制造干鋪燃料電池前期襯底的方法和襯底的制作方法
【專利摘要】本方法包括將具有大約3至12毫米之間長度的碳纖維從第一料斗分配到雙料斗葉片輥散布機的提升室中，并同時將熱固性樹脂粉末從散布機的第二料斗沉積到混合室中，在那里，纖維和粉末被混合成均為大約40%至60%之間的均勻的預定比例。然后，混合物被引導成流動到雙帶擠壓機的移動支承帶上，并且混合物在雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間進行壓縮，并且混合物在帶之間穿過達到足夠的停留時間，從而首先熔化且然后固化熱固性樹脂，從而形成燃料電池前期襯底。前期襯底的碳化和石墨化形成最終的襯底。
【專利說明】
制造干鋪燃料電池前期襯底的方法和襯底
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池，其適用于運輸工具、便攜式發(fā)電設備或固定發(fā)電設備中，并且本發(fā)明尤其涉及一種用于燃料電池的前期襯底和襯底。
【背景技術】
[0002]燃料電池是眾所周知的，并且通常用于從含氫的還原流體燃料和含氧的氧化反應劑流中產(chǎn)生電功率，從而為電氣設備例如分散式發(fā)電機和運輸工具提供功率。低溫質(zhì)子交換隔膜(“PEM”)或磷酸燃料電池(“PAFC”)利用襯底作為氣體擴散層以支承催化劑層。襯底的配置依賴于電池的配置。大多數(shù)現(xiàn)代的REM&PAFC燃料電池具有帶肋的雙極分離板，其具有相對較薄的平襯底。一種備選電池設計使用了帶肋的襯底，其具有平的雙極板。這種襯底設計在技術領域是眾所周知的，并且具有依賴于許多制造因素和操作因素的好處和缺陷。
[0003]已知的是，襯底可通過濕鋪紙制造技術和干鋪紙或干鋪氈制造技術來制作。于1975年7月25日授予給Mhra等人的美國專利4,851,304描述了一種常用的濕鋪工藝，其用于從濕鋪的碳紙開始制作典型的薄的燃料電池襯底。這種工藝使用6-12毫米(“mm”)切碎的碳纖維來形成紙，紙利用各種熱固性樹脂進行處理，被壓成控制的厚度，并在惰性氣氛中進行加熱，從而使樹脂碳化。濕鋪工藝是一種多步驟的復雜工藝，其產(chǎn)生了具有令人滿意的多孔性、剛性和彎曲強度的薄的襯底，以便裝配到燃料電池中并在燃料電池中操作。高的彎曲強度主要可歸因于碳纖維的6-12mm的長度。
[0004]1984年l月17日授予Goller等人的美國專利No，4，426，340公開了一種比濕鋪工藝更為簡單的干鋪工藝，但其產(chǎn)生了具有較低彎曲強度的襯底，因為平均碳纖維的長度大約為0.2mm。這種干鋪工藝包括將長度大約為0.025mm至0.46mm的碳纖維與熱固性樹脂粉末混合，將混合物沉積到雙帶擠壓機的支承帶上，然后在支承帶和壓縮帶之間對混合物進行連續(xù)地壓縮、成型和加熱，以熔化和固化熱固性樹脂，從而產(chǎn)生前期襯底。產(chǎn)生的前期襯底然后進行修剪、碳化和石墨化，從而形成用于燃料電池的襯底。然而，這種襯底的形成由于較短的碳纖維長度而受到低彎曲強度的困擾。
[0005]這種干鋪襯底制造工藝在利用較長的碳纖維時會出現(xiàn)問題。其難以實現(xiàn)樹脂或粘合劑的均勻混合，樹脂或粘合劑在襯底中提供可接受的多孔性和彎曲強度。通過一種有效的干鋪工藝制造襯底局限于由非常短的切碎的碳纖維制成的襯底，因為已知的可用粉末送料器不可能均勻分布長的纖維。用于已知的干鋪燃料電池襯底制造的粉末送料器由大約在半圓形料斗的底部旋轉(zhuǎn)的90mm刷子組成，其由穿孔的金屬制成。較長的碳纖維產(chǎn)生了纖維球，其最終會堵塞穿孔金屬的孔眼。短的纖維產(chǎn)生了具有低彎曲強度的襯底，其在襯底加工成燃料電池電極期間導致了過大的切肩率。