一种高湿润角柔性石墨极板及其制备方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种高湿润角柔性石墨极板及其制备方法。


背景技术：

2.双极板是燃料电池的重要组成部件之一。电池进行电化学反应过程中产生的水，能否顺利排出是燃料电池稳定高效运行的保证，如果不能及时的把电池生成的水排出，随着反应的进行，将会出现“电极水淹”现象，有时也会使膜局部出现溶胀现象，从而使电池的各项性能降低，甚至因无法稳定运行而停止工作。因此，电池反应生成的水能否顺利排出，对燃料电池的稳定高效运行十分重要。目前平行流场可作为其排水装置，而平行流场由于反应气体在直流道中存留时间短，流速相对较低，使得生成的水大都在流道内形成液柱，堵塞流道，极大的影响电池性能。
3.现有技术中，对于金属极板，使用镀层工艺对材料进行表面改性处理，从而实现极板润湿性的改善，但是镀层在使用过程中容易被腐蚀，该种金属极板难以长时间使用；对于石墨极板，通过改进流场结构实现极板排水能力的改善，但是极板的流场结构的改变需要重新设计模具，需要投入的成本大。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种高湿润角柔性石墨极板及其制备方法。该制备方法能够将极板表面的润湿角增加20
°
以上；且无需对材料进行表面改性处理就能提升润湿角。
5.本发明的发明构思：设计人通过在柔性石墨极板成型过程中直接改变流场内的表面微观结构，改善极板排水特性。故在平压或辊压模具流场区域进行表面磨砂处理，使用磨砂后的模具直接对柔性石墨板坯进行成型，从而得到高润湿角的柔性石墨极板
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.本发明目的之一在于一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，该方法包括如下步骤：
8.步骤一、将模具的流场区域进行磨砂处理，得到具有磨砂流场的模具；
9.步骤二、利用步骤一所得的模具对柔性石墨板坯进行成型，再依次进行浸渍、固化和粘接，得到高湿润角柔性石墨极板。
10.进一步地，所述磨砂处理方式包括表面喷砂、化学腐蚀或激光雕刻中的一种或几种。更具体地，所用的柔性石墨极板胚的面密度为45-60mg/cm2，优选地，面密度可为50、55或60mg/cm2。
11.进一步地，所述的磨砂流场的磨砂目数为30-50000目。
12.进一步地，所述的磨砂流场的磨砂目数为50-10000目。
13.进一步地，所述的高湿润角柔性石墨极板湿润角为100-140
°
。优选地，高湿润角柔
性石墨极板湿润角为120-130
°
，为采用磨砂模具制备的柔性石墨极板湿润角为80
°
左右。通过该方法能够将极板表面的润湿角增加20
°
以上。
14.进一步地，所述的模具为平压模具或辊压模具中的一种。
15.进一步地，所述的模具的材质为铝合金或模具钢。
16.进一步地，所述的激光雕刻采用的颗粒粒径为1-1.5μm。
17.进一步地，所述的表面喷砂采用的颗粒粒径为250-300μm。
18.本发明目的之二在于一种如上所述的制备方法得到的高湿润角柔性石墨极板。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.(1)本发明提供的方法能够将极板表面的润湿角增加20
°
以上；
21.(2)本发明无需对材料进行表面改性处理实现提升润湿角，故其操作简单。
附图说明
22.图1为实施例1中表面磨砂处理后柔性石墨板表面润湿角；
23.图2为对比例1中普通柔性石墨板表面润湿角。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
25.为了解决现有技术的不足，通过材料端表面润湿性的改变进而改善极板的排水特性，本发明提出了一种增加极板流场表面粗糙度的方法，通过在柔性石墨极板成型过程中直接改变流场内的表面微观结构，改善极板排水特性。为了实现上述目的，本发明对平压或辊压模具流场区域进行表面磨砂处理，使用磨砂后的模具直接对柔性石墨板坯进行成型，从而得到高润湿角的柔性石墨极板。制备高润湿角柔性石墨极板的过程包含以下步骤：
26.(1)使用表面喷砂、化学腐蚀、激光雕刻中的一种或几种，对平压或辊压模具流场区域进行表面磨砂处理，磨砂目数范围为30目～50000目；
27.(2)使用平压或辊压工艺对柔性石墨板坯进行成型，直接获得流场表面为磨砂效果的柔性石墨极板；
28.(3)对柔性石墨极板进行浸渍、固化、粘接等后处理工艺，获得高润湿角的柔性石墨双极板。
