【技術實現步驟摘要】
本申請涉及燃料電池雙極板精密制造，特別涉及一種金屬石墨復合雙極板及其制備方法。
技術介紹
1、隨著氫能技術的發展，燃料電池作為一種清潔能源技術，得到了廣泛的關注和應用。在燃料電池系統中，雙極板作為核心部件之一，承擔著導電、導熱和氣體分配等多重功能。雙極板的材料性能直接影響到燃料電池的效率、壽命以及成本。雙極板材料需要耐腐蝕、導電、良好的機械強度和價格低廉，易于批量加工等。
2、目前，常用的雙極板材料主要包括石墨、金屬和復合材料，石墨雙極板因其優異的導電性能、良好的耐腐蝕性和較高的機械強度，廣泛應用于中低溫燃料電池中。公開號為cn109755603?a的中國專利技術公開了一種超薄金屬薄板夾心柔性石墨雙極板及其制備方法，通過在極板柔性石墨板原材料中加入金屬薄板，采用模壓方式制備出超薄柔性石墨氫氧極板，在保證原有柔性石墨極板性能情況下，提高雙極板的強度，降低雙極板的厚度。然而，這種方法仍然存在制造過程復雜、整體剛性不足等石墨雙極板固有的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決上述技術的不足，提供一種金屬石墨復合雙極板及其制備方法，簡化制造過程，提高金屬石墨復合雙極板的強度。
2、為此，本專利技術提供一種金屬石墨復合雙極板，雙極板設有石墨層、中間層和基層；雙極板從上到下依次冶金連接設有石墨層、中間層、基層；其中，石墨層為柔性石墨紙；中間層為銅鎳復層箔，銅鎳復層箔自上而下依次為銅板、鎳板；基層為鈦薄板。
3、制備如上所述的一種金屬石墨復合雙極板
4、步驟s1.將柔性石墨紙進行預處理，備用；
5、步驟s2.將銅板、鎳板、鈦薄板表面清潔處理，備用；
6、步驟s3.將步驟s1完成預處理的柔性石墨紙、以及步驟s2完成表面清潔處理的銅板、鎳板、鈦薄板從上到下疊放模壓成型，保持合模并加熱到800～850℃，合模壓力為5～10mpa，保壓一段時間后，得到金屬石墨復合雙極板。
7、優選的，步驟s3中，所用成形裝置設有上模機構、下模機構，上模機構設有上模底板和上模板，上模板的下表面的下方設有微型凸起；下模機構設有下模底板和下模板，下底板的上表面設有微型凹槽，上模板與下模板上下相對設置，合模后微型凸起與微型凹槽相匹配形成微流道。
8、成形裝置還設有階梯式凸模機構，階梯式凸模機構設有墊板和多個凸模組件；每個凸模組件設有分塊沖頭、壓桿、第一彈簧、第二彈簧，分塊沖頭的下部設有微型凸起，分塊沖頭上部開設有開口向上的第一盲孔，第一盲孔的開口處設有向內延伸的孔沿，第一盲孔內安裝設有第一彈簧。
9、上模板從左到右依次間隔開設有多個縱向通孔，每個縱向通孔對應安裝設有一個凸模組件；分塊沖頭設置在縱向通孔內，且二者滑動連接；墊板蓋在縱向通孔上，壓桿的頂端設有第一擋部，壓桿的桿身向下先后穿過第二彈簧、墊板后進入縱向通孔，壓桿的底端設有第二擋部，第二擋部與第一彈簧相連接，在第一彈簧彈力的作用下，第二擋部活動卡合在孔沿內。
10、露出墊板的多個壓桿的桿身的長度從左向右呈階梯式下降分布。
11、本專利技術提供一種金屬石墨復合雙極板及其制備方法，其有益效果如下：
12、(1)采用銅鎳復層箔作為中間層連接柔性石墨紙和基板，通過高溫加壓處理，使得柔性石墨紙和銅板以及鎳板和鈦薄板之間形成碳化物和金屬化合物等冶金連接，顯著增強了石墨紙與金屬基板的連接強度。
13、(2)采用銅鎳復層箔作為中間層，銅層的電極電位高于碳電極，這會阻礙電偶腐蝕的發生。
14、(3)當雙極板為陰極板處于富氧環境中時，銅容易發生氧化腐蝕，此時鎳板形成保護層能夠有效阻止腐蝕的深入擴展，充分保護基板表面。
15、(5)柔性石墨紙在成形之前無需與中間層進行黏結，降低了柔性石墨紙在成形過程中破裂風險，金屬石墨復合雙極板的制備在一套模具和一個工序中就可以完成，減少了制備工序，提高了生產效率。
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1.一種金屬石墨復合雙極板，所述雙極板設有石墨層、中間層和基層；其特征在于，所述雙極板從上到下依次冶金連接設有所述石墨層、所述中間層、所述基層；其中，所述石墨層為柔性石墨紙(25)；所述中間層為銅鎳復層箔(26)，所述銅鎳復層箔(26)自上而下依次為銅板(261)、鎳板(262)；所述基層為鈦薄板(27)。
2.根據權利要求1所述的一種金屬石墨復合雙極板，其特征在于，所述柔性石墨紙(25)的厚度為0.02～0.05mm，所述銅鎳復層箔(26)的厚度為0.05～0.15mm，所述鈦薄板(27)的厚度為0.08～0.1mm。
