一种亲水多孔石墨水传输板的制备方法及其水传输板技术

本发明专利技术公开了一种亲水多孔石墨水传输板的制备方法及其水传输板，该方法是将经过预处理的硬质多孔石墨板置于电辅助沉积前驱液中，用电辅助沉积法在其孔内沉积一层均匀的亲水层。将该亲水化处理的多孔石墨板用作固体聚合物电解质燃料电池水传输板具有良好的透水、阻气、电导率和抗压强度等特性，并可以有效地缓解电池缺水和水淹情况，提高电池性能和稳定性。本发明专利技术的水传输板制作过程中亲水氧化物的沉积量可控。

Method for preparing hydrophilic porous stone ink transmission plate and water transmission plate thereof

The invention discloses a hydrophilic porous stone ink transfer plate preparation method and water transport plate, the method is that after the pretreatment of rigid porous graphite plate is electrically assisted deposition of precursor solution, power assisted deposition in the hole in a uniform layer of hydrophilic layer deposition. The porous graphite plate as a hydrophilic treatment of solid polymer electrolyte fuel cell water transport plate has the characteristics of good water permeability, gas barrier, conductivity and compressive strength, and can effectively alleviate the water shortage and water flooded battery, improve the battery performance and stability. In the process of making the water transport plate, the deposition quantity of the hydrophilic oxide is controllable.

