一种用于燃料电池的石墨双极板及其制作工艺制造技术

本申请涉及燃料电池领域，具体公开了一种用于燃料电池的石墨双极板及其制作工艺。用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺包括以下步骤：S1、预压：在石墨板的一面或双面预压出排气纹，制得预压双极板；S2、模压：按照流道设计要求，在预压双极板经过预压后的一面或双面上模压出流道，制得双纹路的石墨双极板。本申请用于燃料电池的石墨双极板具有电导率高，力学性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池的石墨双极板及其制作工艺
本申请涉及燃料电池
，更具体地说，它涉及一种用于燃料电池的石墨双极板及其制作工艺。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置，燃料电池双极板是燃料电池关键部件之一，一般是由极板和流场组成，流场包括气体进口、气体反应区和气体出口，目前双极板的研究和应用主要集中在金属材料板、模压材料板和石墨材料板，石墨材料板是目前国内燃料电池最常用的双极板，导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀等性能较好。传统石墨双极板主要采用无孔石墨板或碳板，其制备方法主要使用石墨粉或焦炭加粘结剂，经捏合、模压后炭化、石墨化制成薄板，再通过模压一次成型技术得到气体流道，即所谓的“流场”，从而制成模压石墨双极板。针对上述中的相关技术，专利技术人认为石墨双极板在模压一次成型时，内部易产生气孔，使得电极板在通电后电阻率较高，导电性能有待提升。
技术实现思路
为了降低石墨双极板的电阻率，提升其导电性能，降低电能损耗，本申请提供一种用于燃料电池的石墨双极板及其制作工艺。第一方面，本申请提供一种用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，采用如下的技术方案：一种用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、预压：在石墨板的一面或双面预压出排气纹，制得预压双极板；S2、模压：按照流道设计要求，在预压双极板经过预压后的一面或双面上模压出流道，制得双纹路的石墨双极板。通过采用上述技术方案，由于在进行流道加工时，石墨板内部的石墨颗粒受力挤压，内部气体逸出，在石墨板内留下孔道，造成石墨双极板的密度较低，通电后电阻率较大，电能损耗较大，本申请采用两次加压的方式对石墨板进行加工，使石墨板内气体在预压时先排出一部分，先排出的一部分气体以较细小的气孔排除，防止一次模压成型，导致气体一次性排出，使得石墨板内的排气孔较大，导致石墨板的密度较小，导电性能较差；在预压后，对存在有一部分微小排气孔的石墨板再次加压，因石墨板内气体在预压时已经排出一部分，在模压时，气体排出量少，石墨板内石墨颗粒相互接触，增加了导电通道的数量，并增加了石墨板的密实度，从而提升了石墨电极板的导电性能，降低了电能损耗，优选的，所述步骤S1中预压的压力小于步骤S2中模压的压力。通过采用上述技术方案，预压时的压力小于模压时的压力，因压力变大，石墨双极板的密度增大，使石墨双极板内纳米石墨颗粒间有新的接触点，从而增加了石墨板内的导电通道，从而增强了石墨电极板的导电性能，预压时先用较小的压力排出电极板内的一部分气体，使电极板的气体以较小的孔隙内移除，以防止电极板内气体逸出孔隙较大，导电性能下降，然后用较大的压力模压石墨板，进一步增大石墨板的密实度，石墨板内的石墨颗粒相互接触，使预压时气体排出的孔隙消失，进一步降低电极板内气体含量，使电极板的导电性能提升，降低电能损耗。优选的，所述步骤S1中预压得到的排气纹深度为0.4-2mm，宽度为0.3-20mm；所述步骤S2中模压得到的流道深度为0.7-0.9mm，宽度为0.4-0.6mm。通过采用上述技术方案，因预压的压力小于模压的压力，使得排气纹的深度小于流道的深度，两次加压使石墨板更加密实，导电性能得到提升。优选的，所述石墨板的制备方法如下：(1)将天然鳞片石墨放入插层剂中浸渍，水洗，在850-950℃下膨胀10-15s，得到膨胀石墨；(2)向膨胀石墨中添加固含量为10-15％的纳米二氧化锡和氧化铈混合物，混合均匀，混合物的添加量为膨胀石墨用量的5-10％，氧化铈的添加量为纳米二氧化锡的1-2％；(3)将膨胀石墨在温度为350-400℃，微波频率为2400-2500MHz的条件下干燥；(4)将干燥后的膨胀石墨经辊压，制得密度为1.6-2.0g/cm3的石墨板。通过采用上述技术方案，使用天然石墨鳞片为原料制备可膨胀石墨，插层剂在石墨层之间形成化合物，保留石墨原有连续相的结构基础上增加石墨层间距，并减少边缘化合物的生成，经高温膨化，制成膨胀石墨，因膨化后的石墨较为蓬松，孔隙较大，向膨胀石墨内添加纳米二硫化锡和氧化铈，纳米二硫化锡和氧化铈的粒径较小，能充分填充在膨胀石墨的片层之间，从而使膨胀石墨的密实度增大，且二氧化锡的是一种非常好的透明导电材料，能改善石墨板的导电率，但力学性能较差，而氧化铈对二氧化锡的抗折、增韧效果显著，能在一定程度上增加二氧化锡晶相的形成的生长，是二氧化硅晶体成三维生长，从而提高石墨板的强韧性和导电性。