用于双极板的组合物和制造所述组合物的方法技术

本发明专利技术涉及用于双极板的新型组合物和制造所述组合物的方法。更特别地，本发明专利技术涉及制造组合物的方法，其包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于双极板的组合物和制造所述组合物的方法


[0001]本专利技术涉及用于双极板的新型组合物、制造所述组合物的方法、从所述组合物获得的双极板以及通过注射制造所述板的方法。

技术介绍

[0002]双极板用于燃料电池和氧化还原液流电池中。它们可由多种材料制成：金属双极板、石墨板和碳
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聚合物复合板。
[0003]基于有机复合材料的双极板的原理是基于使用分散在热塑性或热固性聚合物中的传导(conductive，导电)填料(碳、石墨等)。填料为双极板提供了收集电流所需的导电性，并且聚合物基体为双极板提供了组装各种元件所需的适当机械强度。
[0004]碳
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聚合物复合双极板具有有利的性质：高导电性，良好的耐腐蚀性，在高温下的良好性能，和良好的机械性质，以及相对较低的制造成本。在这些复合双极板中，热固性或热塑性聚合物用作选自石墨、碳纤维、炭黑或碳纳米管的基于碳的填料的基体。尽管复合双极板的电性能主要取决于基于碳的填料，但构成聚合物基体的材料也对复合材料的电性能产生影响。
[0005]热固性聚合物
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石墨复合材料是用于制造双极板的优选材料。然而，基于热塑性聚合物的复合材料，尤其是在高温下稳定的热塑性塑料，已经由于其能够注射模塑的能力而被用于制造双极板，这使得它们更适合于自动化制造。这样的复合材料使用含有石墨粉末的聚苯硫醚(PPS)或聚醚砜(PES)来制备，如Radhakrishnan,S.等在以下出版物中所报道的：“High
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temperature,Polymer
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graphite Hybrid Composites for Bipolar Plates:Effect of Processing Conditions on Electrical Properties”,Journal of Power Sources,2006,第163卷,第702
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707页。
[0006]Mighri F.等的出版物“Electrically conductive thermoplastic blends for injection and compression molding of bipolar plates in the fuel cell application”,Polymer Engineering and Science,2004,第44卷,No.9描述了使用压缩和注射方法从石墨、炭黑和聚丙烯或聚苯硫醚而开始制备的双极板。
[0007]在制造石墨/聚合物复合双极板的这两种主要方法中，注射方法是可减少制造周期时间的方法。因此，其为大幅降低成本开辟了前景。然而，与压缩相比，它具有一些缺点。尤其是，由于填料含量高，该配制物非常粘稠并且变得难以通过注射方法制造。与压缩方法相比，通常会增加所使用的聚合物的含量，从而保持易于施用。使用较高含量的聚合物粘合剂具有降低板的传导性(conductivity，导电性)的缺点。因此，主要挑战是在配制物粘度和板传导性之间找到最佳折衷。此外，在这种类型的方法中，由于优先朝向表面迁移，板的表面经常富含聚合物。因此，降低了表面传导性，并且需要额外的表面处理步骤以除去传导性较低的该层。
[0008]需要提供用于通过注射制造双极板的组合物，其粘度适合于用于注射双极板的方法。

