[发明专利]一种憎水化燃料电池膨胀石墨流场及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电池领域，具体地说是一种憎水化燃料电池膨胀石墨流场及其制备方法。 

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)由于具有低温启动，结构简单、操作方便等特点，是最有用希望应用于未来电动汽车的动力源。 

由于燃料电池在工作时，是一个复杂的化学反应过程，存在着热平衡和水平衡问题，其中燃料电池运行中的水管理是一个很难控制的问题。反应气中水量稍少(相对湿度低)时，会使质子交换膜变干，电阻增大，从而使质子的电迁移变得困难，燃料电池工作性能恶化。水量稍多，又容易在导流槽内形成积水，堵塞反应气体的通路，导致电池组中气体分配不均，影响电池性能，严重时会导致MEA发生水淹，电池失效。 

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种憎水化燃料电池膨胀石墨流场及其制备方法。通过对多孔的膨胀石墨材料进行填充憎水树脂，从而制备成憎水化燃料电池膨胀石墨流场，使流场表面憎水，促进电池运行中电池内部水的排出，可以有效提高电池运行的稳定性和气体的利用率。本发明采用的技术手段如下： 

一种憎水化燃料电池膨胀石墨流场，由多孔的膨胀石墨材料制成，其特征在于：所述膨胀石墨材料的孔内设有具有憎水性的填充物，所述填充物的上表面与所述膨胀石墨材料的表面在同一水平面上。 

作为优选，所述填充物包括至少一层填充层。 

作为优选，所述填充层材料为聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂或聚全氟丙烯树脂中的一种。 

本发明还提供一种憎水化燃料电池膨胀石墨流场的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 

①在真空度为10^-2Pa的真空条件下，将所述膨胀石墨材料浸入聚四氟乙烯悬浊液中5-20min； 

②在150℃～400℃下，将经过步骤①处理后的所述膨胀石墨材料经过表面处理后固化2～4h，使浸入的聚四氟乙烯与所述膨胀石墨材料固定，形成一层填充层I。 

作为优选，还包括如下步骤： 

③在真空度为10^-2Pa的真空条件下，将经过步骤②处理后的所述膨胀石墨材料浸入聚偏氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液中5-20min； 

④在150℃～400℃下，将经过步骤③处理后的所述膨胀石墨材料经过表面处理后固化2～4h，使浸入的聚偏氟乙烯或聚全氟丙烯与所述膨胀石墨材料固定，形成一层填充层II。 

作为优选，所述聚四氟乙烯悬浊液、聚偏氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液的浓度为0.5％-10％。 

作为优选，所述聚四氟乙烯悬浊液、聚偏氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液的浓度为1％-5％。 

作为优选，处理后的所述膨胀石墨材料中含有的聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂或聚全氟丙烯树脂的质量分数为1％-15％。 

作为优选，处理后的所述膨胀石墨材料中含有的聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂或聚全氟丙烯树脂的质量分数为2％-8％。 

本发明具有以下优点： 

1、可以在流场材料的接触电阻没有显著增加的条件下，使流场的憎水性大大提高，使燃料电池流场具有较好的憎水功能。 

2、可以促进电池内部生成液态水的排出，减少了电池运行中MEA水淹现象的发生，提高了电池运行的稳定性。 

3、可以减轻燃料电池运行中的水管理压力，同时提高了燃料电池反应气体的利用率。 

基于上述理由该本发明可在电化学电池等领域广泛推广。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

图1是本发明的膨胀石墨材料中填充物为一层填充层的剖视图。 

图2是本发明的膨胀石墨材料中填充物为两层填充层的剖视图。 

图3是本发明的膨胀石墨材料中填充物为一层的流场接触角示意图。 

图4是本发明的膨胀石墨材料中填充物为两层的流场接触角示意图。 

图5是本发明的主视图。 

图6是本发明的膨胀石墨材料中填充物为两层的流场和未进行填充的流场接触电阻对比图。 

图7是本发明的膨胀石墨材料中填充物为两层的流场电堆和未进行填充的流场电堆停车吹扫过程中电堆内阻变化图。 

具体实施方式