一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，包括以下步驟：(a)將軟石墨陰極板和軟石墨陽極板分別纏繞在一對放卷輥(1)上；(b)將從放卷輥引出的陰極板和陽極板分別通過一對涂膠輥(2)，在陰極板和陽極板一側(cè)涂膠；(c)將涂膠后的陰極板和陽極板通過引導(dǎo)輥(3)，引導(dǎo)至壓合輥(4)壓合在一起，然后在高溫烘箱(5)中高溫粘合，最后得到的雙極板收卷在收卷輥(6)上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型用流水線的機械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本，并且通過連續(xù)化的生產(chǎn)，得到的雙極板一致性好，質(zhì)量優(yōu)良，可用于大批量的雙極板生產(chǎn)。
【專利說明】
一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池通常由多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質(zhì)元件隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而在電極之間形成電位差，并且因此產(chǎn)生電能。
[0003]為了給每個電極供給反應(yīng)物，使用通常稱為“雙極板”并且設(shè)置在每個單個電池的兩側(cè)的特定界面元件。這些雙極板通常是鄰近陽極或陰極支撐體放置的單個元件的形式。雙極板是燃料電池組的重要元件。燃料電池堆在運行過程中，雙極板執(zhí)行如下功能以維持燃料電池堆的最佳工作狀態(tài)以及使用壽命:(I)電池導(dǎo)電體，極板兩側(cè)分別形成陰極陽極，將一個個電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2)通過流道向電極提供反應(yīng)氣(傳質(zhì))；(3)協(xié)調(diào)水與熱的管理，防止冷卻介質(zhì)及反應(yīng)氣體外漏；(4)向膜電極組件(MEA)提供結(jié)構(gòu)強度支持。
[0004]為完成上述功能，雙極板的材料需要具有高電導(dǎo)率、足夠的機械強度、良好的熱導(dǎo)、氣體透過率低、抗腐蝕且能在電池工作環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定相當(dāng)長的時間。此外，考慮到設(shè)計與易于加工制造的需要，雙極板的材料還應(yīng)該具備重量輕，體積小，成本低廉，甚至要求可回收利用等特征。
[0005]現(xiàn)有的雙極板一般為金屬雙極板或石墨雙極板，因為金屬雙極板存在成形精度、防腐等瓶頸問題，所以石墨雙極板在燃料電池中的運用比較普遍。石墨雙極板的制作過程:先將石墨板裁剪成需要的大小后，再模壓或蝕刻等方式在其表面形成流場，最后再將帶有流場的單極板黏貼在一起制成雙極板。整個過程都是手工操作，尤其是將兩個石墨單極板粘合在一起形成雙極板都是通過手工對齊，涂膠壓合的，效率低，勞動強度大，而且對于操作工的要求高，不同的操作者制成的雙極板可能性能完全不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種的燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，包括分別纏繞軟石墨陰極板和軟石墨陽極板的一對放卷輥、一對涂膠輥、引導(dǎo)輥、壓合輥、高溫烘箱和收卷輥，所述的一對放卷輥放卷出來的軟石墨陰極板和軟石墨陽極板一次穿過一對涂膠輥、引導(dǎo)輥、壓合輥、高溫烘箱和收卷輥。
[0008]使用時，方法包括以下步驟:
[0009](I)將軟石墨陰極板和軟石墨陽極板分別纏繞在一對放卷輥上；
[0010](2)將從放卷輥引出的陰極板和陽極板分別通過一對涂膠輥，在陰極板和陽極板一側(cè)涂月父;
[0011](3)將涂膠后的陰極板和陽極板通過引導(dǎo)輥引導(dǎo)至壓合輥，壓合在一起，然后在高溫烘箱中高溫粘合，最后得到的雙極板收卷在收卷輥上。
[0012]所述的陰極板和陽極板的材質(zhì)為軟石墨，由于材料采用軟石墨，所以使得陰極板和陽極板可以先進(jìn)行模壓流場，然后將陰極板和陽極板纏繞在卷輥上，實現(xiàn)了雙極板的流水線化連續(xù)生產(chǎn)。
