阅读说明：本技术 一种燃料电池双极板制造装置及方法 (Device and method for manufacturing bipolar plate of fuel cell ) 是由 方芳 段伦成 梁晨 李从心 陈雨时 原诚寅 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃料电池双极板制造装置及方法,其中双极板制造装置包括：传送带和沿传送带的传送方向依次设置的浆料涂布装置、第一加热装置、压延成型辊筒、第二加热装置；传送带的两端分别连接于进料辊和收料辊,用于承载浆料；浆料涂布装置用于将双极板制备浆料涂布于传送带上；第一加热装置用于加热浆料；压延成型辊筒用于在将浆料压延成型的同时在浆料表面形成流道；第二加热装置用于烘干和固化压延成型后的浆料。本发明将燃料电池双极板制作过程中的制板工艺与流道加工工艺两个工艺步骤合并在一个工艺步骤中完成,由传送带带动制作双极板的浆料进入不同的工艺区,执行相应的工艺步骤,实现双极板的一体化生产,提高生产效率。(The invention discloses a device and a method for manufacturing a bipolar plate of a fuel cell, wherein the device for manufacturing the bipolar plate comprises: the device comprises a conveyor belt, and a slurry coating device, a first heating device, a calendaring roller and a second heating device which are sequentially arranged along the conveying direction of the conveyor belt; two ends of the conveyor belt are respectively connected with the feeding roller and the receiving roller and are used for bearing slurry; the slurry coating device is used for coating the bipolar plate preparation slurry on the conveyor belt; the first heating device is used for heating the slurry; the calendaring roller is used for calendaring the slurry and forming a flow channel on the surface of the slurry at the same time; the second heating device is used for drying and curing the slurry after the calendaring molding. The invention combines two process steps of a plate making process and a flow channel processing process in the manufacturing process of the fuel cell bipolar plate into one process step to be completed, slurry for manufacturing the bipolar plate is driven by the conveyor belt to enter different process areas, corresponding process steps are executed, the integrated production of the bipolar plate is realized, and the production efficiency is improved.)

一种燃料电池双极板制造装置及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池双极板制造装置及方法。

背景技术

燃料电池是一种具有洁净、无污染、噪声低、能量转化效率高等特点的能源装置。燃料电池的基本组成部分包括电极、MEA组件和双极板。双极板外形一般为平板型，单面或双面开有深1mm、宽1mm左右的流道(沟槽)，为供氢气和氧气流动的通道。双极板具有收集电流、疏导反应气体和分隔还原剂和氧化剂的作用，其性能取决于材料特性、流道的设计和加工技术。

现有双极板分石墨板、金属板和石墨基复合板，其中石墨板采用雕刻加浸渍的工艺，金属板采用冲压成型再多次防腐处理的工艺，石墨基复合板采用膨胀石墨与高分子模压成平板再通过二次机加工的方法制作双极板流道，已有的三种方法从工艺上都是分步工艺处理方式，即上一个步骤到下一个步骤不具备连续性，从而造成工艺生产效率低，产品成本高。另外，现有石墨型双极板(包括膨胀石墨基复合板)抗腐蚀能力强，然而物理性能差，机械强度低，因此以石墨型双极板制作的电堆最大的问题是体积大，能量密度低；而金属型双极板机械强度好，易加工，然而表面易腐蚀，防腐蚀处理工艺复杂，成本高。

因此，有必要提出一种双极板的制造装置，能够实现双极板的一体化生产，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是提出一种燃料电池双极板制造装置及方法，能够实现双极板的一体化生产，提高生产效率，并能兼顾双极板的高能量密度和耐腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明提出了一种燃料电池双极板制造装置，包括：

传送带和沿所述传送带的传送方向依次设置的浆料涂布装置、第一加热装置、压延成型辊筒、第二加热装置；所述传送带的两端分别连接于进料辊和收料辊，用于承载所述浆料；所述浆料涂布装置用于将双极板制备浆料涂布于所述传送带上；所述第一加热装置用于加热所述浆料；所述压延成型辊筒用于在将所述浆料压延成型的同时在所述浆料表面形成流道；所述第二加热装置用于烘干和固化压延成型后的浆料。