29.实施例1
30.现欲使用平压工艺制备流场内磨砂目数为10000目，尺寸为400mm
×
130mm
×
1.6mm的柔性石墨双极板，实现步骤如下：
31.第一步：使用激光雕刻工艺对已经加工完毕的铝合金基材的平压极板模具流场区域进行雕刻处理，雕刻颗粒粒径约为1.25μm。激光雕刻要求不整体改变流场深度，仅改变表面粗糙度；
32.第二步：使用平压成型工艺对60mg/cm2面密度的柔性石墨板坯进行成型处理，制备成尺寸为400mm
×
130mm
×
0.8mm的待浸渍柔性石墨单极板；
33.第三步：使用浸渍、固化和粘接后处理工艺制备成尺寸为400mm
×
130mm
×
1.6mm的
柔性石墨双极板，其湿润角为126.8
°
。
34.实施例2
35.现欲使用辊压工艺制备流场内磨砂目数为50目，尺寸为350mm
×
140mm
×
1.5mm的柔性石墨双极板，实现步骤如下：
36.第一步：使用表面喷砂工艺对已经加工完毕的模具钢基材的辊压极板模具流场区域进行喷砂处理，喷石英砂颗粒粒径约为270μm。喷砂要求不整体改变流场深度，仅改变表面粗糙度；
37.第二步：使用辊压成型工艺对55mg/cm2面密度的柔性石墨板坯进行成型处理，制备成尺寸为350mm
×
140mm
×
0.75mm的待浸渍柔性石墨单极板；
38.第三步：使用浸渍、固化和粘接后处理工艺制备成尺寸为350mm
×
140mm
×
1.5mm的柔性石墨双极板。
39.对比例1
40.对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于，对比例1所用的平压极板模具流场区域不雕刻处理，得到湿润角约为80
°
的柔性石墨极板。
41.将对比例1与实施例1相比，通过在柔性石墨极板成型过程中直接改变流场内的表面微观结构，可以改善极板排水特性，极板的湿润角提高了约45
°
。
42.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、将模具的流场区域进行磨砂处理，得到具有磨砂流场的模具；步骤二、利用步骤一所得的模具对柔性石墨板坯进行成型，再依次进行浸渍、固化和粘接，得到高湿润角柔性石墨极板。2.根据权利要求1所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述磨砂处理方式包括表面喷砂、化学腐蚀或激光雕刻中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述的磨砂流场的磨砂目数为30-50000目。4.根据权利要求3所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述的磨砂流场的磨砂目数为50-10000目。5.根据权利要求1所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述高湿润角柔性石墨极板的湿润角为100-140
°
。6.根据权利要求1所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述的模具为平压模具或辊压模具中的一种。7.根据权利要求1所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述的模具的材质为铝合金或模具钢。8.根据权利要求2所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述的激光雕刻采用的颗粒粒径为1-1.5μm。9.根据权利要求2所述的一种高湿润角柔性石墨极板的制备方法，其特征在于，所述的表面喷砂采用的颗粒粒径为250-300μm。10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的高湿润角柔性石墨极板。

技术总结
本发明涉及一种高湿润角柔性石墨极板及其制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一、将模具的流场区域进行磨砂处理，得到具有磨砂流场的模具；步骤二、利用步骤一所得的模具对柔性石墨板坯进行成型，再依次进行浸渍、固化和粘接，得到高湿润角柔性石墨极板。与现有技术相比，本发明能够将极板表面的润湿角增加20


技术研发人员：张翼翀 李昂 贺子豪 刘超凡 李位位 陈小晶 李笑晖 甘全全 戴威
受保护的技术使用者：上海神力科技有限公司
技术研发日：2022.12.05
技术公布日：2023/7/11