一种燃料电池双极板复合材料及其制备方法与用途技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池双极板复合材料及其制备方法与用途。所述燃料电池双极板复合材料包括石墨粉、钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂，本发明专利技术在上述原料的复配下，在酚醛环氧型乙烯基树脂内部的绝缘层中形成有效的导电通路，减弱了包覆层对电导率的负面影响，使得电导率大幅度提高；同时由于钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧的加入，其会进一步增加导电通道，形成隧道电流，从而提高电导率；此外，在上述原料的复配下，提高了复合材料的抗弯曲强度。经测定，本发明专利技术制得的燃料电池双极板复合材料的电导率为：502～590S/cm；弯曲强度68～75MPa。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板复合材料及其制备方法与用途
本专利技术涉及导电复合材料领域，具体涉及一种燃料电池双极板复合材料及其制备方法与用途。
技术介绍
双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)关键组件之一，它的作用是分隔气体并通过流场将反应气体导入燃料电池，收集传导电流并支撑膜电极，同时还担负起整个燃料电池系统的散热和排水功能。因此双极板复合材料要求具有较好的的导电性能和力学性能。目前双极板按材料分类可分为以下三种：石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板，其中，石墨双极板具有良好的导电导热性和化学稳定性，但石墨双极板的机加工过程耗时较长，生产效率较低，导致石墨双极板的加工成本偏高，甚至超过材料成本，此外，石墨双极板性能较脆，其内部孔隙的存在易导致其漏气，因而必须保持一定的厚度以保证其气密性，这就制约了石墨双极板的电堆体积比功率和重量比功率的提升；金属型模具精度要求高，成本也高，其必须对金属基材，尤其要对金属基材的表板具有良好的导电导热性，可以减薄至0.1mm也不漏气，并且气体流道可冲压成型，易于实现批量化生产，这有利于体积比功率的提升和制造成本的下降，但是，金属双极板的成面进行特殊处理以提高其化学稳定性，否则易出现金属板腐蚀甚至锈穿，导致电池的使用寿命缩短甚至发生灾难性的破坏；石墨/树脂复合材料双极板具有加工性能好、易批量生产、耐腐蚀性好、成本低的优点，从而成为研究的热点。例如，中国专利文献CN1054105406092A公开了一种燃料电池双极板复合材料及其制备方法，该复合材料的原料组成如下：由两种不同尺寸的天然鳞片石墨级配材料作为导电填料，石墨烯或导电炭黑作为辅助导电填料，酚醛环氧型乙烯基树脂作为粘结剂，TBPB、BPO作为树脂固化复合引发剂，上述技术采用两种不同尺寸的天然鳞片石墨进行级配，再添加适量纳米填料导电炭黑或石墨烯复配与酚醛环氧型乙烯基树脂粘结剂制备模压料，然后将模压料在一定温度、压力、时间下模压固化制备样品。但上述技术中制得的燃料电池双极板复合材料的电导率和弯曲强度仍有待提高。因此，研发一种新型的燃料电池双极板复合材料，使得具有较好的电导率和抗弯曲强度性能，以满足燃料电池领域对较高性能的双极板材料的需求，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种燃料电池双极板复合材料，该燃料电池双极板复合材料具有具有较好的电导率和抗弯曲强度性能，此外本专利技术进一步提供其制备方法与用途。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为:本专利技术第一方面，提供一种燃料电池双极板复合材料，包括如下原料：石墨粉、钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂。上述燃料电池双极板复合材料，优选地，所述稀土元素改性的氧化镧的制备方法如下：将氧化镧分散到含稀土元素的水溶液中以进行离子交换反应，待反应完成后收集固相，所述固相经干燥、焙烧，即为经稀土元素改性的氧化镧；所述稀土元素为钇或铈。优选地，所述含稀土元素的水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；所述氧化镧与所述稀土元素的质量比为1：(5～10)；反应温度为20～80℃、时间为4～6h；所述干燥的温度为90～150℃、时间为1～3h；所述焙烧的温度为400～600℃、时间为1～6h。优选地，所述钙钛矿氧化物为La0.7Sr0.3Fe0.3Mn0.7O3、LaCuO3、La0.6Sr0.4FeO3或LaFe0.3Mn0.7O3。上述燃料电池双极板复合材料中，优选地，所述石墨粉与所述钙钛矿氧化物、所述稀土元素改性的氧化镧、所述酚醛环氧型乙烯基树脂的质量比为(65～85):(1～2):(0.5～1):(10～20)。本专利技术第二方面，提供一种上述燃料电池双极板复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨粉、钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂采用超声进行混合，超声混合时间为10～20min，优选15min，形成共混物；(2)将所述步骤(1)中的共混物进行抽真空干燥，干燥温度为50～70℃，优选60℃、时间为6～10h，优选8h；(3)将所述步骤(2)中干燥后共混物在成型模具内进行模压成型，施压温度为90～110℃，优选100℃，施压压力为12～20Mpa，施压时间为20～30min；而后于140～170℃成型保温20～40min，脱模制得燃料电池双极板复合材料。