作为可选方案，所述压延成型辊筒包括表面设有凸起纹路的加工辊，或外周套设有模具的辊筒，所述模具表面设有凸起纹路。

作为可选方案，还包括进料端收紧辊和收料端收紧辊，所述进料端收紧辊和收料端收紧辊分别连接于所述进料辊和收料辊，用于提供使所述传送带保持水平张紧的张力。

作为可选方案，还包括限高挡板，所述限高挡板设置于所述浆料涂布装置和所述第一加热装置之间，所述限高挡板底部与所述传送带顶面之间设有间隙。

作为可选方案，还包括异向旋转辊筒，所述异向旋转辊筒位于所述传送带的下方，与所述压延成型辊筒相对设置，且与所述压延成型辊筒转动方向相反。

根据本发明的另一方面，提出了一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：

将双极板制备浆料按照预定厚度涂布于传送带上；

对所述浆料按照第一时间和第一温度进行加热，以使所述浆料达到设定硬度；

对所述浆料进行压延成型处理，同时在所述浆料表面形成流道；

对所述浆料按照第二时间和第二温度进行烘干固化处理，剪裁后得到所述双极板。

作为可选方案，所述浆料包括石墨粉、增强剂和相容剂。

作为可选方案，所述浆料的粘度为1～100Pa·S。

作为可选方案，还包括，对所述浆料按照第一时间和第一温度进行加热之前，对所述浆料进行限高处理，使所述浆料表面平整，厚度一致。

作为可选方案，其中，对所述浆料进行限高处理，使所述浆料的厚度为0.5-5mm。

作为可选方案，所述设定硬度为邵氏硬度20～100A。

本发明的有益效果在于：

本发明的装置通过滚轮带动传送带，将制作双极板的浆料输运至不同的加工区，同时压延成型辊筒表面设有流道纹路，在制板的同时，形成流道，实现双极板的一体化生产。利用本发明的装置制作燃料电池双极板时，通过将制板工艺与流道形成工艺形结合，减少工艺步骤，提高生产效率。另外，双极板的浆料采用石墨粉与高分子树脂和有机小分子溶剂相结合，能兼顾双极板的高能量密度和耐腐蚀性能。

本发明的装置和方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的

具体实施方式

中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一实施例的一种燃料电池双极板制造装置示意图。

图2示出了根据本发明一实施例的一种燃料电池双极板制造方法流程图。

附图标记说明：

1-进料棍；2-进料端收紧辊；3-浆料涂布装置；4-浆料入口导管；5-第一加热装置；6-压延成型辊筒；7-第二加热装置；8-收料端收紧辊；9-收料辊；10-下履带；11-传送带；12-浆料挤出口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明一实施例的一种燃料电池双极板制造装置，包括：传送带和沿传送带的传送方向依次设置的浆料涂布装置、第一加热装置、压延成型辊筒、第二加热装置；传送带的两端分别连接于进料辊和收料辊，用于承载浆料；浆料涂布装置用于将双极板制备浆料涂布于传送带上；第一加热装置用于加热浆料；压延成型辊筒用于在将浆料压延成型的同时在浆料表面形成流道；第二加热装置用于烘干和固化压延成型后的浆料。

具体地，本装置中传送带贯通整个工艺流程，传送带通过前后两端的进料辊和收料辊的转动，将制造双极板的浆料输送到相关的工艺区，传送带由不与浆料粘合的材料制成，或者传送带上可以设置用于承载浆料的基板，基板与浆料没有粘合性，在工艺的后期可以顺利将制造好的双极板从基板上分离。

第一工艺区为浆料涂布区，设置有浆料涂布装置，浆料预先调配好后，通过浆料涂布装置将浆料涂布在传送带上，浆料涂布装置包括浆料入口导管和浆料挤出口，浆料挤出口的大小可以调节，以控制浆料的流出量，另外挤出口可以为一个点状或者长条状，或者由不连续的点状组成的长条形，长度接近双极板的宽度，以利于流出的浆料快速平涂成板状。

