【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学装置领域，具体地涉及一种用于制造安装在电化学装置中的由复合材料制成的双极板的方法。
技术介绍
1、电化学装置是能够实现电化学反应的任何装置，诸如燃料电池或质子交换膜电解器，从而分别通过氧化还原反应产生电能或氢气。“电化学装置”一词也指通过电池中储存的势能产生电能的氧化还原液流电池。
2、已知地，电化学装置包括沿电池堆轴线延伸的多个电池和置于电池堆的末端处的两个端板。端板通过压缩件连接，这些压缩件能够压缩电池并确保电化学装置的密封。
3、参考图1，其示出了电化学装置100，每个电池110已知地包括膜电极组件120和两个双极板130(也被称为分离板)，两个双极板130将膜电极组件120夹在中间并实现电池110中的流体分配。为了在电化学装置中形成电化学反应，每个电池110被供应有氧化流体和还原流体，例如氢气和氧气，这些流体在膜的任一侧环流并借助催化剂发生反应。每个电池110还被供应有导热流体，用以调节电化学装置的温度。实际上，两个相邻电池110a、110b的两个相邻双极板130a、130b固定在一起，以便形成若干内部通道140，从而实现导热流体在电池110之间流动。
4、参考图2和图3，双极板130已知地包括允许氧化流体和还原流体流入和流出的多个开口131以及用于导热流体的入口和出口132。每个双极板130还包括活性中心部133，该活性中心部与膜电极组件接触并在膜电极组件上发生氧化还原反应；以及外围部134，该外围部使得两个双极板130固定在一起。
5、活性部133包
6、在现有技术中，已知双极板由石墨或金属(例如，不锈钢、英科乃尔合金、铝或钛)制成，并覆盖有保护涂层，以便减小由电化学装置引起的腐蚀影响。然而，这种双极板存在许多缺点。石墨双极板很重，又由于厚度通常超过2mm，因此整体尺寸较大。金属双极板重量重，且由于其所在的电化学装置的环境是具有酸性和腐蚀性的，尽管使用了保护涂层，其使用寿命仍是有限的。
7、因此，双极板越来越多地由复合材料制成。为此目的，已知一种包括分散在树脂中的导电元素的双极板。导电元素包括炭黑、磨碎碳纤维、石墨、膨胀石墨、碳纳米管或石墨烯。树脂通常为热塑性或热固性聚合物。当形成这种双极板时，粘稠状态下的树脂中混合有极大量的导电元素(双极板的导电元素含量整体上通常高于85％，以确保较高的电导率)。双极板是通过将载有导电元素的树脂注入模具中或采用热压机压制成型的。
8、然而，大量添加导电元素会显著增加热固性或热塑性树脂的粘度，从而使混合物变得更粘稠。上述制造方法使得无法制造薄的双极板，双极板往往非常厚，通常超过2mm，这增加了电化学装置的整体尺寸和重量。这对于用以集成到如飞行器或任何其他移动设备中的电化学装置而言，这是不利的。此外，注塑成型或热压模制会残留树脂表层，这可能是由于如使用脱模产品等造成的，这会增加接触电阻，对于必须最大限度地降低接触电阻的电化学转换装置的设备来说是不利的。为了降低接触电阻，需要对双极板进行化学或机械的后处理，如磨损。
9、现有技术中已知一种由复合材料制成的双极板，该复合材料包括浸渍有热塑性或热固性聚合物树脂的增强纤维(例如，碳纤维)。该双极板的优点是厚度较薄(厚度小于1mm)，从而减小其整体尺寸和重量。
10、然而，在这种双极板中，热塑性树脂在表面会形成类似于绝缘层的残留层，这会影响电导率。因此需要将双极板表面的增强纤维暴露出来。通过如打磨或等离子辐射溶解等方式进行的处理可能会损伤增强纤维并影响双极板的机械特性，这是一个显著缺点。从专利wo2016182131a1中还已知，使用牺牲层可将双极板表面的增强纤维暴露出来而不会对其产生损伤。然后使用热压工艺来制造双极板，从而可制造出轻薄的双极板。然而，在专利wo2016182131a1中，该制造方法并不能简单快速地生产出使用碳纤维增强的双极板。
11、此外，使用增强纤维需要非常高的成型压力(通常超过15mpa)，以使纤维得到适当的浸渍，减少孔隙，并暴露表面纤维，以实现良好的电导率。显著的压力会使增强纤维的初始编织变形，并导致多孔腔的形成，从而改变双极板的气密性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于通过提出一种简单、快速且无需使用昂贵工业机械的双极板制造方法，以形成轻薄的双极板，从而至少部分减少前述缺点。
2、本专利技术涉及一种用于制造双极板的方法，所述双极板被配置为安装在电化学装置中，所述电化学装置被配置为实现电化学反应，所述方法包括：
3、-沿电池堆轴线z叠加第一离型膜、至少一个增强膜、至少一个热塑性树脂膜和一第二离型膜，以便形成电池堆的步骤；
4、-将所述电池堆放置在压缩系统中的步骤；
5、-在所述压缩系统中对所述电池堆进行加压的步骤，所述加压步骤在预定成型压力下进行并在预定成型温度下持续第二预定时间段，以使所述热塑性树脂膜中的热塑性树脂熔化并用所述热塑性树脂浸渍所述增强膜以形成双极板。
6、所述制造方法的显著之处在于，所述增强膜为包括多个增强纤维的非织碳增强膜，每个增强纤维沿定向轴线延伸，沿所述电池堆轴线z延伸的增强纤维的比介于10％-60％之间。
