一种高性能复合材料双极板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能复合材料双极板及制备方法，包括：获取原料，所述原料包括导电骨料、增强纤维和聚合物树脂，将导电骨料、增强纤维和聚合物树脂置于混料机中混合得到共混材料；将所述共混材料置于抛丸机内抛丸造粒得到颗粒料；将所述颗粒料置于烘箱中烘干；将烘干后的颗粒料置于模压成型模具中成型得到燃料电池双极板。该制备方法提升混料均匀性、简化生产工艺，实现了批量生产，且电学性能优异。且电学性能优异。且电学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能复合材料双极板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种高性能复合材料双极板及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池具有高功率密度、高效率、低排放、启动快等优点，被认为是一种很有前景的下一代清洁能源转换技术。双极板是质子交换膜电池（PEMFC）的关键部件之一，直接影响到电池组的性能和成本。
[0003]目前采用的双极板材料主要有不透性石墨、金属和复合材料。石墨材料开发较早，其导电性、化学稳定性和耐腐蚀性能好，而且制造方法已经比较成熟，是PEMFC广泛采用的极板材料，但其制作工艺复杂、成本高、时间长、成品合格率低。超薄金属板料制备容易，导电导热性能好，强度高，可以显著降低流场板厚度，提高PEMFC的比功率，是微型燃料电池的理想材料。但是在使用中存在的最大问题是金属在PEMFC的工作环境中被腐蚀，包括阴极氧化膜加厚、阳极腐蚀等，导致接触电阻增大、电极催化剂和膜受到污染，电池性能下降。复合材料双极板通常是以石墨为导电填料、工程塑料（或其它树脂）为粘结剂的复合材料通过注塑或模压成型技术制得具有流道的极板。这种复合材料双极板具有生产效率高、易于大批量生产、成本低等优点。但是目前复合材料双极板制备方法效率太低，难以实现批量化生产，布料困难，难以保证布料均匀，混合不均匀，会有局部结块现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了提升布料和混料的均匀性，提供了一种高性能复合材料双极板及其制备方法，该制备方法提升混料均匀性、简化生产工艺，实现了批量生产，且电学性能优异。
[0005]本专利技术所采取的技术方案为：一种高性能复合材料双极板，包括S01 获取原料，所述原料包括导电骨料、增强纤维和聚合物树脂，将导电骨料、增强纤维和聚合物树脂置于混料机中混合得到共混材料；S02 将所述共混材料置于抛丸机内抛丸造粒得到颗粒料；S03 将所述颗粒料置于烘箱中烘干；S04 将烘干后的颗粒料置于模压成型模具中成型得到燃料电池双极板。
[0006]进一步的，所述导电骨料、增强纤维和聚合物树脂混合后进行高速搅拌，搅拌速度为3000r/min。
[0007]进一步的，所述共混材料造粒后的颗粒料粒径为3~5mm。
[0008]进一步的，烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为0.5-1h。
[0009]进一步的，步骤S04的成型温度为150-170℃，成型压力30-60MPa，保压时间1-5min。
[0010]进一步的，所述增强纤维为碳纤维粉，所述碳纤维粉为300~400目。
[0011]进一步的，所述导电骨料为天然鳞片石墨、炭黑、石墨烯浆料。
[0012]进一步的，所述原料中还包括有添加剂，所述添加剂与所述导电骨料、增强纤维和聚合物树脂置于混料机中混合得到共混材料。
[0013]进一步的，各组分质量比为：导电骨料及增强纤维：70%-80%聚合物树脂及添加剂：20%-30%。
[0014]进一步的，所述添加剂为偶联剂、内脱模剂。
[0015]进一步的，聚合物树脂采用环氧改性的酚醛树脂（液态）。
[0016]本专利技术还提供了，上述新型燃料电池双极板制备方法制得的新型燃料电池双极板本专利技术所产生的有益效果包括：1、本专利技术采用高速强制机械搅拌的方式混合物料，各物料混合的更加均匀。采用该工艺比普通的低速机械混合方式得到的复合材料制备出的双极板电导率要高、力学性能更优异。2、本专利技术采用颗粒布料，取代粉状布料，操作便捷，布料均匀，提高了生产效率。3、本专利技术复合材料制备出的燃料电池双极板具有高导电性能，常温下体积电导率为180-250S/cm，常温弯曲强度达到40-55MPa，室温下密度为1.8-1.85g/cm3。
