一种氢燃料电池用双极板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池用双极板及其制备方法，属于燃料电池领域。该制备方法包括如下步骤：(1)制浆，(2)流延成膜、烘干，(3)真空轧膜增密、辊压制槽，(4)裁片、整形、冲孔；(5)烧结再次增密。本发明专利技术首次将流延成膜技术应用到氢燃料电池的双极板制备中，该制备方法可替代落后的机械加工成型或模压成型方式，可以批量生产超薄的双极板，制备出的双极板致密性、耐腐蚀、韧性、导电性、强度性能都十分优异。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池用双极板及其制备方法
本专利技术属于燃料电池领域，尤其涉及一种氢燃料电池用双极板及其制备方法。
技术介绍
氢燃料电池常采用的双极板主要包括石墨碳板、金属双极板、复合双极板类，石墨双极板目前是国内应用的主流。石墨双极板多数采用机械加工或模压成型的方式，而国外厂商直接采用压铸成型或膨胀石墨挤压成型方式，加工方式单一。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氢燃料电池用双极板的制备方法。该方法为新型流延成膜的双极板制造方法，其可替代落后的机械加工成型方式或模压成型方式，并且可以批量生产0.1mm—1mm超薄厚度的双极板。为达上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种氢燃料电池用双极板的制备方法，包括如下步骤：(1)制浆：将石墨粉与一定的比例分散剂加入溶剂(水基或有机溶剂)中，通过球磨或超声波振荡打开颗粒团聚，并保证溶剂润湿石墨粉体，再加入一定比例的粘结剂、增塑剂，通过二次球磨，并加入除泡剂进行真空除泡，就可得到稳定、均一的浆料；(2)流延成膜、烘干：将浆料输送到流延机容器中，合理设定浆料液面高度、流延刮刀的刀口高度、流延机的走带速度三个参数，可获得所需膜的厚度，静置稳定的膜经钢带平移，通过多个烘干温区烘干；(3)真空轧膜增密(真空度在0.1pa-1000pa之间)、辊压制槽：将具备一定强度的膜导入轧膜机双辊中，轧膜机设定为真空状态，轧膜机布置有多组不同间距的辊轮，逐步减小间距增加密度定型，最后一组辊轮为成型槽轮，是根据双极板氢气扩散要求设计的成型模辊，经过辊压，形成氢气、氧气、水等气流场；(4)裁片、整形、冲孔：根据设计尺寸要求设计冷压膜，双极板冲压成型，冲压后去毛刺，棱角倒钝修光，进行冲孔；(5)烧结再次增密：在惰性气体保护情况下，对石墨双极板进行高温处理，利用沥青等液相物质粘结固体颗粒，起到再次增密作用。本专利技术可采用100-500目人造石墨为原料，并按照石墨粉质量百分比加入如下组分：10-25％的分散剂，所述分散剂为二甲基甲硫胺、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种或多种；10-25％的溶剂，所述溶剂为乙醇；10-20％的粘结剂，所述粘结剂为乙烯基树脂或双酚；5-20％的增塑剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇；0.1-1.5％的除泡剂，所述除泡剂为聚醚消泡剂、乙二醇或正丁醇；二次球磨时间为2-20小时。本专利技术还可采用表面包覆有质量百分比5-10％100-150℃沥青的100-500目人造石墨粉为原料，并按照包裹沥青后的石墨粉质量百分比加入如下组分：15-30％的分散剂，所述分散剂为二甲基甲硫胺、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种或多种；10-25％的溶剂，所述溶剂为乙醇；5-10％的粘结剂，所述粘结剂为乙烯基树脂或双酚；5-20％的增塑剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇；0.1-1.5％的除泡剂，所述除泡剂为聚醚消泡剂、乙二醇或正丁醇；二次球磨时间为2-20小时。进一步的，所述步骤(2)中烘干温度为200℃-500℃，所述步骤(5)中烧结温度为900℃-1300℃，烧结时间为0.5-3小时。本专利技术还可采用表面包覆有质量百分比2-5％的金属镍的100-500目人造石墨粉为原料，并按照包裹金属镍的石墨粉质量百分比加入如下组分：15-30％的分散剂，所述分散剂为二甲基甲硫胺、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种或多种；10-25％的溶剂，所述溶剂为乙醇；5-10％的粘结剂，所述粘结剂为乙烯基树脂或双酚；5-20％的增塑剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇；0.1-1.5％的除泡剂，所述除泡剂为聚醚消泡剂、乙二醇或正丁醇；二次球磨时间为2-20小时。进一步的，所述步骤(2)中烘干温度为200℃-500℃，所述步骤(5)中烧结温度为900℃-1300℃，烧结时间为0.5-3小时。本专利技术还提供了由上述方法制备的氢燃料电池的双极板。利用以上方法可获得厚度0.1-1mm、致密性高、高强度、韧性好、导电性好、耐腐蚀的氢燃料电池用石墨类双极板。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术首次将流延成膜技术应用到了氢燃料电池的双极板制备中，该制备方法可替代落后的机械加工成型方式或模压成型方式，并且可以批量生产超薄的双极板，且制备出的电极板致密性、耐腐蚀、韧性、导电性、强度性能都十分优异。