專利名稱：一種燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，具體地說是質(zhì)子交換膜燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能通過電極上的電催化反應(yīng) 直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它不受卡諾循環(huán)的限制，可以高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, 簡(jiǎn)稱PEMFC)由于具有低溫啟動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，是最有用 希望應(yīng)用于未來電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。由于燃料電池在工作時(shí)，是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，存在著熱平衡和 水平衡問題；其中燃料電池運(yùn)行中的水管理是一個(gè)很難控制的問題。反應(yīng) 氣中水量稍少(相對(duì)濕度低)時(shí)，會(huì)使質(zhì)子交換膜變干，電阻增大，從而 使質(zhì)子的電遷移變得困難，燃料電池工作性能惡化。水量稍多，又容易在 導(dǎo)流槽內(nèi)形成積水，堵塞反應(yīng)氣體的通路，導(dǎo)致電池組中氣體分配不均， 影響電池性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致MEA發(fā)生水淹，電池失效。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法;本發(fā)明是通 過對(duì)燃料電池中流場(chǎng)表面進(jìn)行憎水化處理，使流場(chǎng)表面憎水，促進(jìn)電池運(yùn) 行中電池內(nèi)部水的排出，可以有效提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性和氣體的利用率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，在流場(chǎng)表面浸入一層高憎水性的溶 劑，并進(jìn)行高溫固化，使憎水物質(zhì)與流場(chǎng)牢固的結(jié)合在一起，最后將流場(chǎng) 表面凸臺(tái)表面的憎水物質(zhì)進(jìn)行打磨除去。所述高憎水性的溶劑為聚氟類乳液或憎水有機(jī)硅的乳液；所述聚氟類 乳液為聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液等；所述憎 水有機(jī)硅的乳液為聚二甲基硅氧垸或聚醚改性聚二甲基硅氧烷等。具體操作過程為，將流場(chǎng)一次或一次以上在的憎水性的溶劑中浸泡， 或在流場(chǎng)表面噴涂憎水性的溶劑；流場(chǎng)中浸入憎水性的溶劑的重量含量一 般控制在0.5~5%之間，最佳控制在0.5~2%;然后進(jìn)行高溫固化，固化溫度 一般控制在350 400°C ，固化時(shí)間根據(jù)流場(chǎng)處理數(shù)量控制在0.5-2小時(shí)；憎 水性的溶劑重量濃度1~10%，最佳為3~5%。由于使用的憎水材料為絕緣材料，經(jīng)過憎水處理的流場(chǎng)要進(jìn)行表面后
處理，降低流場(chǎng)的接觸電阻；因此憎水化處理后的流場(chǎng)要進(jìn)行表面凸臺(tái)打 磨處理，除去凸臺(tái)表面的絕緣物質(zhì)，避免流場(chǎng)接觸電阻增大。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 本發(fā)明提出了一種燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法。電池流場(chǎng)憎水化 處理后流場(chǎng)的接觸電阻沒有顯著增加，而流場(chǎng)的憎水性大大提高，使燃料 電池流場(chǎng)具有憎水功能。
2. 本發(fā)明可以促進(jìn)電池內(nèi)部生成液態(tài)水的排出，有助于提高電池運(yùn)行 的穩(wěn)定性和提高電池反應(yīng)氣體的利用率。該方法在流場(chǎng)電阻沒有大幅增加 的情況下有效地提高了流場(chǎng)得增水性能，促進(jìn)電池中液態(tài)水的排出，減少 了電池運(yùn)行中MEA水淹現(xiàn)象的發(fā)生，提高了電池運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以減輕 燃料電池運(yùn)行中的水管理壓力，同時(shí)提高了燃料電池反應(yīng)氣體的利用率。
3. 可操作性很強(qiáng)。本發(fā)明基本不改流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和加工工藝，只是將流 場(chǎng)表面進(jìn)入一層憎水性的物質(zhì)，提高流場(chǎng)的憎水性能，促進(jìn)電池生成水的 排出。


圖1為未進(jìn)行憎水處理的流場(chǎng)接觸角； 圖2為含0.5%PTFE憎水處理的流場(chǎng)接觸角； 圖3為含1%PTFE憎水化處理流場(chǎng)的接觸電阻； 圖4為含3%PTFE憎水處理的流場(chǎng)接觸角；
圖5為含0.5%PTFE憎水化處理流場(chǎng)與未憎水處理流場(chǎng)的接觸電阻比較。