附图说明
[0017]图1 本专利技术中制备方法的流程图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的解释说明，但应当理解为本专利技术的保护范围并不受具体实施例的限制。
[0019]实施例1材料成分：天然鳞片石墨65.5wt%，炭黑3wt%，石墨烯浆料3%，碳纤维粉300目5wt%，环氧酚醛树脂22wt%，添加剂1.5wt%；如图1，采用高速搅拌混合和抛丸造粒得到3mm颗粒料，搅拌速度为3000r/min；60℃烘干1h；颗粒均匀放入模具内热压成型，成型压力：60MPa，成型温度：165℃，固化时间：3min。
[0020]所制备的复合材料性能如下：电导率：240S/cm；弯曲强度：50.6MPa。
[0021]实施例2材料成分：天然鳞片石墨61wt%，炭黑3wt%，石墨烯浆料3%，碳纤维粉300目3.5wt%，环氧酚醛树脂28wt%，添加剂1.5wt%；采用高速搅拌混合和抛丸造粒得到3mm颗粒，搅拌速度为3000r/min；70℃烘干40min；颗粒均匀放入模具内热压成型，成型压力：50MPa，成型温度：160℃，固化时间：3min。
[0022]所制备的复合材料性能如下：电导率：185S/cm；弯曲强度：52.5MPa。
[0023]实施例3材料成分：天然鳞片石墨63.5wt%，炭黑3wt%，石墨烯浆料3%，碳纤维粉300目4wt%，环氧酚醛树脂25wt%，添加剂1.5wt%；采用高速搅拌混合和抛丸造粒得到5mm颗粒，搅拌速度为3000r/min；70℃烘干40min；颗粒均匀放入模具内热压成型，成型压力：60MPa，成型温度：170℃，固化时间：2min。
[0024]所制备的复合材料性能如下：电导率：198S/cm；弯曲强度：48.7MPa。
[0025]实施例4材料成分：天然鳞片石墨67.5wt%，炭黑3wt%，石墨烯浆料3%，碳纤维粉400目5wt%，环氧酚醛树脂20wt%，添加剂1.5wt%；采用高速搅拌混合和抛丸造粒得到3mm颗粒，搅拌速度为3000r/min；60℃烘干1h；颗粒均匀放入模具内热压成型，成型压力：40MPa，成型温度：155℃，固化时间：5min。
[0026]所制备的复合材料性能如下：电导率：250S/cm；弯曲强度：41.8MPa。
[0027]实施例5材料成分：天然鳞片石墨64.5wt%，炭黑3wt%，石墨烯浆料3%，碳纤维粉400目3wt%，环氧酚醛树脂25wt%，添加剂1.5wt%；采用高速搅拌混合和抛丸造粒得到5mm颗粒，搅拌速度为3000r/min；80℃烘干0.5h；颗粒均匀放入模具内热压成型，成型压力：50MPa，成型温度：165℃，固化时间：3min。
[0028]所制备的复合材料性能如下：电导率：204S/cm；弯曲强度：43.6MPa。
[0029]对比例与实施例1的不同之处在于采用球磨混合混料。
[0030]结果如表1，从表中可以看出，高速混合制备的双极板电导率和抗弯强度都比球磨混合要高。
[0031]表 1 不同混合方式制备的双极板性能对比混合方法电导率（S/cm）抗弯强度（MPa）对比例-球磨混合15041.3实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能复合材料双极板制备方法，其特征在于：包括S01 获取原料，所述原料包括导电骨料、增强纤维和聚合物树脂，将导电骨料、增强纤维和聚合物树脂置于混料机中混合得到共混材料；S02 将所述共混材料置于抛丸机内抛丸造粒得到颗粒料；S03 将所述颗粒料置于烘箱中烘干；S04 将烘干后的颗粒料置于模压成型模具中成型得到燃料电池双极板。2.根据权利要求1所述的高性能复合材料双极板制备方法，其特征在于：所述导电骨料、增强纤维和聚合物树脂混合后进行高速搅拌，搅拌速度为3000r/min。3.根据权利要求1所述的高性能复合材料双极板制备方法，其特征在于：所述共混材料造粒后的颗粒料粒径为3~5mm。4.根据权利要求1所述的高性能复合材料双极板制备方法，其特征在于：烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为0.5-1h。5.根据权利要求1所述的高性能复合材料双极板制备方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐娜，
申请(专利权)人：江苏氢璞创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：