【技术实现步骤摘要】
一种亲水多孔石墨水传输板的制备方法及其水传输板
本专利技术涉及燃料电池
，属于燃料电池多孔双极板的制备方法，具体为一种质子交换膜燃料电池用石墨多孔亲水板及其制备方法。
技术介绍
燃料电池以其高能量密度和少污染，有希望将来代替化石能源发电方式成为主流。而PEMFC具有室温启动快、无电解液流失、噪声低等优点，具有作为移动电源、各种便携式电源及不间断电源的潜力。在PEMFC运行过程中，阴极会产生水，生成水必须从电池排出，否则会造成阴极侧的水淹，影响气体的传输。而氢离子从阳极电迁移到阴极会带走一部分水分子，必然会造成阳极侧的干燥，必须向电池的阳极侧提供补充水，补充水的量将能保持阳极侧催化剂和质子交换膜处于润湿状态。所以保证电池内增湿和排水的平衡具有重要的意义。通常PEMFC采用外部辅助增湿系统对电池气体进行增湿，但辅助系统增加了电池的重量、体积和复杂性。对于水淹，研究者们通常用脉冲吹扫、提高化学计量比等方法进行排水，但是此策略会导致严重的附加损失，使得燃料电池系统更加复杂。通常PEMFC采用复杂的动态排水和增湿辅助系统分别进行排水和增湿来实现水的管理，但辅助系统增加了电池的重量、体积和复杂性，且容易降低电池操作过程中的稳定性。因此研究如何简化系统的增湿和排水设计，具有重要的意义。美国InstituteofGasTechnology单位的Konar等人【US5942347】把亲水无机氧化物微粒与石墨粉、树脂混合模压成型，来实现双极板流道侧亲水，亲水物质吸收阴极生成水对不饱和气体进行增湿。武汉理工大学【CN1004546450】使用高铝酸盐水泥作为粘结剂和导电填充物石墨进行模压形成多孔石墨板，因高铝酸盐分解形成亲水物质使石墨板内含有凝胶毛细孔，且通过调节水压可以达到增湿和排水的水平衡。UTC公司申请的“水传输板及其使用方法”专利技术专利【CN11794280】将导电石墨粉，增强碳纤维，纤维质纤维(软木浆)，热固性树脂和溶剂混合均匀后喷涂在筛网上，经真空干燥去筛网，滚压卷曲，多层叠压，高温石墨化过程，孔内亲水化处理后得到多孔石墨板。这种方法制备所得的水传输板虽然具有良好的气泡压力、透水性、平面电阻率和抗压屈服强度，但是制备过程需要2000℃以上的高温进行石墨化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电辅助沉积法制备燃料电池用亲水多孔石墨水传输板，保证其具有良好的透水、阻气、电导率和抗压强度等特性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种亲水多孔石墨水传输板的制备方法包括以下步骤：(1)将多孔石墨板作为工作电极置于电辅助沉积前驱液中，用电辅助沉积法在多孔石墨板孔内沉积一层亲水薄膜；(2)将上述亲水化处理的板高温焙烧后即得亲水多孔石墨水传输板。步骤(1)所述电辅助沉积前驱液的配制方法为：在亲水物质前驱体中加入电解质溶液，并用酸溶液调节pH为2-6。上述的前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、钛酸丁酯其中的一种或二种以上，前驱体的浓度为0.1-1mol/L；电解质溶液为NaCl溶液、NaNO3溶液、KCl溶液、KNO3溶液中的一种或二种以上，电解质溶液中上述溶质的总浓度为0.05-0.5mol/L；酸溶液为盐酸、硫酸、高氯酸溶液中的一种或多种，酸溶液中上述三种酸的总的浓度为0.01-1mol/L。步骤(1)所述的多孔石墨板孔径为0.1-20μm。步骤(1)所述的电辅助沉积法为恒电压法、恒电流法、脉冲电压沉积、脉冲电流沉积的一种。所述的电辅助沉积法为恒电压法时，电压为(-2)-(-6)V，时间为30-600s；所述的电辅助沉积法为恒电流法时，电流为10-500mAcm-2，时间为10-300s；所述的电辅助沉积法为脉冲电压沉积时，电压范围为(-6)-0V，脉冲间隔为0.1-10ms，脉冲次数为10-100次；所述的电辅助沉积法为脉冲电流沉积法时，电流范围为10-500mAcm-2，脉冲间隔为0.1-10ms，脉冲次数为50-200次。所述的亲水薄膜为SiO2、TiO2其中的一种或二种。步骤(2)所述高温焙烧温度为300-700℃，时间为1-3h。按照上述方法制备的亲水多孔石墨水传输板，平面电阻率为1-5mΩcm，弯曲强度为10-50MPa，透水压为0-0.03MPa，泡点为0.05-0.2MPa，接触角为5°-85°，平均孔径为0.1-20μm，孔隙率为5％-50％，亲水孔比例为50％-100％。本专利技术所用前驱体为表面张力较小的有机物，可有效扩散到孔内进行电辅助沉积，制备的多孔亲水碳板中亲水氧化物可以在孔内均匀分布，且用电辅助沉积法可以调控亲水物质的沉积量。附图说明图1为实施例4中电辅助沉积制备的石墨水传输板自增湿性能图；图2为实施例5中电辅助沉积制备的石墨水传输板排水性能图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：将50ml硝酸钠溶液(0.1mol/L)和5g正硅酸乙酯混合搅拌30min。待TEOS完全溶解后，缓慢滴加盐酸溶液(0.1mol/L)，直到pH值接近2，在温室下再搅拌1h，即得电辅助沉积前驱液。将平均孔径为7μm的多孔碳板置于电辅助沉积前驱液中，多孔碳板作为工作电极，密实光滑石墨板作为参比电极和对电极，采用恒电压法在工作电极上施加一恒电压-3.5V进行电辅助沉积，时间为120s，将亲水化处理的多孔碳板400℃高温煅烧1h，即得多孔亲水石墨水传输板。实施例2：将50ml硝酸钾溶液(0.2mol/L)和5g正硅酸乙酯混合搅拌30min。待TEOS完全溶解后，缓慢滴加硫酸溶液(0.1mol/L)，直到pH值接近3，在温室下再搅拌1h，即得电辅助沉积前驱液。将平均孔径为7μm的多孔石墨板置于电辅助沉积前驱液中(电辅助沉积前驱液没过多孔石墨板)，多孔石墨板作为工作电极，密实光滑石墨板作为参比电极和对电极，采用恒电流法在工作电极上施加一恒电流200mAcm-2进行电辅助沉积，时间为200s，将亲水化处理的多孔石墨板400℃高温煅烧2h，即得多孔亲水石墨水传输板。实施例3：将100ml硝酸钠溶液(0.2mol/L)和5g钛酸丁酯混合搅拌30min。待TEOS完全溶解后，缓慢滴加盐酸溶液(0.1mol/L)，直到pH值接近4，在温室下再搅拌1h，即得电辅助沉积前驱液。将平均孔径为5μm的多孔石墨板置于电辅助沉积前驱液中(电辅助沉积前驱液没过多孔石墨板)，多孔石墨板作为工作电极，密实光滑石墨板作为参比电极和对电极，采用脉冲电压法在工作电极上施加一脉冲电压，脉冲范围为(-3)-0V进行电辅助沉积，脉冲时间间隔为1ms，脉冲次数为200次，将亲水化处理的多孔石墨板450℃高温煅烧2h，即得多孔亲水石墨水传输板。实施例4：将50ml硝酸钾溶液(0.2mol/L)加入到3g正硅酸乙酯和2g钛酸丁酯混合液中搅拌30min。待正硅酸乙酯和钛酸丁酯完全溶解后，缓慢滴加高氯酸溶液，直到pH值接3，在温室下再搅拌1h，即得电辅助沉积前驱液。将平均孔径为3μm的多孔石墨板置于电辅助沉积前驱液中(电辅助沉积前驱液没过多孔石墨板)，多孔碳板作为工作电极，密实光滑石墨板作为参比电极和对电极，采用脉冲电流法在工作电极上施加一脉冲电流进行电辅助沉积，脉冲电流范围为0-200mAcm-2，脉冲间隔为1ms，脉冲次数为200次，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亲水多孔石墨水传输板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将多孔石墨板作为工作电极置于电辅助沉积前驱液中，用电辅助沉积法在多孔石墨板孔内沉积一层亲水薄膜；(2)将上述亲水化处理的板高温焙烧即得亲水多孔石墨水传输板。

【技术特征摘要】
1.一种亲水多孔石墨水传输板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将多孔石墨板作为工作电极置于电辅助沉积前驱液中，用电辅助沉积法在多孔石墨板孔内沉积一层亲水薄膜；(2)将上述亲水化处理的板高温焙烧即得亲水多孔石墨水传输板。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述电辅助沉积前驱液的配制方法为：在亲水物质前驱体中加入电解质溶液，并用酸溶液调节pH值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、钛酸丁酯其中的一种或二种以上，前驱体的浓度为0.1-1mol/L；所述的电解质溶液为NaCl溶液、NaNO3溶液、KCl溶液、KNO3溶液中的一种或二种以上，电解质溶液中上述溶质的总浓度为0.05-0.5mol/L；所述的酸溶液为盐酸、硫酸、高氯酸溶液中的一种或多种，酸溶液中上述三种酸的总的浓度为0.01-1mol/L。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的调节pH，调节pH值为2-6。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的多孔石墨板孔径为0.1-20μm。6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于：所述的电辅助沉积法为...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，郭晓倩，王志强，曾亚超，秦晓平，瞿丽娟，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21