另外，在利用雙帶擠壓機的干鋪襯底制造工藝中所使用的已知的熱固性樹脂粉末具有在150攝氏度(°C)下3分鐘至15分鐘范圍內(nèi)的固化時間，其產(chǎn)生了對于非常昂貴的長的雙帶擠壓機的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開是一種制造干鋪燃料電池前期襯底的方法和其襯底。本方法包括將具有大約3至12毫米之間長度的碳纖維從第一料斗分配到雙料斗葉片輥散布機的混合室中，在將碳纖維沉積到混合室中的同時，將熱固性樹脂粉末，例如酚醛樹脂粉末從散布機的第二料斗沉積到混合室中。碳纖維和熱固性樹脂粉末混合在一起，使得混合物包括大約40%至大約60%之間的碳纖維以及大約40%至大約60%之間的熱固性樹脂粉末。然后將足夠量的混合物引導成流動到雙帶擠壓機的移動支承帶之上，從而在移動支承帶上形成一層混合物?；旌衔镌陔p帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間進行壓縮，同時混合物受到加熱和壓縮。經(jīng)過加熱和壓縮的混合物在帶之間沿著雙帶擠壓機穿過足夠的距離，從而首先熔化且然后固化熱固性樹脂。固化的混合物然后作為前期襯底而穿出雙帶擠壓機。
[0007]制造用于燃料電池的干鋪襯底的方法還可包括在固化的混合物作為用于燃料電池的前期襯底穿出雙帶擠壓機之后，將前期襯底修剪成預定的長度和寬度尺寸。前期襯底典型地還通過在惰性氣氛中加熱至750-1000°C而進行碳化，如已知的那樣。另外，碳化的前期襯底大體通過在惰性氣氛中加熱至2000-3000° C而被石墨化，如已知的那樣，以改善電和熱的傳導率以及抗氧化和抗腐蝕的耐力，從而形成用于燃料電池的最終襯底。使用具有離散的熔化溫度和離散的固化溫度的兩級熱固性樹脂是優(yōu)選的。在樹脂固化之前，離散熔化溫度允許樹脂由于表面張力而流向壓縮的纖維之間的結合部。這導致更具傳導性且更牢固的結構。
[0008]本方法還可包括通過雙帶擠壓機的熔化區(qū)域在移動支承帶和移動壓縮帶之間將混合物壓縮至預定的厚度，其中熔化區(qū)域包括使混合物在足以將混合物加熱到樹脂的熔點之上的時間期間移動;且其中熔化區(qū)域還包括將穿過熔化區(qū)域的混合物加熱至高于樹脂熔點且低于樹脂固化溫度的溫度。在使混合物穿過雙帶擠壓機時，關鍵的變量是混合物的厚度。預定的厚度經(jīng)過選擇，使得通過帶應用于穿過雙帶擠壓機的混合物的壓力在大約50至10psi或者大約350至700kPa之間。雙帶擠壓機經(jīng)過設計和選擇并操作，從而在選擇的預定厚度下對混合物施加這種需要的壓力。另外，該方法優(yōu)選包括在混合物穿過熔化區(qū)域之后，在移動支承帶和移動壓縮帶之間通過雙帶擠壓機的固化區(qū)域?qū)⒒旌衔飰嚎s至預定的厚度。固化區(qū)域與熔化區(qū)域是相鄰且接續(xù)的，并且固化區(qū)域包括使混合物在足以固化樹脂的時間期間移動，并且同時將穿過固化區(qū)域的混合物加熱至超過樹脂固化溫度的溫度。
[0009]在進一步的實施例中，制造干鋪襯底的方法還包括利用第一料斗中的移動攪拌器葉片攪拌第一料斗中的碳纖維，同時從第一料斗分配碳纖維，并且還可包括利用第二料斗中的移動攪拌器葉片攪拌第二料斗中的熱固性樹脂粉末，同時使熱固性樹脂從第二料斗沉積到混合室中。