圖6為含P/。PTFE憎水化處理流場(chǎng)與未憎水處理流場(chǎng)的接觸電阻比較。 圖7為含3%PTFE憎水化處理流場(chǎng)與未憎水處理流場(chǎng)的接觸電阻比較。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
按照本發(fā)明的方法，利用60%的PTFE乳液配置成2%的PTFE溶液， 將膨脹石墨流場(chǎng)板經(jīng)過一次和多次浸泡，使流場(chǎng)中四氟含量控制在0.5%。 然后對(duì)浸泡好的流場(chǎng)放入真空烘箱中在35(TC下烘烤固化2小時(shí)。最后將流 場(chǎng)表面凸臺(tái)部分進(jìn)行打磨處理，除去表面不導(dǎo)電物質(zhì)。測(cè)試憎水處理后流 場(chǎng)板的表面接觸角(圖1和圖2)和接觸電阻(風(fēng)5)。結(jié)果表明流場(chǎng)的電 阻增加不大，但流場(chǎng)的增水性能顯著提高。
實(shí)施例2
按照本發(fā)明的方法，利用60%的PTFE乳液配置成5%的PTFE溶液，
將膨脹石墨流場(chǎng)板經(jīng)過一次和多次浸泡，使流場(chǎng)中四氟含量控制在1%。然后對(duì)浸泡好的流場(chǎng)放入真空烘箱中在400'C下烘烤固化1小時(shí)。最后將流場(chǎng) 表面凸臺(tái)部分進(jìn)行打磨處理，除去表面不導(dǎo)電物質(zhì)。測(cè)試憎水處理后流場(chǎng) 板的表面接觸角(圖3)和接觸電阻(圖6)。結(jié)果表明流場(chǎng)的電阻增加不 大，但流場(chǎng)的增水性能顯著提高。實(shí)施例3按照本發(fā)明的方法，利用60%的PTFE乳液配置成5%的PTFE溶液， 將膨脹石墨流場(chǎng)板經(jīng)過一次和多次浸泡，使流場(chǎng)中四氟含量控制在3%。然 后對(duì)浸泡好的流場(chǎng)放入真空烘箱中在40(TC下烘烤固化1小時(shí)。最后將流場(chǎng) 表面凸臺(tái)部分進(jìn)行打磨處理，除去表面不導(dǎo)電物質(zhì)。測(cè)試憎水處理后流場(chǎng) 板的表面接觸角(圖4)和表面接觸電阻(圖7)。結(jié)果表明流場(chǎng)中含3% 的PTFE會(huì)導(dǎo)致流場(chǎng)板的電阻增大。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，其特征在于在流場(chǎng)表面浸入 一層憎水性的溶劑，并進(jìn)行高溫固化，使憎水物質(zhì)與流場(chǎng)牢固的結(jié)合在一 起，最后將流場(chǎng)表面凸臺(tái)表面的憎水物質(zhì)進(jìn)行打磨除去。
2. 按照權(quán)利要求1所述燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，其特征在于 所述憎水性的溶劑為聚氟類乳液或憎水有機(jī)硅的乳液。
3. 按照權(quán)利要求2所述燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，其特征在于 所述聚氟類乳液為聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液; 所述憎水有機(jī)硅的乳液為聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷。
4. 按照權(quán)利要求1所述燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，其特征在于 具體操作過程為，將流場(chǎng)一次或一次以上在的憎水性的溶劑中浸泡，或在流場(chǎng)表面噴涂憎水性的溶劑；流場(chǎng)中浸入憎水性的溶劑的重量含量一般 控制在0.5 5%之間，最佳控制在0.5~2%;然后進(jìn)行高溫固化，固化溫度一 般控制在350-400°C，固化時(shí)間根據(jù)流場(chǎng)處理數(shù)量控制在0.5 2小時(shí)；憎水 性的溶劑重量濃度1~10%。
5. 按照權(quán)利要求4所述燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，其特征在于 所述流場(chǎng)中浸入憎水性的溶劑的重量含量控制在0.5 2%;所采用憎水性的 溶劑重量濃度3~5%。
全文摘要
一種燃料電池流場(chǎng)憎水化處理方法，在流場(chǎng)表面浸入一層憎水性的溶劑，并進(jìn)行高溫固化，使憎水物質(zhì)與流場(chǎng)牢固的結(jié)合在一起，最后將流場(chǎng)表面凸臺(tái)表面的憎水物質(zhì)進(jìn)行打磨除去，降低接觸電阻的增加，使燃料電池流場(chǎng)具有憎水功能，促進(jìn)電池運(yùn)行中液態(tài)水的排出，防止電池運(yùn)行中MEA發(fā)生水淹現(xiàn)象；利用該方法處理的流場(chǎng)可以減輕燃料電池運(yùn)行中的水管理壓力和提高反應(yīng)氣體的利用率。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101145618SQ200610047759
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者明 侯, 孫立言, 明平文, 燕希強(qiáng), 程海波, 衣寶廉 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司