[0013]所述的陰極板和陽極板為已模壓好流場的單極板，陰極板與陽極板的兩側(cè)均有流場，且陰極板一側(cè)的流場與陽極板一側(cè)的流場能夠相互匹配。
[0014]所述的涂膠輥上的膠體溫度需要控制在50°C以下，膠體厚度約為<0.10皿1。
[0015]所述的壓合輥前設(shè)有引導(dǎo)輥，陰極板和陽極板均引至同一對引導(dǎo)輥進(jìn)行對準(zhǔn)后貼合在一起，進(jìn)入壓合輥壓合。
[0016]所述的引導(dǎo)輥的引導(dǎo)速度的與放卷輥同步，引導(dǎo)輥后設(shè)有定位彈簧，所述的軟石墨陰極板和軟石墨陽極板上設(shè)有與定位彈簧相匹配的定位卡槽。
[0017]所述的引導(dǎo)輥由電機驅(qū)動，引導(dǎo)速度的控制系統(tǒng)與放卷輥的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)同步，受定位彈簧的反饋控制，自動調(diào)節(jié)引導(dǎo)和放卷速度，所述的陰極板與陽極板在模壓流場時，還同步完成了定位卡槽的加工，使得相臨的兩張極板臨界處都有該定位卡槽，當(dāng)陰極板帶、陽極板帶直線運動到指定位置時，定位彈簧自動彈出實現(xiàn)陰極板帶、陽極板帶的上下卡位對準(zhǔn)。
[0018]所述的高溫烘箱的溫度為100-500°C，烘制時間<lOmin。
[0019]所述的收卷輥的卷芯前面裝有一個可以改變位置的跟蹤輥，其作用是將雙極板卷壓靠在收卷卷芯上，實行接觸收卷或小間隙收卷，以將平整的雙極板卷迅速轉(zhuǎn)到卷芯上，實現(xiàn)平整收卷的目的。
[0020]成卷的軟石墨雙極板可進(jìn)行切割后制作燃料電池，也可進(jìn)行流水線生產(chǎn)成燃料電池單電池組后再進(jìn)行切割。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面:
[0022](I)本實用新型用流水線的機械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本。
[0023](2)本實用新型采用的陰陽極板的流場為固定的樣式，經(jīng)過引導(dǎo)輥的對準(zhǔn)，可大大地提高陰陽極板的匹配精度。
[0024](3)所有雙極板都由流水線操作完成，不會發(fā)生兩塊雙極板的性能相差很大的事故，保證生產(chǎn)的雙極板質(zhì)量的一致性。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線示意圖；
[0026]圖2為本實用新型軟石墨陰、陽兩極板的定位、校準(zhǔn)示意圖；
[0027]其中，I為放卷棍，2為涂膠棍，3為引導(dǎo)棍，4為壓合棍，5為高溫烘箱，6為收卷棍，7為定位卡槽，8為定位彈簧。
【具體實施方式】
[0028]下面對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0029]實施例1
[0030]如圖1所述，一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，包括分別纏繞軟石墨陰極板和軟石墨陽極板的一對放卷輥1、一對涂膠輥2、引導(dǎo)輥3、壓合輥4、高溫烘箱5和收卷輥6，所述的一對放卷輥I放卷出來的軟石墨陰極板和軟石墨陽極板一次穿過一對涂膠輥2、引導(dǎo)輥3、壓合輥4、高溫烘箱5和收卷輥6。
[0031]將軟石墨材料進(jìn)行模壓流場，形成相互匹配的陰電極和陽電極，并將得到的陰電極和陽電極分別纏繞在放卷輥I上。其中，纏繞陰電極板的放卷輥I順時針轉(zhuǎn)動，將陰極軟石墨板往前送至涂膠輥2;同時，纏繞陽電極板的放卷輥I逆時針轉(zhuǎn)動，將陽極軟石墨板往前送至涂膠輥2。放卷輥I的放卷驅(qū)動系統(tǒng)與引導(dǎo)輥3的引導(dǎo)速度控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)同步，且受定位彈簧8的反饋控制，能自動調(diào)節(jié)引導(dǎo)和放卷速度。
[0032]陰極軟石墨板經(jīng)過涂膠輥2后，下側(cè)面被涂上涂膠，陽極軟石墨板經(jīng)過涂膠輥2后，上側(cè)面被涂上膠體，膠體溫度需要控制在50°C以下，膠體厚度< 0.1mm。