具体实施方式实施例1本实施例采用100-500目人造石墨为原料制备氢燃料电池用石墨类双极板，步骤如下：(1)制浆：按照石墨粉质量百分比10-25％加入分散剂二甲基甲硫胺，10-25％加入溶剂乙醇，5-20％加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，通过球磨或超声波振荡打开颗粒团聚，并保证溶剂润湿石墨粉体，按照石墨粉质量百分比10-20％加入粘结剂乙烯基树脂(P104-02)，二次球磨2-20小时，0.3％加入除泡剂乙二醇进行真空除泡，即可得到稳定、均一的浆料；(2)流延成膜、烘干：将浆料输送到流延机容器中，合理设定浆料液面高度、流延刮刀的刀口高度、流延机的走带速度三个参数，可获得所需膜的厚度，静置稳定的膜经钢带平移，通过多个烘干温区烘干，烘干温度为200℃；(3)真空轧膜增密、辊压制槽：将具备一定强度的膜导入轧膜机双辊中，轧膜机设定为真空状态，轧膜机布置有多组不同间距的辊轮，逐步减小间距增加密度定型，最后一组辊轮为成型槽轮，是根据双极板氢气扩散要求设计的成型模辊，经过辊压，形成氢气、氧气、水等气流场；(4)裁片、整形：根据设计尺寸要求设计冷压膜，双极板冲压成型，冲压后去毛刺，棱角倒钝修光；(5)烧结再次增密：在惰性气体保护下，对石墨双极板进行900℃高温烧结，时间为2小时，利用液相物质粘结固体颗粒，起到再次增密作用。利用以上方法制备的氢燃料电池用石墨双极板的性能参数如表1所示，其厚度为0.3mm。表1由上表可知，本实施例制备的双极板其致密性、强度、导电性、耐腐蚀等都十分优良。实施例2本实施例采用以质量百分比5-10％120℃的沥青包覆100-500目人造石墨粉为原料制备氢燃料电池用石墨类双极板，步骤如下：(1)制浆：按照包覆沥青的石墨粉质量百分比15-30％加入分散剂羧甲基纤维素(CMC)，10-25％加入溶剂乙醇，5-20％加入增塑剂聚乙二醇(聚合度8-100)，通过球磨或超声波振荡打开颗粒团聚，并保证溶剂润湿石墨粉体，5-10％加入粘结剂双酚，二次球磨2-20小时，0.2％加入除泡剂正丁醇进行真空除泡，即可得到稳定、均一的浆料；(2)流延成膜、烘干：将浆料输送到流延机容器中，合理设定浆料液面高度、流延刮刀的刀口高度、流延机的走带速度三个参数，可获得所需膜的厚度，静置稳定的膜经钢带平移，通过多个烘干温区烘干，烘干温度为500℃；(3)真空轧膜增密、辊压制槽：将具备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)制浆：将石墨粉与一定比例的分散剂加入溶剂中，使其混合均匀，再加入一定比例的粘结剂、增塑剂，通过二次球磨，并加入除泡剂进行真空除泡，就可得到稳定、均一的浆料；/n(2)流延成膜、烘干；/n(3)真空轧膜增密、辊压制槽；/n(4)裁片、整形、冲孔；/n(5)烧结再次增密。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制浆：将石墨粉与一定比例的分散剂加入溶剂中，使其混合均匀，再加入一定比例的粘结剂、增塑剂，通过二次球磨，并加入除泡剂进行真空除泡，就可得到稳定、均一的浆料；
(2)流延成膜、烘干；
(3)真空轧膜增密、辊压制槽；
(4)裁片、整形、冲孔；
(5)烧结再次增密。


2.根据权利要求1所述的氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，所述石墨粉以100-500目人造石墨为原料。


3.根据权利要求2所述的氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，所述人造石墨粉中加入质量百分比5-10％的100℃-150℃的沥青包覆后再与分散剂一起加入到溶剂中。


4.根据权利要求2所述的氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，所述人造石墨粉为表面包覆有质量百分比2-5％的金属镍的石墨粉，将所述石墨粉与分散剂一起加入到溶剂中。


5.根据权利要求1或2所述的氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，按照石墨粉质量百分比加入如下组分：10-25％的分散剂，所述分散剂为二甲基甲硫胺、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种或多种；10-25％的溶剂，所述溶剂为乙醇；10-20％的粘结剂，所述粘结剂为乙烯基树脂或双酚；5-20％的增塑剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇；0.1-1.5％的除泡剂，所述除泡剂为聚醚消泡剂、乙二醇或正丁醇；二次球磨时间为2-20小时。


6.根据权利要求3所述的氢燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于，按照包裹沥...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈跃峰，朱振明，陈甜，
申请(专利权)人：陕西六元碳晶股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61