第二工艺区为加热区，设置有加热装置，通过控制加热温度和加热时间以及环境湿度来控制浆料的硬度和粘度，使浆料硬度和粘度处于合适的区间，为下一步加工流道做准备。

第二工艺区为双极板成型和流道加工区，设置有压延成型辊筒，压延成型辊为圆柱形，表面设有加工流道的凸起，压延成型辊在浆料的表面滚动，将双极板压延成型，同时在双极板的表面直接形成流道，压延成型过程可以反复操作，比如压延成型辊筒可以为多个，多个成型辊筒之间设有对准装置，成型辊筒之间设有对准装置，以保障不同压延成型辊筒形成的流道图案一致(不同压延成型辊筒在浆料表面的运动轨迹一致)，或者使传送带反复运动，并使压延成型辊筒每次作用于双极板浆料的初始位置一致，以保障形成的流道图案一致。

第三工艺区为加热烘干区，设置有第二加热装置，用于对双极板板体和流道烘干固化，双极板固化后，剪裁成适合的尺寸。

在一个实例中，压延成型辊筒包括表面设有凸起纹路的加工辊，或外周套设有模具的辊筒，模具表面设有凸起纹路。

具体地，形成流道纹路的凸起可以直接形成在加工辊的表面也可在加工辊的外周套设带有凸起的模具，并将模具固定在加工辊上，第一种形式适合于加工单一种类的双极板，第二种形式适合于加工多种类双极板，通过更换模具即可。

在一个实例中，还包括进料端收紧辊和收料端收紧辊，进料端收紧辊和收料端收紧辊分别连接于进料辊和收料辊，用于提供使传送带保持水平张紧的张力。

具体地，传送带的表面应处于水平张紧状态，以使浆料的底面平整，厚度一致，在进料端和收料端分别设置具有张力收紧功能的进料端收紧辊和收料端收紧辊，提供使传送带保持张紧的张力，进料端收紧辊的转动方向和进料辊的转动方向相反，收料端收紧辊的转动方向和收料辊的转动方向相反。

在一个实例中，还包括限高挡板，限高挡板设置于浆料涂布装置和第一加热装置之间，限高挡板底部与传送带顶面之间设有间隙。

具体地，浆料涂布在传送带上之后，通过本身的流动性形成平板状，但表面并不平整，不同的区域也会存在高度不完全一致的情况，比如远离浆料挤出口的区域相对于靠近浆料挤出口的区域，浆料高度要低一些，另外浆料的高度是否达到标准，也需要有相应的测量手段，在一个实例中，在第一加热装置之前增设限高挡板，限高挡板底部和传送带之间设有间隙，间隙高度为预设的浆料高度，限高挡板的底面在传送带传送方向山可以设置一定的宽度，更好的实现表面平整的效果，限高挡板两端设置防泄漏挡板，避免浆料从两端流出。

在一个实例中，还包括异向旋转辊筒，异向旋转辊筒位于传送带的下方，与压延成型辊筒相对设置，且与压延成型辊筒转动方向相反。

具体地，在双极板压延成型区域，压延成型辊筒对双极板浆料施加向下的压力，在与压延成型辊筒相对的传送带下方设置异向旋转辊筒，异向旋转辊筒的转动方向与压延成型辊筒转动方向相反，两个辊筒共同挤压浆料，完成双极板板体和流道的成型。在另一个实例中，还可以在压延成型辊筒的下方可以设置反向运动的下履带或其他支撑装置，以给压延成型辊筒提供向上的支撑力。