[0033]陰極軟石墨板和陽極軟石墨板經(jīng)過涂膠輥2后，到達(dá)引導(dǎo)輥3，經(jīng)過引導(dǎo)輥3的引導(dǎo)，使陰極軟石墨板下側(cè)面的流場與陽極軟石墨板上側(cè)面的流場相互匹配，并形成初步的接觸粘合。該引導(dǎo)輥由電機驅(qū)動，引導(dǎo)速度的控制系統(tǒng)與放卷輥的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)同步，受定位彈簧的反饋控制，能自動調(diào)節(jié)引導(dǎo)和放卷速度。
[0034]如圖2所示，所述的引導(dǎo)輥3由電機驅(qū)動，引導(dǎo)速度的控制系統(tǒng)與放卷輥I的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)同步，受定位彈簧8的反饋控制，能自動調(diào)節(jié)引導(dǎo)和放卷速度。前提是陰極板與陽極板在模壓流場時，還同步完成了定位卡槽7的加工，使得相臨的兩張極板臨界處都有該定位卡槽。當(dāng)陰極板帶、陽極板帶直線運動到指定位置時，定位彈簧8自動彈出實現(xiàn)陰極板、陽極板的上下卡位對準(zhǔn)。
[0035]將初步粘合的陰極軟石墨板和陽極軟石墨板繼續(xù)往前送，到達(dá)壓合輥4。壓合輥為兩個圓形滾輪，滾輪之間有間隙，間隙的直徑略大于陰極軟石墨板和陽極軟石墨板的厚度之和，該壓合輥的壓力< 3.0MPa，壓制時間< lOmin。
[0036]經(jīng)壓合輥4壓制過的雙極板，繼續(xù)前進(jìn)到達(dá)高溫烘箱5，該高溫烘箱的溫度為100-500°C，烘制時間< lOmin。在高溫烘箱內(nèi)粘膠干燥固化，使雙極板最終成型。成型后的雙極板最終到達(dá)收卷輥6，纏繞在收卷輥之上，得到最終的產(chǎn)品。收卷輥的卷芯前面裝有一個可以改變位置的跟蹤輥，其作用是將雙極板卷壓靠在收卷卷芯上，實行接觸收卷或小間隙收卷，以將平整的雙極板卷迅速轉(zhuǎn)到卷芯上，實現(xiàn)平整收卷的目的。
【主權(quán)項】
1.一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，包括分別纏繞軟石墨陰極板和軟石墨陽極板的一對放卷輥(I)、一對涂膠輥(2)、引導(dǎo)輥(3)、壓合輥(4)、高溫烘箱(5)和收卷輥(6)，所述的一對放卷輥(I)放卷出來的軟石墨陰極板和軟石墨陽極板一次穿過一對涂膠輥(2)、引導(dǎo)輥(3)、壓合輥(4)、高溫烘箱(5)和收卷輥(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的陰極板和陽極板的材質(zhì)為軟石墨。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的陰極板和陽極板為已模壓好流場的單極板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的涂膠輥(2)上的膠體溫度< 50°C，膠體厚度< 0.10mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的壓合輥(4)前設(shè)有引導(dǎo)輥(3)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的引導(dǎo)輥(3)的引導(dǎo)速度的與放卷輥同步，引導(dǎo)輥(3)后設(shè)有定位彈簧(8)，所述的軟石墨陰極板和軟石墨陽極板上設(shè)有與定位彈簧(8)相匹配的定位卡槽(7)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的高溫烘箱(5)的溫度為100-500°C，烘制時間< lOmin。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用軟石墨雙極板的連續(xù)生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述的收卷輥(6)的卷芯前面裝有一個可以改變位置的跟蹤輥。
【文檔編號】H01M8/0258GK205429071SQ201521021152
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月10日
【發(fā)明人】張禾, 李麗, 沈愛明, 王立明
【申請人】上海神力科技有限公司