[0010]根據(jù)本公開的一個方面，本方法包括使用雙料斗葉片輥散布機，使得第一料斗容納3-12mm碳纖維，并使纖維從料斗分配到旋轉(zhuǎn)的葉片輥的上表面上。旋轉(zhuǎn)的葉片輥的上表面緊鄰第一料斗的出口進行固定。葉片輥在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，使碳纖維從設置于葉片輥上方的料斗移動至葉片輥上的葉片之間的位置。碳纖維隨著葉片輥在第一旋轉(zhuǎn)方向上移動。雙料斗葉片輥壓機還可包括與第一料斗的出口相鄰的刮片，以調(diào)整碳纖維從第一料斗流動到葉片輥的上表面上的速率，并且還切割任何超過預定最大長度(例如12mm)的碳纖維。
[0011]散布機的刷輥將碳纖維刷離葉片輥的側表面，并將其刷到刷輥的刷表面上。葉片輥的側表面設置在離上表面在第一旋轉(zhuǎn)方向大約九十度的位置。刷輥還固定在葉片輥的側表面附近并與之接觸，并且在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。刷輥然后使碳纖維從刷輥的刷表面沉積到混合室中。在使碳纖維沉積到混合室中的同時，來自第二料斗的熱固性樹脂粉末通過位于第二料斗出口附近的散布輥而從第二料斗中移除。散布輥還將移除的熱固性樹脂粉末引導到混合室中。之后，如上所述，混合物被引導成流動到雙帶擠壓機的移動支承帶上。
[0012]因此，本公開的一個大體目的是提供一種制造干鋪的前期襯底的方法和用于燃料電池的襯底，其克服了現(xiàn)有技術的缺陷。
[0013]更具體的目的是提供制造干鋪的前期襯底的方法和用于燃料電池的襯底，其可在同濕鋪燃料電池襯底相比相當?shù)偷某杀鞠律a(chǎn)出來，具有可比擬的特征，并且其中該方法還促進了短長度的雙帶擠壓機的有效利用。
【附圖說明】
[0014]當結合附圖閱讀以下說明時，本公開的這些目的和優(yōu)點以及其它目的和優(yōu)點將變得更加清晰，其中:
圖1是方框圖，其顯示了本公開方法的一系列制造干鋪燃料電池前期襯底的步驟。
[0015]圖2是制造干鋪前期襯底的方法和根據(jù)本公開構造的燃料電池襯底的簡化示意圖。
【具體實施方式】
[0016]詳細地參照附圖，在圖1中將制造干鋪燃料電池前期襯底的方法和襯底的簡化示意性圖顯示為一系列活動。該方法包括首先為第一料斗10加載碳纖維12，其具有在大約3至12毫米之間的長度。第二料斗14裝載熱固性樹脂粉末16。碳纖維12和熱固性樹脂粉末15然后被引導成流入到雙料斗葉片輥散布機20的混合室中(如圖2中所示)。碳纖維12和熱固性樹脂粉末16在混合室18中被混合在一起，使其混合物13包括大約40%至大約60%之間的碳纖維12以及大約40%至大約60%之間的熱固性樹脂粉末16。碳纖維12和熱固性樹脂粉末16的混合物19然后被引導成流過雙帶擠壓機22，使得混合物被壓實成預定的厚度，并加熱至恰當?shù)臏囟群妥銐虻臅r間，以熔化和固化包圍碳纖維的熱固性樹脂，從而形成前期襯底24，前期襯底24從雙帶擠壓機22中傳送出來。前期襯底24然后經(jīng)過處理，以便在修剪工位26處進行修剪;在碳化工位28處進行碳化;并且在石墨化工位30進行石墨化，從而最終燃料電池襯底31，如圖1中所示堆疊在存儲容器33中。
[0017]碳纖維可為技術領域中已知的任何基于聚丙烯腈(“PAN”)、基于瀝青或基于中間相瀝青的通用纖維。用于舉例說明目的的合適的碳纖維是美國田納西州羅克伍德的東邦特耐克絲美國公司出售的東邦級C451切碎的碳纖維。這是一種具有7微米標稱直徑的PAN基碳纖維。
