气体扩散层带流场膜电极组件及其配套双极板制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109818019A(43)申请公布日2019.05.28(21)申请号201910164241.2(22)申请日2019.03.05(71)申请人大连交通大学地址116028辽宁省大连市沙河口区黄河路794号(72)发明人徐洪峰卢璐蔡健王国香孙基文孙茂喜(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人高永德李洪福(51)Int.Cl.H01M8/1004(2016.01)H01M8/0254(2016.01)H01M8/0263(2016.01)H01M8/0267(2016.01)权利要求书2页说明书4页附图6页(54)发明名称气体扩散层带流场膜电极组件及其配套双极板制备方法(57)摘要气体扩散层带流场膜电极组件及其配套双极板制备方法,气体扩散层带流场的膜电极组件制作包括：将碳纸用碳粉浆料在网印机上网印出空气流场或氢气流场，网印流场的碳纸放到焙烧炉焙烧，得到了带流场的气体扩散层，将带流场的气体扩散层、膜电极和聚酯边框压合，制成气体扩散层带流场膜电极组件；配套双极板制作包括：用柔性石墨板裁剪成不设反应气体流场的单极板，将膨胀石墨板冲剪出的冷却剂流场粘结在两块单极板之间，制得与气体扩散层带流场膜电极组件配套的双极板。有益效果是：降低了双极板加工成本和厚度，流场憎水且多孔，有利于增大气体向电极扩散速度，流场可根据不同的工况条件，灵活的改变流场的结构和形式。CN109818019ACN109818019A权利要求书1/2页1.气体扩散层带流场的膜电极组件的制备方法，其特征在于；所述气体扩散层带流场的膜电极组件的制备方法包括以下步骤：1)将碳纸裁割成设计尺寸，对裁割好的碳纸称重并记录原始重量后，放到重量百分比为60％的聚四氟乙烯乳液中浸渍，浸渍5分钟后，取出控干，在温度为125℃～135℃的烘干箱中烘干，取出称重，并与原始重量比较，测出碳纸上的聚四氟乙烯的增量，如果增量未达到设计规定的增量，重复上述浸渍步骤，直至增量达到设计规定的增量；2)配制草酸铵水溶液，按照每3克草酸铵加入50ml去离子水的比例，配制草酸铵水溶液，草酸铵加入去离子水中后，在95℃～98℃水的水浴锅中加热溶解，冷却后即得一份草酸铵水溶液；3)配制乙炔黑碳粉浆料，按一份步骤2)配制的草酸铵水溶液加入5克乙炔黑碳粉、100ml异丙醇和20克重量百分比为20％聚四氟乙烯乳液的比例，依次将乙炔黑碳粉、异丙醇和聚四氟乙烯乳液加入草酸铵水溶液中，搅拌三分钟后，制得乙炔黑碳粉浆料；4)将步骤1)制得的聚四氟乙烯增量达到设计规定的碳纸，放到网印机上，将步骤3)制备的乙炔黑碳粉浆料在碳纸单面均匀的网印上乙炔黑碳粉浆料涂层，将网印好的碳纸在温度为125℃～135℃的烘干箱内烘干，取出称重，测取乙炔黑碳粉浆料的增量，如果乙炔黑碳粉浆料的增量未达到设定值，则重复上述网印步骤，直至乙炔黑碳粉浆料的增量达到设定值；5)将步骤4)制得的碳纸，放到网印机上，将网印机的网板换为气体流场网印板，用步骤3)制备的乙炔黑碳粉浆料在经步骤4)网印了乙炔黑碳粉浆料涂层的碳纸的面上网印气体流场，将网印了气体流场的碳纸，在温度为125℃～135℃的烘干箱内烘干，重复网印、烘干，至气体流场的脊高达到设定值；所述气体流场网印板包括空气流场网印板和氢气流场网印板，用空气流场网印板在碳纸上网印出的是空气流场，用氢气流场网印板在碳纸上网印出的是氢气流场；6)将步骤5)网印好流场的碳纸，在焙烧炉内在345℃±5℃恒温保持50分钟，冷却后取出，得到带空气流场的阴极扩散层和带氢气流场的阳极扩散层；7)用与带气体流场的扩散层配套的聚酯边框(3)，按照一张聚酯边框(3)、一张带氢气流场的阳极扩散层、一张CCM膜电极(4)、一张带空气流场的阴极扩散层、一张聚酯边框(3)的顺序叠放，带空气流场的阴极扩散层和带氢气流场的阳极扩散层的流场面都朝向聚酯边框(3)，将叠放好的聚酯边框(3)、阳极扩散层、CCM膜电极(4)、阴极扩散层和聚酯边框(3)放到平板热压机上，加热模压，加热温度是135℃±5℃，使两张聚酯边框(3)热熔，制成一张扩散层带流场的膜电极组件。2.一种与气体扩散层带流场的膜电极组件配套的双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板的两端部设有空气通道(10)、氢气通道(11)和冷却剂剂通道(12)，双极板的四周及空气通道(10)、氢气通道(11)和冷却剂通道(12)之间设有密封胶线槽(13)，其特征在于：所述阳极板和阴极板上不设氢气流场和空气流场，阳极板和阴极板相对的面构成的冷却腔里设有冷却剂流场。3.权利要求2所述一种与气体扩散层带流场的膜电极组件配套的双极板的制备方法，其特征在于：所述配套的双极板的制备方法包括以下步骤：1)将0.2