一種燃料電池流場憎水化處理方法
2023-06-02 01:44:01
專利名稱：一種燃料電池流場憎水化處理方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池，具體地說是質子交換膜燃料電池流場憎水化處理方法。
背景技術：
燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學能通過電極上的電催化反應 直接轉化為電能的發電裝置。它不受卡諾循環的限制，可以高效地將化學能轉化為電能。質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, 簡稱PEMFC)由於具有低溫啟動，結構簡單、操作方便等特點，是最有用 希望應用於未來電動汽車的動力源。由於燃料電池在工作時，是一個複雜的化學反應過程，存在著熱平衡和 水平衡問題；其中燃料電池運行中的水管理是一個很難控制的問題。反應 氣中水量稍少(相對溼度低)時，會使質子交換膜變幹，電阻增大，從而 使質子的電遷移變得困難，燃料電池工作性能惡化。水量稍多，又容易在 導流槽內形成積水，堵塞反應氣體的通路，導致電池組中氣體分配不均， 影響電池性能，嚴重時會導致MEA發生水淹，電池失效。發明內容本發明的目的在於提供一種燃料電池流場憎水化處理方法;本發明是通 過對燃料電池中流場表面進行憎水化處理，使流場表面憎水，促進電池運 行中電池內部水的排出，可以有效提高電池運行的穩定性和氣體的利用率。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為一種燃料電池流場憎水化處理方法，在流場表面浸入一層高憎水性的溶 劑，並進行高溫固化，使憎水物質與流場牢固的結合在一起，最後將流場 表面凸臺表面的憎水物質進行打磨除去。所述高憎水性的溶劑為聚氟類乳液或憎水有機矽的乳液；所述聚氟類 乳液為聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液等；所述憎 水有機矽的乳液為聚二甲基矽氧垸或聚醚改性聚二甲基矽氧烷等。具體操作過程為，將流場一次或一次以上在的憎水性的溶劑中浸泡， 或在流場表面噴塗憎水性的溶劑；流場中浸入憎水性的溶劑的重量含量一 般控制在0.5~5%之間，最佳控制在0.5~2%;然後進行高溫固化，固化溫度 一般控制在350 400°C ，固化時間根據流場處理數量控制在0.5-2小時；憎 水性的溶劑重量濃度1~10%，最佳為3~5%。由於使用的憎水材料為絕緣材料，經過憎水處理的流場要進行表面後
處理，降低流場的接觸電阻；因此憎水化處理後的流場要進行表面凸臺打 磨處理，除去凸臺表面的絕緣物質，避免流場接觸電阻增大。 本發明具有如下優點
1. 本發明提出了一種燃料電池流場憎水化處理方法。電池流場憎水化 處理後流場的接觸電阻沒有顯著增加，而流場的憎水性大大提高，使燃料 電池流場具有憎水功能。
2. 本發明可以促進電池內部生成液態水的排出，有助於提高電池運行 的穩定性和提高電池反應氣體的利用率。該方法在流場電阻沒有大幅增加 的情況下有效地提高了流場得增水性能，促進電池中液態水的排出，減少 了電池運行中MEA水淹現象的發生，提高了電池運行的穩定性，可以減輕 燃料電池運行中的水管理壓力，同時提高了燃料電池反應氣體的利用率。
3. 可操作性很強。本發明基本不改流場的結構和加工工藝，只是將流 場表面進入一層憎水性的物質，提高流場的憎水性能，促進電池生成水的 排出。
圖1為未進行憎水處理的流場接觸角； 圖2為含0.5%PTFE憎水處理的流場接觸角； 圖3為含1%PTFE憎水化處理流場的接觸電阻； 圖4為含3%PTFE憎水處理的流場接觸角；