[0018]熱固性樹脂可為碳化時具有超過35%碳產(chǎn)量的任何熱固性樹脂。酚醛樹脂由于其低成本和高碳產(chǎn)量而是優(yōu)選的。兩級酚醛樹脂由于其儲存的穩(wěn)定性、其賦予處理柔性的離散的熔化溫度和固化溫度、以及添加固化輔助劑(例如眾所周知的“hexa”)以減少固化時間的能力而超越單級酚醛樹脂成為優(yōu)選的。使用具有離散的熔化溫度和離散的固化溫度的兩級熱固性樹脂是優(yōu)選的。在樹脂固化之前，離散熔化溫度允許樹脂由于表面張力而流向壓縮的碳纖維之間的結合部。這導致更具傳導性且更牢固的結構。合適的兩級酚醛樹脂是在美國紐約市有辦公室的Reichhold do Brasil Ltda公司制造的Resafen級12-412。用于標識熱固性樹脂特征的兩個參數(shù)是在基準溫度下的標準試驗中的“流動距離”；以及同樣在基準溫度下的標準試驗中的“固化時間”。所選擇的酚醛樹脂在125° C下具有>60_長的流動距離，以及在154° C下〈60秒的快速固化時間。長的流動距離對于為熔化的樹脂流向纖維之間的結合部提供時間是很重要的。快速固化對于最大限度地減小設備的尺寸是很重要的。如果用于樹脂的固化時間是45秒，那么具有15英寸熔化區(qū)域以及15英寸(38cm)長的固化區(qū)域的雙帶擠壓機將每分鐘產(chǎn)生一個20〃x20〃襯底。這導致非常短的雙帶擠壓機，其在成本方面是一項極大的節(jié)省。在前述ReichhoId公司制造的產(chǎn)品編號Resafen 12_414下可得到的熱固性樹脂是一種合適的樹脂，其具有在125° C下60-70mm的流動距離以及154° C下39-48秒的固化時間。本領域中的技術人員將使用差示掃描量熱法(DSC)來表示樹脂的熔點溫度和固化溫度以及固化時間。這將促進熔化區(qū)域和固化區(qū)域溫度以及在雙帶擠壓機中的停留時間的設置。
[0019]圖2更詳細地顯示了制造前期襯底24的前述方法。具體地說，雙料斗葉片輥散布機20包括第一料斗10，使得第一料斗10容納3-12mm的碳纖維12，并且通過第一料斗10的出口32將纖維12分配到旋轉(zhuǎn)葉片輥36的上表面34上。旋轉(zhuǎn)葉片輥36的上表面3緊鄰第一料斗10的出口 32進行固定。葉片輥36在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，其圖2中如第一方向箭頭38所示。葉片輥36使碳纖維12從設置在葉片輥36的上表面34上方(其中詞語“上方”意味著與重力方向相反的方向)的第一料斗10移動至葉片輥36上的葉片40之間的上表面34上的位置。
[0020]碳纖維12隨著葉片輥36在第一旋轉(zhuǎn)方向33上移動。雙料斗葉片輥壓機20還可包括通過調(diào)整托架44而固定在第一料斗10的出口 32附近的刮片42，從而調(diào)整碳纖維12從第一料斗1流動到葉片輥36的上表面34上的流速。
[0021 ]雙料斗葉片輥散布機29還包括刷輥46，其將碳纖維12從葉片輥36的側表面48刷到刷輥的刷表面50上。如圖2中所示，葉片輥36的側表面48設置在離上表面34在第一旋轉(zhuǎn)方向38大約九十度的位置。刷輥46還固定在與葉片輥36的側表面48相鄰并接觸的位置，并且按照圖2中標號52所示的旋轉(zhuǎn)方向進行旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)方向可與第一旋轉(zhuǎn)方向33相同。刷輥46然后將從葉片輥36的側表面48移除的碳纖維12從刷輥46的刷表面50沉積到混合室18中。
[0022]在使碳纖維12沉積到混合室18中的同時，如上所述，通過與第二料斗14的出口56相鄰的散布輥54而從第二料斗14中移除熱固性樹脂粉末16，第二料斗可按照與刷輥46相同的旋轉(zhuǎn)方向5 2進行旋轉(zhuǎn)。散布輥54還將移除的熱固性樹脂粉末16引導到混合室18的入口 58中。由旋轉(zhuǎn)擺動式拂刷系統(tǒng)組成的合適的雙料斗散布機是一種可獲取的雙敷料器，例如由德國葛平根市的Techno Partners Samtronics GmbH (TPS)公司制造的057型號精密散布機。