优选的，所述步骤(3)中，将膨胀石墨干燥前，将膨胀石墨平铺在传送带上，向膨胀石墨上均匀喷涂固含量为5-10％的粒径为0.5-1.0um的辉绿岩纤维粉末，辉绿岩纤维粉末的喷涂量为膨胀石墨总量的2-5％。通过采用上述技术方案，向掺入纳米二氧化锡和氧化铈的膨胀石墨上喷涂辉绿岩粉末，辉绿岩粉末的粒径小，能填充至膨胀石墨的片层之间，而辉绿岩纤维的柔韧性高，强度稳定，易分散，能进一步提升膨胀石墨的强韧性。优选的，所述辉绿岩纤维粉末的制备方法如下：将辉绿岩矿石、焦粒和白云石按照1:0.3-0.4：0.2-0.5的质量比混合，在1450-1500℃熔融后，以3-3.5m/min的速度拉丝，制成纤维中间体，在拉丝的过程中，将碳纳米管以6-10MPa的压力雾化喷吹至纤维中间体的表面，碳纳米管的厚度为0.1-0.3um，干燥、粉碎，制成辉绿岩纤维粉末。通过采用上述技术方案，辉绿岩的化学性质稳定，耐热性好，熔体粘度较低，制成的纤维细度较小，抗拉强度较高，柔韧性较强，在制备辉绿岩纤维时向纤维中间体上喷吹碳纳米管，碳纳米管在在纤维中间体表面裹覆，形成厚度为0.1-0.3um的碳纳米管膜，碳纳米管的导电性能强，柔韧性非常好，可以拉伸，从而增强了辉绿岩纤维的柔韧性和拉伸性能，并使辉绿岩纤维具有导电性能，从而进一步增强石墨板的导电性能。优选的，所述膨胀石墨的平铺厚度为0.5-1cm。通过采用上述技术方案，因辉绿岩纤维粉末的粒径较小，喷吹时容易飞散，使膨胀石墨的平铺厚度较薄，能使辉绿岩纤维粉末在喷吹时，能充分接触到膨胀石墨，进而填充均匀、密实。优选的，所述步骤(1)中天然石墨和插层剂溶液的质量比为1:1-2.5。通过采用上述技术方案，插层剂的用量比天然石墨的用量高，能使天然石墨充分浸泡在插层剂内，使天然石墨差层充分，天然石墨膨胀完全。优选的，所述插层剂为由1-3重量份硝酸、0.6-1.2重量份高锰酸钾和0.3-0.8重量份磷酸混合制成。通过采用上述技术方案，硝酸、高锰酸钾和磷酸进行插层，能避免天然石墨边缘化合物的生成，对天然石墨膨胀效果好。第二方面，本申请提供一种用于燃料电池的石墨双极板，采用如下的技术方案：一种用于燃料电池的石墨双极板，由一种用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺制成。通过采用上述技术方案，制成的石墨双极板电阻率小，导电率高，电能损耗小，且力学性能好。综上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、预压：在石墨板的一面或双面预压出排气纹，制得预压双极板；/nS2、模压：按照流道设计要求，在预压双极板经过预压后的一面或双面上模压出流道，制得双纹路的石墨双极板。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预压：在石墨板的一面或双面预压出排气纹，制得预压双极板；
S2、模压：按照流道设计要求，在预压双极板经过预压后的一面或双面上模压出流道，制得双纹路的石墨双极板。


2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，其特征在于：所述步骤S1中预压的压力排小于步骤S2中模压的压力。


3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，其特征在于，所述步骤S1中预压得到的排气纹深度为0.4-2mm，宽度为0.3-20mm；
所述步骤S2中模压得到的流道深度为0.7-0.9mm，宽度为0.4-0.6mm。


4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨双极板的制作工艺，其特征在于，所述石墨板的制备方法如下：（1）将天然鳞片石墨放入插层剂中浸渍，水洗，在850-950℃下膨胀10-15s，得到膨胀石墨；
（2）向膨胀石墨中添加固含量为10-15%的纳米二氧化锡和氧化铈混合物，混合均匀，混合物的添加量为膨胀石墨用量的5-10%，氧化铈的添加量为纳米二氧化锡的1-2%；
（3）将膨胀石墨在温度为350-400℃，微波频率为2400-2500MHz的条件下干燥；
（4）将干燥后的膨胀石墨经辊压，制得密度为1.6-2.0g/cm3的石墨板。


5.根据权利要求4所述的用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，
申请(专利权)人：青岛岩海碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37