Биполярная пластина (варианты)

Группа полезных моделей относится к области электротехники, а именно к биполярным пластинам для топливных элементов. Биполярная пластина для топливного элемента ячейки с протонной обменной мембраной, сформована под давлением из материала, содержащего следующие компоненты, масс.%: пироу плотненный терморасширенный графит 25-70, сополимер тетрафторэтилена и бивинилидена фторида 65-30. Раскрывается также вариант данной пластины, выполненной на металлической основе с нанесенньм на нее коррозионностойким покрытием из вышеупомянутого материала. Техническим результатом является повышение электропроводности, прочностных свойств и газопроницаемости по водороду.

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.%:

Сополимер тетрафторэтилена

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.%:

Сополимер тетрафторэтилена

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, Баррер1	Токи коррозии при 600 мВ, мкА/см2
пироуплотненный-ТРГ	Ф42
70	26	41	17	7000	57
55	40	24	18	120	10
25	70	5	22	25	2
1 1Баррер=

1. Биполярная пластина для топливного элемента ячейки с протонной обменной мембраной, сформованная под давлением из материала, содержащего графит и полимер, отличающаяся тем, что в качестве графита материал содержит пироуплотненный терморасширенный графит, а в качестве полимера он содержит сополимер тетрафторэтилена и бивинилиденфторида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироуплотненный терморасширенный графит	25-70
Сополимер тетрафторэтилена
и бивинилиденфторида	75-30

2. Биполярная пластина для топливного элемента ячейки с протонной обменной мембраной, сформованная под давлением из трехслойного материала, включающего внутренний слой из коррозионно-стойкого металла и внешние слои из материала, содержащего графит и фторсодержащий полимер, отличающаяся тем, что в качестве графита материал содержит пироуплотненный терморасширенный графит, а в качестве полимера он содержит сополимер тетрафторэтилена и бивинилиденфторида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироуплотненный терморасширенный графит	25-70
Сополимер тетрафторэтилена
и бивинилидена фторида	75-30