[0023]碳纖維12和熱固性樹脂粉末16的混合物19然后被引導成從混合室18流動到進料槽60上，并沿著進料槽60流動，使得預定量的混合物19被引導成從進料槽60流動到雙帶擠壓機22的移動支承帶62上，從而在移動支承帶62上形成一層64混合物19。然后這層64混合物19在雙帶擠壓機22的移動支承帶62和移動壓縮帶66之間進行壓縮，同時在支承帶62和壓縮帶66之間加熱和壓縮這層64混合物19。經(jīng)過加熱和壓縮的這層64混合物19在雙帶擠壓機的帶62，66之間停留足夠的時間，從而首先熔化且然后固化熱固性樹脂。固化的混合物然后作為前期襯底24而穿出雙帶擠壓機22。
[0024]合適的雙帶擠壓機22可在惠門公司制造的“ISR雙帶擠壓線系統(tǒng)”產(chǎn)品名義下得至IJ，其在加拿大安大略省玻爾通市的惠門北美有限公司具有辦公室。這種雙帶擠壓機設計為用于按照等容過程生產(chǎn)均勻厚度的產(chǎn)品。由于在支承帶62和壓縮帶66的鋼帶之間產(chǎn)生相等距離的設計，等容過程產(chǎn)生了具有均勻厚度的產(chǎn)品，該厚度可通過雙帶擠壓機調(diào)整到預定的厚度。這同等壓系統(tǒng)形成對比，等壓系統(tǒng)在擠壓機的寬度和長度上提供了絕對均勻的壓力分布，但產(chǎn)生了具有變化厚度的產(chǎn)品。
[0025]制造用于燃料電池(未顯示)的干鋪前期襯底24的方法還包括在使固化的混合物19作為前期襯底24穿出雙帶擠壓機22并將前期襯底24修剪至預定的長度和寬度尺寸之后，使前期襯底24中的樹脂碳化。前期襯底中的熱固性樹脂典型地通過在惰性氣氛中加熱至750?1000° C而進行碳化，如已知的那樣。另外，碳化的前期襯底大體通過在惰性氣氛中加熱至2000-3000° C而被石墨化，如技術領域中已知的那樣，從而改善電和熱的傳導率以及抗氧化和抗腐蝕的耐力。這種石墨化步驟產(chǎn)生了最終的襯底31。
[0026]本方法還可包括在移動支承帶62和移動壓縮帶66之間壓縮這層64混合物19，從而建立預定厚度的層64，并使層64穿過雙帶擠壓機22的熔化區(qū)域70。熔化區(qū)域70包括遍及熔化區(qū)域70而設置在支承帶62和壓縮帶66的外表面附近的第一多個壓縮輥-加熱器72，使得壓縮輥-加熱器72可建立預定的厚度，并且隨著帶62，70穿過熔化區(qū)域70而將預定的溫度設于支承帶62和壓縮帶70上。熔化區(qū)域70包括使這層64混合物19在足夠的停留時間內(nèi)移動，以便將層64加熱至高于熱固性樹脂16的熔化溫度且低于熱固性樹脂16的固化溫度。
[0027]另外，本方法優(yōu)選包括在這層64混合物19移動穿過熔化區(qū)域70之后，隨著帶62，66使層64移動穿過雙帶擠壓機22的固化區(qū)域74而繼續(xù)在移動支承帶62和移動壓縮帶66之間壓縮層64。固化區(qū)域74與熔化區(qū)域70相鄰并接續(xù)。固化區(qū)域74包括遍及固化區(qū)域74而設置在支承帶62和壓縮帶66的外表面附近的第二多個壓縮輥-加熱器76，使得第二多個壓縮輥-加熱器76可隨著帶62，66穿過固化區(qū)域74而在支承帶62和壓縮帶66中產(chǎn)生預定的溫度。該方法包括使這層64混合物19在足以固化熱固性樹脂16的停留時間期間移動穿過固化區(qū)域74，并且固化區(qū)域74還包括將穿過固化區(qū)域74的混合物加熱至熱固性樹脂16的固化溫度以上的溫度。如圖2中示意性地所示，雙帶擠壓機22還可包括這種機器領域中已知的標準件，例如外殼78、用于支承多個襯底24的支承架80、多個帶輥82。
