БИПОЛЯРНАЯ ПЛАСТИНА (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к области электротехники, а именно к биполярным пластинам для топливных элементов.
Биполярная пластина является одной из частей топливного элемента и представляет собой электропроводящую металлическую пластину или пластину, выполненную из неметаллического материала, по обеим сторонам которой сформированы проводящие каналы, по которым протекают, соответственно, кислород воздуха и топливо (водород).
В патенте на изобретение RU 2182387 раскрывается газонепроницаемая биполярная сепараторная пластина для топливной ячейки с протонной обменной мембраной, сформованная под давлением из материала, содержащего 50-95 мас.% по меньшей мере одного компонента, проводящего электрический ток (графит, газовая сажа, углеродные волокна и их смеси), по меньшей мере, один полимер в количестве приблизительно 5 мас.% и, по меньшей мере, один гидрофильный агент. Данное техническое решение представляет собой недорогую протонную обменную мембрану с улучшенными свойствами для устранения воды и внутреннего увлажнения.
В патенте на изобретение US 7267869 раскрывается трехслойная биполярная пластина, включающая внутренний слой из коррозионно-стойкого металла и внешние слои из материала, содержащего графит и фторсодержащий полимер.
К недостаткам данных биполярных пластин относится высокая газопроницаемость по водороду, а также низкая адгезионная прочность коррозионно-стойких покрытий при высоких содержаниях электропроводящего компонента.
Задачей полезной модели является выполнение биполярной сепараторной пластины, подходящей для использования в топливной ячейке с протонной обменной мембраной, а именно имеющей высокую коррозионную стойкость, электропроводность, прочность, низкую газопроницаемость по водороду.
Поставленная задача решается биполярной пластиной для топливного элемента ячейки с протоннообменной мембраной, сформованной под давлением из материала, содержащего графит и полимер, при этом материал дополнительно содержит пироуглерод, в качестве полимера он содержит сополимер тетрафторэтилена и бивинилиденфторида, а в качестве графита - терморасширенный графит при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Пироуплотненный терморасширенный графит
25-70
Сополимер тетрафторэтилена
и бивинилиденфторида
75-30
Поставленная задача также решается вариантом биполярной пластины для топливного элемента ячейки с протонной обменной мембраной, выполненной на металлической основе с нанесенным на нее коррозионностойким покрытием, содержащим графит и фторсодержащий полимер, при этом покрытие дополнительно содержит пироуглерод, в качестве полимера оно содержит сополимер тетрафторэтилена и бивинилиденфторида, а в качестве графита - терморасширенный графит при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Пироуплотненный терморасширенный графит
25-70
Сополимер тетрафторэтилена
и бивинилиденфторида
75-30
Полезная модель осуществляется следующим образом.
На фиг.1 изображена биполярная пластина в разрезе по первому варианту полезной модели.
На фиг.2 изображена биполярная пластина в разрезе по второму варианту полезной модели.
Согласно первому варианту осуществления полезной модели, биполярная пластина (фиг.1) представляет собой монолитную пластину 1, выполненную из материала, содержащего в масс.%: терморасширенный графит 25-70, пироуглерод 4-5 и сополимер тетрафторэтилена и бивинилиденфторида - 65-30. Пластина 1 содержит лицевую сторону 2, обращенную к аноду и лицевую сторону 3, обращенную к катоду. На лицевой стороне 2, обращенной к аноду, могут быть расположены проточные каналы 4 для газа-топлива, а на лицевой стороне 3, обращенной к катоду, может находиться множество проточных каналов 5 для газа-окислителя. Топливо к проточным каналам 4 биполярной пластины подводится по подводящим каналам 6.
Согласно второму варианту осуществления настоящей полезной модели (фиг.2) биполярная пластина представляет собой пластину 1, содержащую слой на металлической основе 7, и слои из материала 1, нанесенные на обе стороны слоя 7. Так же, как и в предшествующем варианте, на поверхности 2, обращенной к аноду, могут быть расположены проточные каналы 4 для газа-топлива, а на лицевой стороне 3, обращенной к катоду, может находиться множество проточных каналов 5 для газа-окислителя.
Биполярные пластины изготавливали следующим образом.
Проводили пиролитическое модифицирование ТРГ углеродом (степень пироуплотнения 4%-5%). Полученный пироуплотненный терморасширенный графит смешивали с
раствора полимера в ацетоне, а затем полученную композицию прессовали при температуре 150°С и давлении 200 атм в монолитную пластину или при этих же условиях напрессовывали на слой из нержавеющей стали
В таблице 1 приведены свойства биполярных пластин в зависимости от содержания пироуплотненного графита
Таблица 1
Содержание масс.%
Электропроводность, См/см
Прочность на изгиб, МПа
Газопроницаемость по водороду, Баррер<sup>1</sup>
Токи коррозии при 600 мВ, мкА/см<sup>2</sup>
пироуплотненный-ТРГ
Ф42
70
26
41
17
7000
57
55
40
24
18
120
10
25
70
5
22
25
2
<sup>1</sup> 1Баррер=<img he="11" wi="57" file="00000002.TIF" img-content="undefined" img-format="TIF" />