技术实现思路

[0009]根据第一方面，本专利技术涉及组合物的制造，其包括以下步骤：
[0010]‑
将熔融的热塑性含氟聚合物与第一传导填料混合以获得传导含氟聚合物；
[0011]‑
研磨所述传导含氟聚合物以将其缩小成粉末；
[0012]‑
将传导含氟聚合物粉末与第二传导填料混合。
[0013]根据一个实施方案，第二传导填料是石墨。
[0014]根据一个实施方案，第一传导填料选自：电子传导聚合物，衍生自碳的填料，例如石墨、碳纤维、碳纳米管、炭黑、石墨烯以及其混合物，第一传导填料优选为炭黑。
[0015]本专利技术还涉及通过上述方法获得的组合物。
[0016]本专利技术还涉及包含第二传导填料和传导含氟聚合物的颗粒的组合物。传导含氟聚合物的颗粒以特征性的方式包含其中分散有第一传导填料的含氟聚合物基体。
[0017]根据一个实施方案，在根据本专利技术的组合物中，传导含氟聚合物以范围为10％至70％、优选10％至40％、有利地15％至30％的量存在，并且第二传导填料以范围为30％至90％、优选60％至90％、有利地70％至85％的量存在，基于组合物的总重量计。
[0018]根据一个实施方案，在传导含氟聚合物组合物中，第一传导填料以范围为0.1％至20％、优选0.1％至10％、有利地0.25％至8％的量存在，基于所述组合物的总重量计。
[0019]根据另一方面，本专利技术涉及制造双极板的方法，其包括以下步骤：
[0020]‑
根据上述方法制备组合物，或提供如上所述的组合物，和
[0021]‑
使所述组合物经历注射模塑。
[0022]本专利技术还涉及通过上述方法获得的或包含上述组合物的双极板。
[0023]本专利技术使得可克服现有技术的缺点。更特别地，其提供了可容易施用的用于制造不具有任何绝缘区域的双极板的组合物，这通过相对于非传导PVDF含氟聚合物+石墨板组合物而言的改进的传导性而得到反映。
[0024]这通过使用包含其中分散有传导填料的含氟聚合物的粘合剂来实现。如此获得的导电粘合剂的使用具有多个优点。首先，传导粘合剂的使用使得可通过减少或甚至消除板的主要填料的颗粒之间的聚合物的电绝缘区域来降低板的电阻率。其次，其使得可避免双极板表面的后续处理，例如通过喷砂进行的后续处理，当粘合剂仅仅由一种热塑性聚合物组成时，在通过注射模塑进行的板制造之后通常需要这样的后续处理，以除去绝缘聚合物层。
[0025]本专利技术还提供了制备具有上述优点的组合物的方法。将熔融的含氟聚合物与第一传导填料混合，然后在单独的步骤中将第二传导填料并入到所述混合物中，使得可获得复合双极板组合物，其中粘合剂包含传导含氟聚合物，即其中分散有第一传导填料的含氟聚合物。然后可容易地施用传导含氟聚合物。
具体实施方式
[0026]以下进一步详细描述本专利技术。
[0027]本文指出的百分比是质量百分比。
[0028]双极板组合物
[0029]根据第一方面，本专利技术涉及适合用于制造双极板的组合物。所述组合物包含基于
碳的传导填料(在本文中称为“第二传导填料”)的颗粒和传导含氟聚合物的颗粒的混合物，所述传导含氟聚合物包含分散在热塑性聚合物基体中的传导填料(在本文中称为“第一传导填料”)。
[0030]根据各种实施方案，所述组合物包含以下特征，在适当的情况下将所述特征进行组合。
[0031]组合物可呈粉末的形式，并且在这种情况下，将传导含氟聚合物颗粒与第二传导填料颗粒混合。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制造组合物的方法，其包括以下步骤：ο将熔融的含氟聚合物与第一传导填料混合以获得传导含氟聚合物；ο研磨所述传导热塑性聚合物以将其缩小成粉末；ο将传导含氟聚合物粉末与第二传导填料混合。2.如权利要求1所述的方法，其中第二传导填料是石墨。3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中第一传导填料选自：电子传导聚合物、炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨、碳纤维以及其混合物，第一传导填料优选为炭黑。4.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其中将传导含氟聚合物粉末与第二传导填料混合的步骤是在挤出机中进行的配混步骤。5.如权利要求1至4中的一项所述的方法，其中第一传导填料构成0.1％至20％，优选0.1％至10％，有利地0.25％至8％，基于所述传导热塑性聚合物的重量计。6.如权利要求1至5中的一项所述的方法，其中传导含氟聚合物以范围为10％至70％、优选10％至40％、有利地15％至30％的量存在，并且第二传导填料以范围为30％至90％、优选60％至90％、有利地70％至85％的量存在，基于组合物的总重量计。7.如权利要求1至6中的一项所述的方法，其中将传导含氟聚合物研磨成体积平均直径(Dv50)的范围为10μm至1mm的粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：S比泽特，J乔韦奥，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：