聚合物膜燃料电池的复合层双极板及其制造方法

摘要

本发明公开了一种聚合物膜燃料电池的复合层双极板及其制造方法。该双极板特征在于:整体结构由石墨蠕虫构成,在其外表面是聚吡咯或聚苯胺膜层,在板壁石墨蠕虫层中间掺和聚吡咯或者是聚苯胺网络层,或者是在板壁石墨蠕虫层中间夹附着金属薄板。制造方法采用模压法,其步骤是在上、下模具中填满石墨蠕虫,并在石墨蠕虫中间放置金属薄板,然后压力成型,或者在上、下模中填满石墨蠕虫,然后压力成型,成型后在极板表面涂敷或电合成聚吡咯或聚苯胺膜层,其特征在于:以10～80MPa压力下成型,在板壁石墨蠕虫内部电合成法制成聚吡咯或聚苯胺网络层。本发明的复合层双极板耐腐蚀、重量轻、导电性能好、制造成本低。

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种聚合物膜燃料电池的复合层双极板及其制造方法。属于氢氧、直接甲醇燃料电池双极板材料与制造技术。

                          背景技术

聚合物膜燃料电池的双极板，通常是采用三高石墨或金属加工而成。三高石墨双极板因要保证足够的机械强度，使其厚度尺寸较大，导电性能不够理想，电池堆的体积功率密度较低。金属双极板短期的导电性好，但易腐蚀，造成长期导电性能下降，必须经表面处理，另外，金属双极板的重量较大，电池堆的重量功率密度较低。为了克服上述双极板的不足，国外开发了多种双极板材料。树脂浸渍石墨是重要的一类，尽管具体材料、配比、成型和处理方法各有不同。树脂浸渍改善了硬石墨的脆性，可使流场板更薄更易加工，并可能采用模压、模注等高效的成型方法。但这类技术一般会使树脂的电阻增加及树脂碳化过程中材料易变形等。有的专利提出采用石墨粉或其它碳材料与聚合物材料复合制双极板，或者用导电聚合物对石墨双极板加以修饰，从而改善石墨双极板的导电性能。但加工方式较复杂，成本较高，且导电性能也不够理想。柔性石墨具有双极板所需的多项优秀特性，但其气密性较差。因此有专利中提出柔性石墨与树脂或金属板复合，但一般与树脂复合仍然存在会增加电阻的问题。

                          发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物膜燃料电池的复合层双极板及其制造方法。该燃料电池双极板耐腐蚀、重量轻、导电性能好、制造成本低。

为达到上述目的，本发明是通过下述方案加以实施的。采用石墨蠕虫与金属薄板以及聚吡咯或聚苯胺类导电聚合物构制的燃料电池复合层双极板，其特征在于：双极板的整体结构由石墨蠕虫构成，在其外表面是聚吡咯或聚苯胺膜层，在板壁石墨蠕虫层中间掺和聚吡咯或者是聚苯胺网络层，或者是在板壁石墨蠕虫层中间夹附着金属薄板。

制造上述的复合层双极板的方法是采用模压法，其步骤是在上、下模具中填满石墨蠕虫，并在石墨蠕虫中间放置金属薄板，然后压力成型，或者在上、下模中填满石墨蠕虫，然后压力成型，成型后在极板表面涂敷或电合成聚吡咯或聚苯胺膜层，其特征在于：以10～80MPa压力下成型，在板壁石墨蠕虫其内部孔隙中采用电合成法制成聚吡咯或聚苯胺导电聚合物网络层。

上述金属薄板为经过表面处理的不锈钢板或钛板，它们的厚度为0.1～0.3mm。

上述聚吡咯或聚苯胺膜层厚度为0.01～0.1mm。

本发明的复合层双极板耐腐蚀、重量轻、导电性能好、制造成本低。

                        附图说明

附图1为本发明夹附聚吡咯或聚苯胺网络层的双极板截面结构示意图。

附图2为本发明夹附金属薄板的双极板截面结构示意图。

附图中1、5为聚吡咯或聚苯胺膜层；2、4为石墨蠕虫层；3为金属薄板。6为聚吡咯或聚苯胺网络层。

                     具体实施方式

实施例1

1、将石墨蠕虫放置在模具中，室温下，施加10～80MPa的压强直接压制形

   成双极板

2、常温、常压下通过电合成的方法将聚吡咯导电聚合物在双极板表面成膜，

   厚度为0.02mm，并在极板内部，以石墨蠕虫的纳米孔为模板电合成纳米

   级的聚吡咯导电聚合物网络层。(见附图1)

实施例2

1、将一半量的石墨蠕虫平铺于上、下模具之间的下层，再将0.1mm厚的经

   表面处理后的不锈钢薄板水平放于蠕虫层上，最后再放入另一半量的石

   墨蠕虫。

2、常温下，对模具施加10～80MPa的压强使双极板完全成型，包括所需的

   流道、孔洞以及密封凸缘等，厚度为2.5mm，沟槽深度为1mm。

3、常温、常压下通过电合成的方法将聚吡咯导电聚合物在双极板表面成膜，

   厚度为0.02mm。(见附图2)