另一方面，提出了一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：

将双极板制备浆料按照预定厚度涂布于传送带上；

对浆料按照第一时间和第一温度进行加热，以使浆料达到设定硬度；

对浆料进行压延成型处理，同时在浆料表面形成流道；

对浆料按照第二时间和第二温度进行烘干固化处理，剪裁后得到双极板。

具体地，首先将双极板浆料通过浆料涂布装置的浆料挤出口挤出，涂布在传送带上，让浆料在自然的流动下铺平，或者在在外力的作用下铺平，在一个实例中，浆料的原料包括石墨粉、增强剂及少量相容剂，其中增强剂为具有导电性的高分子树脂，可以提高浆料的致密性和强度，相容剂为有机小分子溶剂，可以将石墨粉和增强剂更好的粘合。石墨粉与高分子树脂的结合使得产品物理性能与化学性能都有提高，从而使双极板能量密度高且耐腐蚀性能好。浆料的粘度为1～100Pa·S，优选实施例中浆料粘度为15～30Pa·S，浆料的厚度通过控制浆料挤出口的浆料流出量来控制，涂布浆料时传送带缓慢由进料辊方向向收料辊方向运动，传送带的运动由进料辊和收料辊的转动带动。在一个实例中预定厚度为3-5mm，浆料涂布完成后，传送带带动浆料进入加热区，通过控制第一加热装置的加热时间和加热温度以及环境湿度，使浆料达到一定的硬度，在一个实例中硬度为邵氏硬度20～100A。在一个实例中，浆料进入加热区之前，还包括对浆料表面做平整限高处理，以使不同区域的浆料厚度一致，表面平整。

随着传送带的传送，将浆料传送至双极板流道加工区，此区域设置有压延成型辊筒，压延成型辊筒为圆柱形，表面设有加工流道的凸起，压延成型辊在浆料的表面滚动，将双极板压延成型，同时直接在双极板的表面形成流道，压延成型过程可以反复操作，比如压延成型辊筒的数量可以为多个，成型辊筒之间设有对准装置，以保障不同压延成型辊筒形成的流道图案一致(不同压延成型辊筒在浆料表面的运动轨迹一致)，或者使传送带反复运动，并使压延成型辊筒每次作用于双极板浆料的初始位置一致，以保障形成的流道图案一致。

双极板流道形成后，浆料随传送带进入烘干固化区，通过控制第二加热装置的加热温度和时间，使双极板固化成型，在浆料进入烘干固化区之前还包括对双极板进行剪裁，将剪裁后的双极板浆料送入烘干固化区。

实施例1：

图1示出了根据本发明一实施例的一种燃料电池双极板制造装置示意图，请参考图1，双极板制造装置包括：传送带11和沿传送带11传送方向依次设置的浆料涂布装置3、第一加热装置5、压延成型辊筒6、第二加热装置7。传送带11的两端分别连接于进料辊1和收料辊9，进料辊1和收料辊9分别连接进料端收紧辊2和收料端收紧辊8。浆料涂布装置3用于将双极板制备浆料涂布于传送带11上，浆料涂布装置3包括浆料入口导管4和浆料挤出口12，浆料挤出口12的大小可以调节，以控制浆料的流出量。第一加热装置5用于加热浆料，压延成型辊筒6用于在将浆料压延成型的同时在浆料表面形成流道，第二加热装置7用于烘干和固化压延成型后的浆料。

实施例2：

图1示出了根据本发明一实施例的一种燃料电池双极板制造装置示意图，图2示出了根据本发明一实施例的一种燃料电池双极板制造方法流程图，请参考图1和图2，双极板制造方法包括：首先将双极板浆料通过浆料涂布装置3的浆料挤出口12挤出，涂布在传送带11上，让浆料在自然的流动下铺平，浆料的原料包括石墨粉、高分子树脂及少量有机小分子溶剂，浆料粘度为15～30Pa·S。浆料的厚度通过控制浆料挤出口12的浆料流出量来控制，本实例预定厚度为3-5mm。涂布浆料时传送带11缓慢由进料辊1方向向收料辊9方向运动，传送带11的运动由进料辊1和收料辊9的转动带动。浆料涂布完成后，传送带11带动浆料进入加热区，通过控制第一加热装置5的加热时间和加热温度以及环境湿度，使浆料达到一定的硬度，本实例中硬度为邵氏硬度50～70A。

随着传送带11的传送，将浆料传送至双极板流道加工区，此区域设置有压延成型辊筒6，压延成型辊筒6为圆柱形，表面设有加工流道的凸起，压延成型辊筒6在浆料的表面滚动，将双极板压延成型，同时直接在双极板的表面形成流道，压延成型辊筒6的下方可以设置反向运动的下履带10，以给压延成型辊筒6提供向上的支撑力，利于流道的形成。

双极板流道形成后，浆料随传送带11进入烘干固化区，通过控制第二加热装置7的加热温度和时间，使双极板固化成型。双极板流道形成后，进入烘干固化区之前还包括对双极板进行剪裁，此时浆料没有完全固化，硬度低，相比于固化后剪裁更容易。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。