Биполярная пластина для топливного элемента и способ ее изготовления

Изобретение относится к биполярным пластинам (БП), предназначенным для раздачи реагентов в батарее топливных элементов (ТЭ) и электрической коммутации ТЭ в батарее. Согласно изобретению БП для ТЭ содержит основу, выполненную из металла, и углеродные слои, при этом на слой основы нанесен промежуточный слой из смеси порошка низкоплотного графита и 0,5-2,0 мас.% политетрафторэтилена (ПТФЭ), и лист, экструдированный из смеси порошка беспористого, например природного, графита и 10÷20 мас.% ПТФЭ. В качестве основы используют сталь, алюминий, его сплавы, медь и ее сплавы. Способ изготовления БП включает изготовление слоя основы и нанесение на нее углеродных слоев и сборку пакета слоев, при этом на слой основы укладывают промежуточный слой из смеси порошка низкоплотного графита и 0,5÷2,0 мас.% политетрафторэтилена (ПТФЭ), поверх которого укладывается лист, экструдированный из смеси порошка беспористого, например природного, графита и 10÷20 мас.% ПТФЭ, и нагревают пакет до температуры 120÷170°С при давлении 200÷300 кг/см². Техническим результатом изобретения является создание БП, обладающей технологичностью изготовления, повышенными электропроводностью и химической стойкостью в кислороде. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

 

Область техники

Изобретение относится к биполярным пластинам (БП), предназначенным для раздачи реагентов в батарее топливных элементов (ТЭ) и электрической коммутации ТЭ в батарее.

Предшествующий уровень техники

Из известных БП для ТЭ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является БП, содержащая основу, выполненную из металла и внешних углеродных слоев (DE 102004023712, кл. Н01М 8/02, 2005). Недостатком указанной БП является недостаточная электропроводность и химическая стойкость к окислению кислородом.

Из известных способов изготовления БП для ТЭ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ изготовления БП, включающий сборку пакета, состоящего из основы и углеродных слоев (DE 102004023712, кл. Н01М 8/02, 2005). Недостатком указанного способа изготовления известной БП является недостаточная электропроводность в направлении, перпендикулярном плоскости БП.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание БП и способа ее изготовления, обладающих технологичностью изготовления, повышенной электропроводностью и химической стойкостью в атмосфере кислорода. Указанный технический результат достигается тем, что БП содержит слой металлической основы, промежуточный слой из смеси порошка низкоплотного графита и 0,5-2,0 мас.% политетрафторэтилена (ПТФЭ) и лист, экструдированный из смеси порошка беспористого (природного) графита и 10-20 мас.% ПТФЭ. В качестве металла основы используют сталь, алюминий, его сплавы, медь и ее сплавы. Промежуточный слой изготавливают из смеси низкоплотного графита и ПТФЭ, а верхний слой изготавливают из порошка беспористого графита и эмульсии ПТФЭ в растворе растворителя, например в ацетоне или этаноле. Полученную пасту экструдируют в виде листа, собирают из указанных слоев пакет и нагревают пакет до температуры 120÷170°С при давлении 200÷300 кг/см².

Нанесение указанных слоев обеспечивает повышение электропроводности и коррозионной стойкости БП.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется примером практической реализации способа изготовления заявленной БП.

Пример реализации. В качестве основы берут фольгу из нержавеющей стали толщиной 120 мкм. Готовят смесь из порошка низкоплотного графита и 1,5 мас.% ПТФЭ, при этом ПТФЭ вводят в виде спиртовой эмульсии. Полученную пасту сушат до испарения спирта и измельчают. Готовят смесь из порошка беспористого графита, например природного или карандашного, и 15 мас.% ПТФЭ, вводимого в виде спиртовой эмульсии. Полученную пасту экструдируют в виде листа и подвергают сушке до испарения спирта. Собирают пакет из основы, промежуточного слоя в виде приготовленного порошка и листа, уложенного поверх промежуточного слоя. Пакет нагревают до температуры 140±10°С при давлении 250 кгс/см². Полученная БП имеет проводимость в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, 0,035 Ом×см, которая является приемлемой для использования БП в составе ТЭ.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленные БП и способ ее изготовления могут быть реализованы с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию «промышленная применимость».

1. Биполярная пластина (БП) для топливного элемента, содержащая основу, выполненную из металла, и углеродные слои, отличающаяся тем, что на слой основы нанесен промежуточный слой из смеси порошка низкоплотного графита и 0,5÷2,0 мас.% политетрафторэтилена (ПТФЭ) и лист, экструдированный из смеси порошка беспористого графита и 10÷20 мас.% ПТФЭ.

2. БП по п.1, отличающаяся тем, что в качестве основы используют сталь, алюминий, его сплавы, медь и ее сплавы.

3. Способ изготовления БП, включающий изготовление слоя основы и нанесение на нее углеродных слоев и сборку пакета слоев, отличающийся тем, что на слой основы укладывают промежуточный слой из смеси порошка низкоплотного графита и 0,5÷2,0 мас.% политетрафторэтилена (ПТФЭ), поверх которого укладывают лист, экструдированный из смеси порошка беспористого графита и 10÷20 мас.% ПТФЭ, и нагревают пакет до температуры 120÷170°С при давлении 200÷300 кг/см².

4. Способ изготовления БП по п.3, отличающийся тем, что в процессе нагрева пакета при давлении на поверхности формируют рельеф.