[0028]在進一步的實施例中，制造干鋪襯底24的方法還包括利用第一料斗10中的移動的攪拌器葉片84攪拌第一料斗10中的碳纖維12，同時從第一料斗10分配碳纖維12。該方法還可包括利用第二料斗中的第二移動的攪拌器葉片86而攪拌第二料斗14中的熱固性樹脂粉末16，同時使熱固性樹脂16從第二料斗14沉積到混合室18中。
[0029]如下可制造本發(fā)明的一種典型的干鋪襯底。將6m長的東邦級C451碳纖維裝載到雙敷料器057型TPS精密散布機20的第一料斗10中。將Resafen 12-412酚醛樹脂粉末16裝載到雙敷料器057型TPS散布機20的第二料斗14中。按照45%的碳纖維12對55%的酚醛樹脂粉末16的比率使碳纖維12和酚醛樹脂粉末16同時沉積到散布機20的混合室18中。然后使纖維-樹脂混合物19在350gm/m2的名義面積負載下沉積到惠門R雙帶擠壓機22的移動支承帶62上。然后在雙帶擠壓機22的移動支承帶62和移動壓縮帶66之間將這層64纖維-樹脂混合物19壓縮至0.62mm的厚度，然后在雙帶擠壓機的熔化區(qū)域70中加熱至大約125° C的溫度達1-2分鐘的停留時間。然后在雙帶擠壓機的固化區(qū)域中將層64加熱至大約154° C的溫度達1-2分鐘的停留時間，從而形成前期襯底24，其具有350gm/m2的面積重量、0.64gm/cm3的表觀密度和
0.62mm的厚度。前期襯底24從雙帶擠壓機22排出，并切割成片(未顯示)。前期襯底24在惰性氣氛中850° C下進行碳化，并在惰性氣氛中2700° C下進行石墨化，從而產(chǎn)生最終的燃料電池襯底31，其具有250gm/m2的面積重量、0.56gm/cm3的表觀密度以及0.45mm的厚度。
[0030]這里出于目的，詞語“大約”意味著加或減10%。
[0031]雖然已經(jīng)參照制造干鋪燃料電池前期襯底24的所示方法和用于燃料電池(未顯示)的襯底31而描述了本公開，但是應該懂得，本發(fā)明并不局限于那些描述和圖示。因此，應該主要參考以下權利要求而非前面的描述來確定本發(fā)明的范圍。
【主權項】
1.一種制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，所述方法包括: a.將具有大約3至12毫米之間長度的碳纖維從第一料斗分配到雙料斗葉片輥散布機的混合室中； b.在所述碳纖維沉積到所述混合室中的同時，使熱固性樹脂粉末從所述雙料斗葉片輥散布機的第二料斗沉積到所述混合室中，并將所述碳纖維和所述熱固性樹脂粉末混合在一起； c.然后使足夠量的混合物流動到雙帶擠壓機的移動支承帶之上，從而在所述移動支承帶上形成一層混合物； d.然后在所述雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間將所述混合物壓縮到預定的厚度，同時加熱所述混合物，并使壓縮的經(jīng)加熱的混合物在所述帶之間穿過，在所述雙帶擠壓機中達到足夠的停留時間，從而首先熔化且然后固化所述熱固性樹脂； e.然后使固化的混合物作為用于燃料電池的前期襯底而穿出所述雙帶擠壓機。2.根據(jù)權利要求1所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，還包括在所述用于燃料電池的前期襯底穿出所述雙帶擠壓機之后，將所述襯底修剪至預定的長度和寬度尺寸。3.根據(jù)權利要求1所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，還包括，在所述固化的混合物作為用于燃料電池的前期襯底穿出所述雙帶擠壓機之后，通過在惰性氣氛中將所述前期襯底加熱至大約750攝氏度至大約1000攝氏度之間從而使所述襯底碳化。