圖5為含0.5%PTFE憎水化處理流場與未憎水處理流場的接觸電阻比較。
圖6為含P/。PTFE憎水化處理流場與未憎水處理流場的接觸電阻比較。 圖7為含3%PTFE憎水化處理流場與未憎水處理流場的接觸電阻比較。
具體實施例方式
實施例l
按照本發明的方法，利用60%的PTFE乳液配置成2%的PTFE溶液， 將膨脹石墨流場板經過一次和多次浸泡，使流場中四氟含量控制在0.5%。 然後對浸泡好的流場放入真空烘箱中在35(TC下烘烤固化2小時。最後將流 場表面凸臺部分進行打磨處理，除去表面不導電物質。測試憎水處理後流 場板的表面接觸角(圖1和圖2)和接觸電阻(風5)。結果表明流場的電 阻增加不大，但流場的增水性能顯著提高。
實施例2
按照本發明的方法，利用60%的PTFE乳液配置成5%的PTFE溶液，
將膨脹石墨流場板經過一次和多次浸泡，使流場中四氟含量控制在1%。然後對浸泡好的流場放入真空烘箱中在400'C下烘烤固化1小時。最後將流場 表面凸臺部分進行打磨處理，除去表面不導電物質。測試憎水處理後流場 板的表面接觸角(圖3)和接觸電阻(圖6)。結果表明流場的電阻增加不 大，但流場的增水性能顯著提高。實施例3按照本發明的方法，利用60%的PTFE乳液配置成5%的PTFE溶液， 將膨脹石墨流場板經過一次和多次浸泡，使流場中四氟含量控制在3%。然 後對浸泡好的流場放入真空烘箱中在40(TC下烘烤固化1小時。最後將流場 表面凸臺部分進行打磨處理，除去表面不導電物質。測試憎水處理後流場 板的表面接觸角(圖4)和表面接觸電阻(圖7)。結果表明流場中含3% 的PTFE會導致流場板的電阻增大。
權利要求
1. 一種燃料電池流場憎水化處理方法，其特徵在於在流場表面浸入 一層憎水性的溶劑，並進行高溫固化，使憎水物質與流場牢固的結合在一 起，最後將流場表面凸臺表面的憎水物質進行打磨除去。
2. 按照權利要求1所述燃料電池流場憎水化處理方法，其特徵在於 所述憎水性的溶劑為聚氟類乳液或憎水有機矽的乳液。
3. 按照權利要求2所述燃料電池流場憎水化處理方法，其特徵在於 所述聚氟類乳液為聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液; 所述憎水有機矽的乳液為聚二甲基矽氧烷或聚醚改性聚二甲基矽氧烷。
4. 按照權利要求1所述燃料電池流場憎水化處理方法，其特徵在於 具體操作過程為，將流場一次或一次以上在的憎水性的溶劑中浸泡，或在流場表面噴塗憎水性的溶劑；流場中浸入憎水性的溶劑的重量含量一般 控制在0.5 5%之間，最佳控制在0.5~2%;然後進行高溫固化，固化溫度一 般控制在350-400°C，固化時間根據流場處理數量控制在0.5 2小時；憎水 性的溶劑重量濃度1~10%。
5. 按照權利要求4所述燃料電池流場憎水化處理方法，其特徵在於 所述流場中浸入憎水性的溶劑的重量含量控制在0.5 2%;所採用憎水性的 溶劑重量濃度3~5%。
全文摘要
一種燃料電池流場憎水化處理方法，在流場表面浸入一層憎水性的溶劑，並進行高溫固化，使憎水物質與流場牢固的結合在一起，最後將流場表面凸臺表面的憎水物質進行打磨除去，降低接觸電阻的增加，使燃料電池流場具有憎水功能，促進電池運行中液態水的排出，防止電池運行中MEA發生水淹現象；利用該方法處理的流場可以減輕燃料電池運行中的水管理壓力和提高反應氣體的利用率。
文檔編號H01M8/10GK101145618SQ200610047759
公開日2008年3月19日 申請日期2006年9月15日 優先權日2006年9月15日
發明者明 侯, 孫立言, 明平文, 燕希強, 程海波, 衣寶廉 申請人:新源動力股份有限公司