一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法。针对现有陶瓷极板制备存在工艺复杂、导电粉在陶瓷内难以有效分散的缺陷，本发明专利技术通过采用预先将导电粉分散在凝胶中，制备高空隙的电池极板模，从而建立良好的导电网络，然后将免烧陶瓷前驱体浆料渗透进入空隙进行固化固定，不但优化了现有陶瓷极板的制备工艺，而且解决了导电粉难以有效分散的缺陷。工序简单，过程易控，成本低廉，可用于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法
本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及电池极板的制备，特别是涉及一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法。
技术介绍
燃料电池作为新兴绿色能源，在未来具有广阔的应用空间和发展前景。质子交换膜燃料电池由于其较高的质子传导能力和低温下的稳定性成为了目前燃料电池汽车的主流电池。在燃料电池中，其主要组成部分为质子交换膜、催化剂、气体扩散层及双极板。随着技术的不断更新升级，对于燃料电池的极板也提出了更高的要求：（1）具有优良的化学兼容性，阴极极板不会与氧气反应产生钝化降低电子迁移率，阳极极板不语氢气反应产生氢化物导致氢脆；（2）在大电流及高温高湿环境下稳定存在，不会被水与产生的酸性、碱性离子腐蚀；（3）具有较低的电阻率，从而使膜电极中产生的电子通过极板迅速传递至外部电路，降低电池本身的损耗；（4）具有良好的气密性，使燃料气不易发生泄露造成浪费和降低燃料爆炸的危险。目前的燃料电池极板主要有石墨极板、金属极板与复合极板三类，石墨极板的优势在于其质量轻、耐腐蚀性好、导电性好，其缺点为机械性能差，石墨化时间长，整体成本较高；金属极板的优势在于具有较高的导电导热和气密性，但其耐腐蚀性能差，整体质量重；复合极板通常使用金属与碳基材料复合形成多层板或树脂与石墨固化形成混合板，前者制备工艺复杂，后者的导电性与机械性能较差，后续的组装复合难度较大。因此使用新型材料简化现有极板的制备工艺，降低制备成本具有十分重要的实际意义。中国专利技术专利申请号201410389449.1公开了一种以导电陶瓷/Cr复合改性的聚合物电解质膜燃料电池金属双极板，是以铁基合金为基体，采用激光表面改性技术在其表面依次制备纯Cr层和Al2O3-SiO2-石墨系列导电陶瓷层改性。改性后的双极板表面无孔隙和裂纹等缺陷，具有良好的耐腐蚀、导电和导热性能，可以大幅度提高聚合物电解质膜燃料电池的使用寿命和能量转化效率。中国专利技术专利申请号200910013241.9公开了一种质子交换膜燃料电池用金属双极板的处理方法，包括进行金属薄板表面改性处理之前的化学腐蚀除钝化膜处理和除钝化膜后的氩离子轰击清洗金属板表面，以及在清洗过的金属薄板表面沉积导电陶瓷层、在沉积的导电陶瓷层上沉积银层和在银层表面涂敷一层镀银保护膜。中国专利技术专利申请号200710011001.6公开了一种两面带沟槽的柔性石墨极板的制造方法，可按下列步骤进行操作，（1）将膨胀石墨经滚压或模压成低密度板；（2）将低密度板浸渍热固性树脂溶液或热塑性树脂乳液，干燥得干燥板；（3）将干燥板模压成密实平板；（4）将密实平板按照所制造极板的沟槽深度，选择厚度配比，用胶或胶膜将2~5层密实平板进行粘接，粘接部位为燃料电池双极板密封结构部位，于密实平板粘接部位以外的其它区域垫衬柔性石墨薄纸；（5）将粘接后的平板进行成型加工，两面压制沟槽；（6）将两面带沟槽的极板进行热固化或烧结。中国专利技术专利申请号201710247980.9公开了一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法。石墨烯复合纤维导电纸经改性酚醛树脂与环氧树脂的混合液体浸渍并烘干后，经高温高压制成电极板，最后经高温碳化后制成燃料电池所用的多孔扩散层电极板。根据上述，现有方案中用于燃料电池的电池极板，普遍存在制备工艺复杂，成本高昂，电化学性能和机械性能不理想等缺点，影响了燃料电池的发展。鉴于此，本专利技术提出了一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