4.根據(jù)權利要求3所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，還包括通過在惰性氣氛中將所述碳化襯底加熱至大約2000攝氏度至大約3000攝氏度之間以便使所述碳化襯底石墨化，從而形成用于燃料電池的襯底。5.根據(jù)權利要求1所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，在所述雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間壓縮混合物還包括在所述移動支承帶和所述移動壓縮帶之間通過所述雙帶擠壓機的熔化區(qū)域而將所述混合物壓縮至預定的厚度，使得所述混合物穿過所述熔化區(qū)域達足以將所述混合物加熱至高于所述熱固性樹脂的熔化溫度且低于所述熱固性樹脂的固化溫度的溫度的停留時間，并且使得所述混合物穿過所述熔化區(qū)域達到足夠的停留時間，以熔化所述熱固性樹脂。6.根據(jù)權利要求5所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，在所述雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間壓縮混合物還包括在所述混合物移動穿過所述熔化區(qū)域之后，在所述移動支承帶和所述移動壓縮帶之間通過所述雙帶擠壓機的固化區(qū)域?qū)⑺龌旌衔锢^續(xù)壓縮至預定的厚度，其中所述固化區(qū)域與所述熔化區(qū)域相鄰且相接，并且使得所述混合物穿過所述固化區(qū)域達到足以將所述混合物加熱至高于所述熱固性樹脂的固化溫度的溫度的停留時間，并且使得所述混合物穿過所述固化區(qū)域達到足夠的停留時間，以固化所述熱固性樹脂。7.根據(jù)權利要求1所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，還包括利用所述第一料斗中的移動攪拌器葉片攪拌所述第一料斗中的碳纖維，同時從所述第一料斗分配所述碳纖維。8.根據(jù)權利要求7所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，還包括利用所述第二料斗中的移動攪拌器葉片攪拌所述第二料斗中的熱固性樹脂粉末，同時沉積來自所述第二料斗的熱固性樹脂。9.一種制造干鋪燃料電池襯底的方法，所述方法包括: a.將具有大約3至12毫米之間長度的碳纖維從第一料斗分配到旋轉(zhuǎn)葉片輥的上表面上，其中所述旋轉(zhuǎn)葉片輥的上表面直接固定在所述第一料斗的出口附近，其中所述葉片輥在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，從而使所述碳纖維在所述葉片輥上的葉片之間以所述第一旋轉(zhuǎn)方向移動； b.將所述碳纖維刷離所述葉片輥的側表面，并且刷到所述刷輥的刷表面上，其中所述葉片輥的側表面相對所述上表面在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上大約為九十度，其中所述刷輥設置在所述葉片輥的側表面附近并與之接觸，并且按照與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向進行旋轉(zhuǎn)； c.使所述碳纖維從所述刷輥的刷表面沉積到混合室中； d.