本专利技术第三方面，提供一种上述制备方法制备得到的燃料电池双极板复合材料。本专利技术第四方面，提供一种上述燃料电池双极板复合材料或上述制备方法制备得到的燃料电池双极板复合材料在制备燃料电池双极板中的用途。本专利技术的上述技术方案具有如下优点:(1)本专利技术所述燃料电池双极板复合材料，包括石墨粉、钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂，本专利技术在上述原料的复配下，在酚醛环氧型乙烯基树脂内部的绝缘层中形成有效的导电通路，减弱了包覆层对电导率的负面影响，使得电导率大幅度提高；同时由于钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧的加入，其会进一步增加导电通道，形成隧道电流，从而提高电导率；此外，在上述原料的复配下，提高了复合材料的抗弯曲强度。经测定，本专利技术制得的燃料电池双极板复合材料的电导率为：502～590S/cm；弯曲强度68～75MPa。具体实施方式下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本实施例提供了一种燃料电池双极板复合材料；上述燃料电池双极板复合材料包括如下原料：石墨粉、LaCuO3、铈改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂；上述原料中，石墨粉与LaCuO3、铈改性的氧化镧、酚醛环氧型乙烯基树脂的质量比为65:2:0.5:10。在本实施例中，上述铈改性的氧化镧的制备方法如下：将1g氧化镧分散到浓度为0.5mol/L的硝酸铈水溶液中(氧化镧与铈的质量比＝1：5)，并于20℃下进行离子交换，反应6h后过滤，收集固相，将所述固相置于150℃干燥1h，而后于400℃焙烧6h，制得铈改性的氧化镧；本专利技术进一步提供了上述燃料电池双极板复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将上述选定质量比的石墨粉、LaCuO3、铈改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂采用超声进行混合，超声混合时间为10min，形成共混物；(2)将所述步骤(1)中的共混物进行抽真空干燥，干燥温度为70℃、时间为6h；(3)将所述步骤(2)中干燥后共混物在成型模具内进行模压成型，施压温度为90℃，施压压力为20Mpa，施压时间为20min；而后于140℃成型保温40min，脱模制得燃料电池双极板复合材料。实施例2本实施例提供了一种燃料电池双极板复合材料；上述燃料电池双极板复合材料包括如下原料：石墨粉、La0.7Sr0.3Fe0.3Mn0.7O3、钇改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂；上述原料中，石墨粉与La0.7Sr0.3Fe0.3Mn0.7O3、钇改性的氧化镧、酚醛环氧型乙烯基树脂的质量比为85:1:1:20。在本实施例中，上述钇改性的氧化镧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板复合材料，其特征在于，包括如下原料：石墨粉、钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板复合材料，其特征在于，包括如下原料：石墨粉、钙钛矿氧化物、稀土元素改性的氧化镧和酚醛环氧型乙烯基树脂。2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板复合材料，其特征在于，所述稀土元素改性的氧化镧的制备方法如下：将氧化镧分散到含稀土元素的水溶液中以进行离子交换反应，待反应完成后收集固相，所述固相经干燥、焙烧，即为经稀土元素改性的氧化镧。3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板复合材料，其特征在于，所述含稀土元素的水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；所述氧化镧与所述稀土元素的质量比为1：(5～10)；所述稀土元素为钇或铈。4.根据权利要求3所述的燃料电池双极板复合材料，其特征在于，所述反应温度为20～80℃、时间为4～6h；所述干燥的温度为90～150℃、时间为1～3h；所述焙烧的温度为400～600℃、时间为1～6h。5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板复合材料，其特征在于，所述钙钛矿氧化物为La0.7Sr0.3Fe0.3Mn0.7O3、LaCuO3、La0.6Sr0.4FeO3或LaFe0.3Mn0.7O3。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶志国，党志东，戚玉欣，
申请(专利权)人：德州新动能铁塔发电有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37