针对目前应用较广的燃料电池的电池极板，特别是陶瓷基电池极板，普遍存在制备工艺复杂，成本高昂，电化学性能和机械性能不理想等缺陷，本专利技术提出一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法，从而有效提高了电极板的电化学性能，同时工艺简单易控，成本低廉。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种陶瓷基燃料电池极板的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚四氟乙烯微粉、导电粉、硅酸钠、水以质量比1:3：5:10分散均匀，在高速搅拌下加入碳酸氢钠，调整pH值至12-13，得到凝胶，将凝胶倒入模具，进行老化、干燥，脱模，清洗，制得电池极板模；（2）将步骤（1）制备的电池极板模浸入免烧陶瓷前驱体浆料，使陶瓷前驱体浆料充分渗入电池极板模的微孔，在50-60℃条件下加热处理固化，制得陶瓷基燃料电池极板。针对现有陶瓷极板制备存在工艺复杂、导电粉在陶瓷内难以有效分散的缺陷，本专利技术通过采用预先将导电粉分散在凝胶中，制备高空隙的电池极板模，从而建立良好的导电网络，然后将免烧陶瓷前驱体浆料渗透进入空隙进行固化固定，不但优化了现有陶瓷极板的制备工艺，而且解决了导电粉难以有效分散的缺陷。优选的，所述导电粉选用石墨烯、银粉、碳纳米管、铜粉中的至少一种。优选的，所述免烧陶瓷前驱体浆料的组合物按重量份计为：高岭土15-35份、氯化钡1-2份、碳酸钡8-12份、水15-20份、胶黏剂3-5份；其中胶黏剂为苯并三氮唑、聚硫酸铝、苯酚-甲醛树脂、脲醛胶、氢氧化铝溶胶按1：1.2～1.4:1.1～1.2:0.5～0.8：0.5～0.8的质量比例组成。本专利技术通过将免烧陶瓷浆料置于微孔模板中，利用陶瓷固化化形成导电材料复合的陶瓷极板。其工序简单，流场与厚度可通过模具进行控制，制备过程一次成型，可直接通过现有设备改造进行加工生产，具有大规模工业化生产的潜力，从而克服了现有方法工艺复杂难以控制，成本高昂的缺陷。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的用陶瓷基燃料电池极板。通过将陶瓷浆料置于模板微孔中固化形成固化导电材料复合的陶瓷极板。本专利技术提供了一种陶瓷基燃料电池极板及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出以将导电粉预制成微孔模板，然后灌注浆料固化制备陶瓷基燃料电池极板的方法。2、通过向微孔模板中注入免烧陶瓷浆料，固化后形成致密的燃料电池极板，工序简单，流场与厚度可通过模具进行控制，可直接通过现有设备改造进行加工生产，成本低廉，制备方便的巨大优势，可用于大规模工业化生产。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1制备过程为：（1）将聚四氟乙烯微粉、导电粉石墨烯、硅酸钠、水以质量比1:3：5:10分散均匀，在高速搅拌下加入碳酸氢钠，调整pH值至12，得到凝胶，将凝胶倒入模具，进行老化、干燥，脱模，清洗，制得电池极板模；（2）将步骤（1）制备的电池极板模浸入免烧陶瓷前驱体浆料，使陶瓷前驱体浆料充分渗入电池极板模的微孔，在50-60℃条件下加热处理固化，制得陶瓷基燃料电池极板。所述免烧陶瓷前驱体浆料的组合物按重量份计为：高岭土15份、氯化钡2份、碳酸钡8份、水15份、胶黏剂3份；其中胶黏剂为苯并三氮唑、聚硫酸铝、苯酚-甲醛树脂、脲醛胶、氢氧化铝溶胶按1：1.2:1.1:0.5：0.5的质量比例组成。测试方法为：将实施例1制得的电极板制成直径为12mm，厚度为0.8mm的圆片试样，表面抛光、清洗、烘干，采用DT9103A型数字万能表测定试样的电阻值，根据公式σ=d/（A·R）计算电导率，其中，d为试样厚度，A为试样面积，D为电阻值。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷基燃料电池极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将聚四氟乙烯微粉、导电粉、硅酸钠、水以质量比1:3：5:10分散均匀，在高速搅拌下加入碳酸氢钠，调整pH值至12‑13，得到凝胶，将凝胶倒入模具，进行老化、干燥，脱模，清洗，制得电池极板模；（2）将步骤（1）制备的电池极板模浸入免烧陶瓷前驱体浆料，使陶瓷前驱体浆料充分渗入电池极板模的微孔，在50‑60℃条件下加热处理固化，制得陶瓷基燃料电池极板。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基燃料电池极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将聚四氟乙烯微粉、导电粉、硅酸钠、水以质量比1:3：5:10分散均匀，在高速搅拌下加入碳酸氢钠，调整pH值至12-13，得到凝胶，将凝胶倒入模具，进行老化、干燥，脱模，清洗，制得电池极板模；（2）将步骤（1）制备的电池极板模浸入免烧陶瓷前驱体浆料，使陶瓷前驱体浆料充分渗入电池极板模的微孔，在50-60℃条件下加热处理固化，制得陶瓷基燃料电池极板。2.根据权利要求1所述一种陶瓷基燃料电池极板的制备方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51