燃料電池的帶溝隔板的製造方法
2023-08-06 09:15:46
專利名稱:燃料電池的帶溝隔板的製造方法
本發明涉及燃料電池用帶溝隔壁板的製造方法。
燃料電池是以氫、聯氨、甲醇等為燃料，以空氣(氧)為氧化劑，進行電化學反應，直接取出電能的裝置。從一個電池中取出的電壓不過0.3～1.2V，這個電壓很低，所以在實際應用中，是將幾十個～幾百個單元電池串聯積層在一起使用的，用隔壁板這種構造材料將各單元電池電氣導通。而且對供給單元電池的燃料和氧化劑來說，起的是分離界膜的作用。因此，就要求隔壁板具有導電性，對氣體和液體具有不滲透性，並且還要求對於燃料、氧化劑、電解質(磷酸、硫酸、氫氧化鈉溶液等)具有抗蝕性。
使用膨脹石墨成形板，可作為滿足上述性能的材料。然而，如圖1所示，在形成兩面帶溝的隔壁板時，由於在溝部集中負荷的影響，在隔壁板上產生微小的裂縫，使對氣體液體的不浸透性下降。為了防止這種現象，保持對氣體液體的不滲透性，必須增加板的厚度，這便產生了增大燃料電池體積的問題。
本發明的目的是，解決上述問題，提供具有充分不滲透性的且厚度薄的燃料電池用的帶溝隔壁板的製造方法。
本發明提供的燃料電池用帶溝隔壁板的製造法如下迭層浸泡過水和(或)有機溶劑的多個膨脹石墨板，或浸泡過水和(或)有機溶劑的多個膨脹石墨板與沒有浸泡過水和(或)有機溶劑的一個或多個膨脹石墨板的組合。
在具有溝槽的模中，預成形迭層板。
乾燥預成形後的迭層板。
加壓成形乾燥後的迭層板。
附圖是燃料電池用帶溝的隔壁板的簡圖。
本發明所使用的膨脹石墨可以這樣製造。
石墨具有層狀結構，是碳原子排成的六角環網狀平面重迭構成的，層平面內的結合力非常強，形成密網平面。但是，在與層平面成直角的方向結合力較弱，在層之間相對地存在較大的空間。因此，在適當的條件下，酸、鹼金屬、滷素、氯化物等多種類的化學物質容易進入石墨層間，與碳原子結合，形成石墨層間化合物。將這種石墨層間化合物加熱到適當的溫度，例如350℃以上，最好是在800℃以上，化合物就會立刻分解，侵入的化學物質變為蒸氣逸出，石墨沿結晶的C軸方向膨脹10～400倍。將這樣取得的膨脹石墨製成粒子狀加以使用。
用於製作本發明膨脹石墨板的膨脹石墨粒子，一般可採用體積密度在0.001g/Cm3至0.02g/Cm3的粒子，最好是使用體積密度為0.001g/Cm3至0.005g/Cm3的。將這樣的膨脹石墨粒子單獨地利用衝壓或輥壓加壓成形，製成體積密度達到0.1～1.0g/Cm3的板狀膨脹石墨板(以下稱板)。這時板厚可以根據燃料電池用隔壁板(以下稱為隔壁板)的厚度適當地選定，從0.2毫米～幾毫米。
板的迭層數是考慮了隔壁板的密度、板厚和乾燥板重量後而決定的，通常可使用3～30塊板。
用水和(或)有機溶劑對板浸滲的方法可使用噴塗法、塗布法、浸漬法等任何一種。膨脹石墨粒子體積密度為0.001g/Cm3至0.005g/Cm3的板以使用浸漬法為宜。
添加的水和(或)有機溶劑，使膨脹石墨板加壓成形時，膨脹石墨粒子容易流動，防止了在隔壁板溝部和凸部出現裂縫，有很好的方向性，所以對氣體液體有優良的不透過性。對達到上述目的的有機溶劑沒有特殊限制，只要使用與水具有同等蒸氣壓，並且價格便宜的有機溶劑就可以。例如，有機溶劑有甲醇、乙醛、丁醇、丙酮、三氯乙烯等，以及它們的混合物。
水和酒精的混合液、表面活性劑的水溶液等也可使用在本發明中。以下，僅以水為例進行說明。
膨脹石墨板內的水含浸量為體積的5～40%為宜。過少時達不到效果，過多時成形操作複雜，乾燥時間變長。
迭層板可以採用完全使用了水或有機溶劑浸泡的板，或者是把隔壁板的凸部體積的部分用水和(或)有機溶劑等浸泡，而其餘部分沒有用水或有機溶劑浸泡的板來進行迭層，任一種方法都可以。
予成形是在室溫中平均壓力通常為50～200Kg/Cm2的條件下進行的，以100～200Kg/Cm2為宜。
乾燥通常在50～150℃的溫度中進行。如果急劇加熱，就會在受壓的膨脹石墨板之間產生氣孔，所以最好從50℃開始，每小時升溫10℃，在高於100℃時保持1小時以上。使用有機溶劑時，需檢查有無起火的危險性等，以便確定乾燥條件。