3.制備如權利要求1或2所述的一種金屬石墨復合雙極板的方法，其特征在于，包括步驟如下：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述柔性石墨紙(25)的預處理方法包括：將所述柔性石墨紙(25)真空浸入處理液中，充分浸泡后，烘干固化；所述處理液為酚醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸酯中的任意一種用水稀釋到粘度為300mPa.s～600mPa.s。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，將所述柔性石墨紙(2
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，將所述銅板(261)、鎳板(262)的表面清潔處理的方法包括：分別將所述銅板(261)、鎳板(262)加入0.5～0.6mol/L稀鹽酸溶液中充分浸泡，并施加超聲振動，同時施加超聲振動。
7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，將所述鈦薄板(27)的表面清潔處理的方法包括：對所述鈦薄板(27)的表面進行打磨處理，然后置入6.0～6.5mol/L稀硝酸溶液中充分浸泡，同時施加超聲振動。
8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中，所用成形裝置設有上模機構、下模機構，所述上模機構設有上模底板(1)和上模板(2)，所述上模板(2)的下表面的下方設有微型凸起(3)；所述下模機構設有下模底板(4)和下模板(5)，所述下底板的上表面設有微型凹槽(6)，所述上模板(2)與所述下模板(5)上下相對設置，合模后所述微型凸起(3)與所述微型凹槽(6)相匹配形成微流道；
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一彈簧(11)為傳力彈簧，所述第二彈簧(12)為壓縮彈簧。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述成形裝置還設有限位支撐裝置(19)，所述支撐裝置設有限位支撐桿(20)，所述上模板(2)的下表面開設有開口向下的第二盲孔(21)，所述第二盲孔(21)內安裝設有第三彈簧(22)，所述限位支撐桿(20)的底端安裝在所述下模板(5)上，所述限位支撐桿(20)的頂端與所述第三彈簧(22)相連接。
...【技術特征摘要】
1.一種金屬石墨復合雙極板，所述雙極板設有石墨層、中間層和基層；其特征在于，所述雙極板從上到下依次冶金連接設有所述石墨層、所述中間層、所述基層；其中，所述石墨層為柔性石墨紙(25)；所述中間層為銅鎳復層箔(26)，所述銅鎳復層箔(26)自上而下依次為銅板(261)、鎳板(262)；所述基層為鈦薄板(27)。
2.根據權利要求1所述的一種金屬石墨復合雙極板，其特征在于，所述柔性石墨紙(25)的厚度為0.02～0.05mm，所述銅鎳復層箔(26)的厚度為0.05～0.15mm，所述鈦薄板(27)的厚度為0.08～0.1mm。
3.制備如權利要求1或2所述的一種金屬石墨復合雙極板的方法，其特征在于，包括步驟如下：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述柔性石墨紙(25)的預處理方法包括：將所述柔性石墨紙(25)真空浸入處理液中，充分浸泡后，烘干固化；所述處理液為酚醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸酯中的任意一種用水稀釋到粘度為300mpa.s～600mpa.s。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，將所述柔性石墨紙(25)浸入裝有所述處理液的真空罐中，在真空度133pa下充分浸泡；然后將浸泡過的所述柔性石墨紙(25)置于烘干爐內，在惰性氣體保護下，在所述處理液的固化溫度下完成固化。
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟s2中，將所述銅板(261)、鎳板(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王傳杰，王海洋，吳雨倫，陳剛，湯超越，孟憲明，張賽，張鵬，朱強，劉康，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學威海，
類型：發明
國別省市：
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