽以相同深度延伸到最外端，塑料板材的两表面做相同对称的处理，以此完成后的板叫做基板；

S2.将步骤S1制得基板的凹槽底部粗糙化；

S3.将步骤S2制得基板的粗糙面上涂覆一层导电溶液，导电溶液可使基板的表面形成导电液体薄膜；

S4.用静电喷涂方式将步骤S3制备基板的表面喷涂碳材料涂层，制成双极板与电极框一体化预制板；

S5.将步骤S4制成的双极板与电极框一体化预制板置于真空干燥箱内烘干至恒重，然后放置在热压机上进行热压，使碳材料涂层与塑料板紧密牢固地结合，冷却；

S6.将板两侧凹槽延伸端口处的碳材料涂层用导电性良好的导电材料连接，即得到同时具有高电导率和较强机械性能的双极板与电极框一体化结构。

进一步的，步骤S1中塑料板材材质为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯中的一种；

进一步的，步骤S3中导电溶液为石墨粉与有机溶剂互混溶液，体积百分比20:80；