加壓成形是在有溝結構的金屬模中或在有凸紋結構的模中進行的。即在模中對乾燥的成形體施加100～800Kg/Cm2的壓力，製成隔壁板。成形時，例如在10～50Kg/Cm2的壓力下，進行充分的排氣，以防止因殘存的空氣而使隔壁板中產生氣泡。
下面，通過實施例說明本發明。
實施例1體積密度為0.002g/Cm3的膨脹石墨(日立化成工業株式會社制，商品各HGP-1)通過加壓滾軋，製成厚1mm、密度0.5g/Cm3、寬400mm以及長400mm的膨脹石墨板。將這種板在水中浸漬5分鐘，製成含有水份為體積的40%的板(浸滲板)。將這種浸滲板切割成100×100mm小塊，把10個這種浸滲塊迭層置入模中。另一方面，在模中配置各內側面具有許多寬3mm、深3mm、間距5mm溝的上下凸模，使上凸模溝與下凸模溝相互垂直。施加50Kg/Cm2的壓力，反覆進行加壓、除壓，充分地排氣後，加80Kg/Cm2的壓力進行預成形。其次，在乾燥機中由50℃開始，每小時升溫10℃，在120℃中保持1小時，乾燥後，利用與預成形相同的模和凸模，並加壓300Kg/Cm2成形，這樣就獲得了圖1所示形狀的，兩側具有寬3mm、高2mm以及間距5mm互相正交的凸部、總體厚度5mm，密度1.5g/Cm3的燃料電池用帶溝的隔壁板。
實施例2通過實施例1中的加壓滾軋後，把膨脹石墨板切割成100×100mm的未浸滲塊，取5個未浸滲塊，5個用實施例1相同方法得到的水浸滲塊，放入模中，按上面2個浸滲塊，中間5個未浸滲塊，下面3個浸滲塊的順序迭層，用與實施例1相同的方法預成形，與實施例1相同的方法進行乾燥和成形，製得厚度、密度和形狀與實施例1相同的隔壁板。
實施例3將實施例1的膨脹石墨板在工業純甲醇中浸滲3分鐘，使其含甲醇量為體積的30%後，切割成100×100mm的浸滲塊。取這種浸滲塊10個放入模中，進行與實施例1相同的預成形。然後風乾，由40℃開始每小時升溫10℃，在80℃中保持乾燥1小時後，使用與實施例1相同的方法加壓成形，獲得厚度5mm、密度1.4，形狀與實施例1相同的隔壁板。
比較例取與實施例2相同方法獲得的100×100mm未浸滲塊10個，迭層放入模中，配置與實施例1相同組合的上下凸模，用50Kg/Cm2的壓力進行排氣後，在300Kg/Cm2的壓力下加壓成形，獲得厚度、密度、和形狀與實施例1相同的隔壁板。
採用實施例1、2、3和比較例中所獲得的各隔壁板製成50mm方塊試驗片，給試驗片的片側施加1Kg/Cm2的空氣壓，利用水中置換法測定空氣的洩漏量，求出透氣率，其結果表示在表1中。
表1(單位Cm2/sec)
表1清楚地表明，實施例隔壁板比較例隔壁板透氣性小，對氣體液體的不滲透性優良。
根據本發明可以獲得，不僅板厚度薄，而且對氣體液體具有充分的不滲透性的燃料電池用帶溝的隔壁板。
權利要求
1.一種燃料電池用的有溝隔壁板的製造法，其特徵為包括下列步驟把浸漬過水和(或)有機溶劑的多個膨脹石墨板進行迭層，或把浸漬過水和(或)有機溶劑的多個膨脹石墨板與沒有浸漬過水和(或)有機溶劑的一個或多個膨脹石墨板進行組合迭層。在具有溝槽的模中，預成形迭層板。乾燥予成形後的迭層板。加壓成形乾燥後的迭層板。
2.根據權項1所述的方法，其中浸漬過水和(或)有機溶劑的膨脹石墨板至少放置在迭層板的上面和下面。
3.根據權項1所述的方法，其中膨脹石墨板具有0.1至1.0g/Cm3的體積密度。
4.根據權項1或2所述的方法，其中有機溶劑是甲醇、乙醛、丁醇、丙酮、三氯乙烯或其混合體。
5.根據權項1、2或4所述的方法，其水和(或)有機溶劑的浸漬量為膨脹石墨板體積的5%至40%。
6.根據權項1所述的方法，其加熱乾燥是從50℃至150℃逐漸加熱而進行的。
專利摘要
經下列方法制出的燃料電池用有溝隔壁板，即 使模壓成很薄的板，也具有充分的不滲透性，其製造 法包括下列步驟疊層多個浸漬過水和(或)有機溶 劑的膨脹石墨板，或組合多個浸漬過或沒有浸漬過 水和(或)有機溶劑的膨脹石墨板，預成型疊層板，幹 燥預成型後的疊層板，加壓成型乾燥後的疊層板。
文檔編號H01M2/14GK85104873SQ85104873
公開日1987年6月10日 申請日期1985年6月26日
發明者菊池好洋, 山田和夫, 藤田淳 申請人:日立化成工業株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan