專利名稱：聚合物膜燃料電池的復合層雙極板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種聚合物膜燃料電池的復合層雙極板及其制造方法。屬于氫氧、直接甲醇燃料電池雙極板材料與制造技術。
背景技術：
聚合物膜燃料電池的雙極板，通常是采用三高石墨或金屬加工而成。三高石墨雙極板因要保證足夠的機械強度，使其厚度尺寸較大，導電性能不夠理想，電池堆的體積功率密度較低。金屬雙極板短期的導電性好，但易腐蝕，造成長期導電性能下降，必須經表面處理，另外，金屬雙極板的重量較大，電池堆的重量功率密度較低。為了克服上述雙極板的不足，國外開發了多種雙極板材料。樹脂浸漬石墨是重要的一類，盡管具體材料、配比、成型和處理方法各有不同。樹脂浸漬改善了硬石墨的脆性，可使流場板更薄更易加工，并可能采用模壓、模注等高效的成型方法。但這類技術一般會使樹脂的電阻增加及樹脂碳化過程中材料易變形等。有的專利提出采用石墨粉或其它碳材料與聚合物材料復合制雙極板，或者用導電聚合物對石墨雙極板加以修飾，從而改善石墨雙極板的導電性能。但加工方式較復雜，成本較高，且導電性能也不夠理想。柔性石墨具有雙極板所需的多項優秀特性，但其氣密性較差。因此有專利中提出柔性石墨與樹脂或金屬板復合，但一般與樹脂復合仍然存在會增加電阻的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種聚合物膜燃料電池的復合層雙極板及其制造方法。該燃料電池雙極板耐腐蝕、重量輕、導電性能好、制造成本低。
為達到上述目的，本發明是通過下述方案加以實施的。采用石墨蠕蟲與金屬薄板以及聚吡咯或聚苯胺類導電聚合物構制的燃料電池復合層雙極板，其特征在于雙極板的整體結構由石墨蠕蟲構成，在其外表面是聚吡咯或聚苯胺膜層，在板壁石墨蠕蟲層中間摻和聚吡咯或者是聚苯胺網絡層，或者是在板壁石墨蠕蟲層中間夾附著金屬薄板。
制造上述的復合層雙極板的方法是采用模壓法，其步驟是在上、下模具中填滿石墨蠕蟲，并在石墨蠕蟲中間放置金屬薄板，然后壓力成型，或者在上、下模中填滿石墨蠕蟲，然后壓力成型，成型后在極板表面涂敷或電合成聚吡咯或聚苯胺膜層，其特征在于以10～80MPa壓力下成型，在板壁石墨蠕蟲其內部孔隙中采用電合成法制成聚吡咯或聚苯胺導電聚合物網絡層。
上述金屬薄板為經過表面處理的不銹鋼板或鈦板，它們的厚度為0.1～0.3mm。
上述聚吡咯或聚苯胺膜層厚度為0.01～0.1mm。
本發明的復合層雙極板耐腐蝕、重量輕、導電性能好、制造成本低。
附圖1為本發明夾附聚吡咯或聚苯胺網絡層的雙極板截面結構示意圖。
附圖2為本發明夾附金屬薄板的雙極板截面結構示意圖。
附圖中1、5為聚吡咯或聚苯胺膜層；2、4為石墨蠕蟲層；3為金屬薄板。6為聚吡咯或聚苯胺網絡層。
具體實施例方式
實施例11、將石墨蠕蟲放置在模具中，室溫下，施加10～80MPa的壓強直接壓制形成雙極板2、常溫、常壓下通過電合成的方法將聚吡咯導電聚合物在雙極板表面成膜，厚度為0.02mm，并在極板內部，以石墨蠕蟲的納米孔為模板電合成納米級的聚吡咯導電聚合物網絡層。(見附圖1)實施例21、將一半量的石墨蠕蟲平鋪于上、下模具之間的下層，再將0.1mm厚的經表面處理后的不銹鋼薄板水平放于蠕蟲層上，最后再放入另一半量的石墨蠕蟲。
2、常溫下，對模具施加10～80MPa的壓強使雙極板完全成型，包括所需的流道、孔洞以及密封凸緣等，厚度為2.5mm，溝槽深度為1mm。
3、常溫、常壓下通過電合成的方法將聚吡咯導電聚合物在雙極板表面成膜，厚度為0.02mm。(見附圖2)
權利要求
1.一種聚合物膜燃料電池的復合層雙極板，該雙極板采用石墨蠕蟲與金屬薄板以及聚吡咯或聚苯胺類導電聚合物構制而成，其特征在于雙極板的整體結構由石墨蠕蟲構成，在其外表面是聚吡咯或聚苯胺膜層，在板壁石墨蠕蟲層中間摻和聚吡咯或者是聚苯胺網絡層，或者是在板壁石墨蠕蟲層中間夾附著金屬薄板。
2.制造權利要求1所述的聚合物膜燃料電池的復合層雙極板的方法，該方法采用模壓法，其步驟是在上、下模具中填滿石墨蠕蟲，并在石墨蠕蟲中間放置金屬薄板，然后壓力成型，或者在上、下模中填滿石墨蠕蟲，然后壓力成型，成型后在極板表面涂敷或電合成聚吡咯或聚苯胺膜層，其特征在于以10～80MPa壓力下成型，在板壁石墨蠕蟲其內部孔隙中采用電合成法制成聚吡咯或聚苯胺導電聚合物網絡層。
3.按權利要求1所述的聚合物膜燃料電池的復合層雙極板，其特征在于金屬薄板為經過表面處理的不銹鋼板或鈦板，它們的厚度為0.1～0.3mm。
4.按權利要求1所述的聚合物膜燃料電池的復合層雙極板，其特征在于聚吡咯或聚苯胺膜層厚度為0.01～0.1mm。
全文摘要
本發明公開了一種聚合物膜燃料電池的復合層雙極板及其制造方法。該雙極板特征在于:整體結構由石墨蠕蟲構成,在其外表面是聚吡咯或聚苯胺膜層,在板壁石墨蠕蟲層中間摻和聚吡咯或者是聚苯胺網絡層,或者是在板壁石墨蠕蟲層中間夾附著金屬薄板。制造方法采用模壓法,其步驟是在上、下模具中填滿石墨蠕蟲,并在石墨蠕蟲中間放置金屬薄板,然后壓力成型,或者在上、下模中填滿石墨蠕蟲,然后壓力成型,成型后在極板表面涂敷或電合成聚吡咯或聚苯胺膜層,其特征在于:以10～80MPa壓力下成型,在板壁石墨蠕蟲內部電合成法制成聚吡咯或聚苯胺網絡層。本發明的復合層雙極板耐腐蝕、重量輕、導電性能好、制造成本低。
文檔編號H01M4/64GK1355573SQ0114497
公開日2002年6月26日 申請日期2001年12月26日 優先權日2001年12月26日
發明者王宇新, 許莉, 王紀孝, 張軍, 任茂斌 申請人:天津大學