在使所述碳纖維沉積到所述混合室中的同時，使熱固性樹脂粉末從第二料斗沉積到所述混合室中，并使所述碳纖維和所述熱固性樹脂粉末混合在一起，使得所述混合物包括大約40%至大約60%之間的碳纖維以及大約40%至大約60%之間的熱固性樹脂粉末； e.然后使足夠量的混合物沉積到雙帶擠壓機的移動支承帶之上，從而在所述移動支承帶上形成一層混合物； f.然后在所述雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間將所述混合物壓縮到預定的厚度，同時加熱所述混合物，并使壓縮的經(jīng)加熱的混合物在所述帶之間穿過，達到足夠的停留時間，從而首先熔化且然后固化所述熱固性樹脂； g.然后使固化的混合物作為前期襯底穿出所述雙帶擠壓機，并將所述前期襯底修剪成預定的長度和寬度尺寸； h.然后使經(jīng)修剪的前期襯底進行碳化;和 i.然后使碳化的前期襯底石墨化，從而形成燃料電池襯底。10.根據(jù)權利要求9所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，在所述雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間壓縮混合物還包括在所述移動支承帶和所述移動壓縮帶之間通過所述雙帶擠壓機的熔化區(qū)域而將所述混合物壓縮至預定的厚度，使得所述混合物穿過所述熔化區(qū)域達足以將所述混合物加熱至高于所述熱固性樹脂的熔化溫度且低于所述熱固性樹脂的固化溫度的溫度的停留時間，并且使得所述混合物穿過所述熔化區(qū)域達到足夠的停留時間，以熔化所述熱固性樹脂。11.根據(jù)權利要求10所述的制造干鋪燃料電池前期襯底的方法，其特征在于，在所述雙帶擠壓機的移動支承帶和移動壓縮帶之間壓縮混合物還包括在所述混合物移動穿過所述熔化區(qū)域之后，在所述移動支承帶和所述移動壓縮帶之間通過所述雙帶擠壓機的固化區(qū)域?qū)⑺龌旌衔锢^續(xù)壓縮至預定的厚度，其中所述固化區(qū)域與所述熔化區(qū)域相鄰且相接，并且使得所述混合物穿過所述固化區(qū)域達到足以將所述混合物加熱至高于所述熱固性樹脂的固化溫度的溫度的停留時間，并且使得所述混合物穿過所述固化區(qū)域達到足夠的停留時間，以固化所述熱固性樹脂。12.根據(jù)權利要求9所述的制造干鋪燃料電池襯底的方法，其特征在于，碳化經(jīng)修剪的前期襯底還包括在惰性氣氛中將所述前期襯底加熱至大約750攝氏度至大約1000攝氏度之間。13.根據(jù)權利要求9所述的制造干鋪燃料電池襯底的方法，其特征在于，使碳化的前期襯底石墨化還包括在惰性氣氛中將所述前期襯底加熱至大約2000攝氏度至大約3000攝氏度之間。14.根據(jù)權利要求9所述的制造干鋪燃料電池襯底的方法，其特征在于，還包括利用所述第一料斗中的移動攪拌器葉片攪拌所述第一料斗中的碳纖維，同時從所述第一料斗分配所述碳纖維。15.根據(jù)權利要求14所述的制造干鋪燃料電池襯底的方法，其特征在于，還包括利用所述第二料斗中的移動攪拌器葉片攪拌所述第二料斗中的熱固性樹脂粉末，同時沉積來自所述第二料斗的熱固性樹脂。16.根據(jù)權利要求9所述的制造干鋪燃料電池襯底的方法，其特征在于，還包括將刮片固定在所述第一料斗的出口附近，且位于所述出口和雙料斗葉片輥散布機的葉片輥的葉片之間，并利用所述刮片調(diào)整所述碳纖維從所述第一料斗流動到所述葉片輥的上表面上的流量。
【文檔編號】H01M8/04GK105874634SQ201380081519
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2013年12月9日
【發(fā)明人】R.D.布羅爾特
【申請人】奧迪股份公司