质子交换膜燃料电池用柔性石墨双极板

一、内容介绍

质子交换膜燃料电池(以下简称PEMFC)可以在等温条件下通过电化学方法将化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，能量转换率高(40% ~ 60%)，清洁无污染(产物主要是水)，被认为是21世纪高效清洁供电系统的首选。双极板作为PEMFC电堆中单体电池的连接部件，主要起到隔离电池间气体共谋、分配燃料和氧化剂、支撑膜电极以及串联单体电池形成电子电路的作用。

目前开发的双极板材料主要有金属和碳材料。表面改性金属双极板的优点是可以做成薄板(如0.1 ~ 0.5 mm)，可以采用冲压、剪切等机械生产方法加工气孔和流场，有利于降低双极板的成本，但金属板的腐蚀问题一直没有得到很好的解决。目前实际使用的是人造石墨制成的双极板。由这种材料制成的双极板具有良好的导电性和耐腐蚀性。但由于双极板气密性的要求，制造过程需要经过树脂浸渍、碳化、石墨化以及后续流场处理等多道生产工序，因此制造工艺复杂，成本高，成为制约燃料电池应用的重要因素。

在实验室中，天然鳞片石墨经过化学或电化学处理形成可膨胀石墨，将可膨胀石墨膨胀得到蠕虫状物质，将膨胀石墨蠕虫成型为具有一定密度和良好表面光洁度的板状材料——柔性石墨板的制作过程如图1所示。由于膨胀工艺基本去除了鳞片石墨中所有非天然的化学成分，成型或轧制只是膨胀石墨的机械结合，最终的柔性石墨板基本为纯石墨，具有天然石墨热稳定性强、导电导热性能好、耐腐蚀、气密性好的优点。同时，柔性石墨双极板表面的流场可以一次成型直接制造，因此其成本大大降低。

图1柔性石墨板生产流程图

柔性石墨双极板的强度可以达到30MPa经过实验室验证。氦渗透率为(0.4 ~ 0.9) × 10-6 μ m2，电导率达到1.1×105S/m，热导率达到129 w/(m·k)，均优于目前使用的人造石墨双极板。

二、推广应用

实际测试表明，柔性石墨双极板和人造石墨双极板组装的电池性能基本相同，而前者的成本仅为人造石墨双极板的1/20 ~ 1/10。

三。识别、奖励和专利

2004年6月5日至2月，科技部组织专家验收。