[实用新型]一种石墨-石墨纸双极板及其成型模具

说明书

本实用新型公开了一种石墨‑石墨纸双极板及其成型模具，包括连接在一起的阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板上分别设置有氢气流道、空气流道及冷却剂流道；所述阳极板和阴极板结构相同，均包括由外至内依次设置的石墨纸和石墨层；本实用新型所述双极板采用石墨层与石墨纸相结合，不仅可以有效降低制作成本，而且在保证其机械性能、耐腐蚀性能和气密性能的同时，提高了双极板的导电性能；本实用新型所述双极板成型模具通过充气和抽气工艺将石墨纸、导电粘接层与石墨层贴合，有效解决了石墨纸易破损的难题，减少了成型时间、降低了工艺成本，实现了工业化流水线的连续生产且其适用范围广，可以适用于类似结构的任何材料双极板的成型需求。

【技术领域】

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种石墨-石墨纸双极板及其成型模具。

【背景技术】

燃料电池是一种高效清洁的发电装置，燃料电池的反应是电解水的逆反应过程，反应不受卡诺循环限制，不存在除电能与化学能外其他能量的转换，能量损失小，转换率高。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池、生物燃料电池等。

但是，对于质子交换膜燃料电池来讲，单节电池电压较低，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、气密和水密、良好的机械强度和价格低廉，易于批量加工等。

传统燃料电池双极板为石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板，相比石墨与金属双极板，复合材料双极板采用石墨粉与树脂融合，通过模压热成型工艺形成所需要的成品双极板，具有成本低的优点，但是树脂材料导电性差，经过掺杂之后的石墨材料导电性能明显下降，且成型后的双极板表面会形成一层树脂类物质，严重影响导电性能，需要采用机加工的工艺去除，这种方法不仅加工周期长，不能实现批量生产，所加工完成的成品表面粗糙有毛刺，破坏了石墨板表面结构，因此在使用过程中易出现表面腐蚀、渗氢等现象，影响燃料电池堆的性能及寿命。

【实用新型内容】

为了解决上述问题，本实用新型提供一种石墨-石墨纸双极板及其成型模具，所述双极板导电性能强，燃料电池功率高，且采用所述成型模具成型，解决了石墨纸易破损的难题，简化了制备工艺，减少了工艺时间，实现了工业化连续生产。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种石墨-石墨纸双极板，包括连接在一起的阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板上分别设置有氢气流道、空气流道及冷却剂流道；所述阳极板和阴极板结构相同，均包括由外至内依次设置的石墨纸和石墨层。

优选地，所述石墨层为粉状石墨与高分子树脂材料的混合物，具体地，所述高分子树脂材料选自环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂中的一种或几种。

优选地，所述粉状石墨包括但不限于鳞片石墨、膨胀石墨等材料。

优选地，所述石墨层的厚度为2～4mm，若石墨层的厚度低于2mm，则不利于模压成型，成型后双极板强度无法满足使用需求；若石墨层的厚度高于4mm，则模压成型后双极板过厚，双极板组装成的电堆体积密度过低。

优选地，所述石墨纸的厚度为0.05～0.5mm，若石墨纸厚度低于0.05mm，经过模压后形成的双极板存在石墨破裂的风险；若石墨纸厚度高于0.5mm，会影响双极板成品的厚度，不利于电堆的小型化以及体积功率密度的提升。

优选地，所述石墨纸的密度为0.5-1.5g/cm³，若石墨纸密度低于0.5g/cm³，则石墨纸的气孔率过高，影响双极板的阻气性能；若其密度高于1.5g/cm³，则石墨纸的脆性较大，在模压成型过程中易出现断裂。