7、有利地，用于非织碳增强膜的成型压力比用于纺织增强膜的压力更低，这使得可以使用更便宜的工业机械，从而获得更简单更快速的制造方法。更低的成型压力使得可以限制增强纤维的初始编织的形变以及可能影响双极板的气密性的多孔腔的形成。
8、将所述增强纤维沿所述电池堆轴线进行定向能够增加材料沿所述轴线的电导率，以确保用于所述电化学装置的所述双极板的表面之间的最佳电传输。
9、沿所述电池堆轴线延伸的比介于10％-60％之间的增强纤维比使得所述双极板具有良好的电导率，同时确保所述双极板具有较高的机械阻力。沿所述电池堆轴线z延伸的增强纤维的高比率能够实现机械性能和电导率的双重功能。
10、优选地，所述增强纤维是通过缝合方式进行定向的。其中一些增强纤维中可借助于缝合来实现沿所述电池堆轴线z的机械定向，这提高了所述双极板的电导率，从而当所述双极板安装在电化学装置中时，邻近所述双极板的电池之间能够进行更好的电交换。
11、替代地，所述增强纤维的定向可通过不同的方法进行，例如通过水力缠结的方式。
12、在优选实施例中，沿所述电池堆轴线z延伸的增强纤维的比介于15％-45％之间，从而实现所述双极板中的最佳电导率。该比率还意味着将无定向增强纤维的比保持的足够高，以确保所述双极板的最佳机械强度。
13、优选地，由于所述非织碳增强膜包括开放孔隙，因此在所述加压步骤之前所述非织碳增本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双极板(B)的制造方法，所述双极板(B)被配置为安装在电化学装置中，所述电化学装置被配置为实现电化学反应，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，沿所述电池堆轴线Z延伸的增强纤维的比介于15％-45％之间。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述非织碳增强膜(2)为碳毡。
4.如权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述非织碳增强膜(2)包括开放孔隙，在所述加压步骤(E4)之前所述非织碳增强膜(2)的开放孔隙率大于60％。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述开放孔隙的直径介于1μm-300μm之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述成型温度(Tm)介于140℃-400℃之间。
7.如权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述预定成型压力(Pm)介于6MPa-12 MPa之间。
8.如权利要求1至7中任一项所述的制造方法，其特征在于，在所述加压步骤(E4)之后，还包括步骤(E5)：冷却所述成型
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，冷却速率介于40℃/min-90℃/min之间。
10.一种被配置为安装在电化学装置中的双极板(B)，其特征在于，所述双极板(B)是通过如权利要求1至9中任一项所述的制造方法制造的。
11.如权利要求10所述的双极板(B)，其特征在于，其厚度(Ep)小于或等于0.5mm。
12.如权利要求10或11所述的双极板(B)，其特征在于，其表面比电阻小于12mΩ.cm2。
13.如权利要求10至12中任一项所述的双极板(B)，其特征在于，其孔隙率小于1％。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种双极板(b)的制造方法，所述双极板(b)被配置为安装在电化学装置中，所述电化学装置被配置为实现电化学反应，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，沿所述电池堆轴线z延伸的增强纤维的比介于15％-45％之间。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述非织碳增强膜(2)为碳毡。
4.如权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述非织碳增强膜(2)包括开放孔隙，在所述加压步骤(e4)之前所述非织碳增强膜(2)的开放孔隙率大于60％。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述开放孔隙的直径介于1μm-300μm之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述成型温度(tm)介于140℃-400℃之间。
7.如权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗曼·迪·科斯坦佐，阿兰·方丹，薇薇安·努里，
申请(专利权)人：海坷公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。