一种高导电性复合双极板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种高导电性复合双极板及其制备方法和应用，通过使用具有优异导电性的超细石墨粉填料，填充膨胀石墨内的细小孔隙，使复合双极板更加致密，孔隙率降低，最终获得高电导率、高强度、高气密性的复合双极板，提高燃料电池的输出效率。本发明专利技术使用基于超细石墨粉填充复合双极板原料方法的复合双极板制备工艺简单，成本低廉，尤其适用于快速批量处理，在燃料电池复合双极板领域适合推广应用。燃料电池复合双极板领域适合推广应用。燃料电池复合双极板领域适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高导电性复合双极板及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种高导电性复合双极板的制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是将燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的设备，由于不经热机过程，燃料电池不受卡诺循环的限制使得其具有较高的能量转化率。此外，燃料电池是环境友好型能源，常用氢气作为燃料的燃料电池技术能够有效解决电力不易长期存储问题，它与氢能是实现可再生能源规模化高效利用的重要载体，符合当今全球发展新能源的要求。
[0003]典型的单个燃料电池基本单元通常包括膜电极组件和双极板，其中膜电极组件由具有微孔层的气体扩散层、催化剂层和质子交换膜组成。双极板是燃料电池的关键组成部件，是燃料电池中的一个刚性支撑结构，在双极板上有反应物和冷却液流场，双极板主要负责燃料电池运行过程中的电流收集和散热。基于石墨材料和树脂材料制备的复合双极板是目前燃料电池较为主流的一种双极板，其具有良好的导电性、导热性、以及耐腐蚀性等优点，但同时存在脆性较大、易折断、机加工困难等问题。因为粘度较大的非导电性树脂很难填充所有孔隙，所有常规压制工艺制得的复合双极板内部存在较多微小孔隙，对强度、导电性、气密性不利。现有的，石墨材料和树脂材料制备复合双极板的工艺可参见公开号为CN107331879A、CN107046140A的专利技术专利申请。
[0004]有鉴于此，开发设计一种强度更大、气密性更好的复合双极板对燃料电池的发展具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的一个目的在于提供一种高强度、高气密性及高导电性的复合双极板的制备方法。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种由上述制备方法制得的高导电性复合双极板。
[0007]本专利技术的再一个目的在于提供一种基于上述高导电性复合双极板的具体应用。
[0008]为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0009]一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，在将预制石墨板热压成型之前，在预制石墨板表面喷涂或涂刷超细石墨粉的醇溶液；在将预制石墨板热压成型后，将双极板置于分散有超细石墨粉的树脂溶液中真空浸渍处理，利用超细石墨粉填充经过压制后的双极板内的微小孔隙。
[0010]更为优选的是，所述的一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将膨胀石墨预压制成型，形成低密度预制膨化石墨板；2）将第一超细石墨粉的醇溶液喷涂或涂刷至预制膨化石墨板表面，烘干；3）将烘干后的预制膨化石墨板在带有温度控制功能的模具中热压成型；4）将第二超细石墨粉分散于填充树脂溶液中，然后将热压成型的双极板至于树脂溶液中，通过真空浸渍的方法使树脂溶液浸入热压成型的双极板内部；5）浸渍结束后将过量的树脂溶液排除，并进行固化处理，得到高导电性复合双极板。
[0011]更为优选的是，在步骤1）中，所述膨胀石墨的密度在0.2
‑
0.6g/cm3之间，所述预制膨化石墨板的厚度为2～8mm，密度为0.4～1.0g/cm3。
[0012]更为优选的是，在步骤2）中，所述第一超细石墨粉为超细球状石墨粉、超细纤维状石墨粉、超细片状石墨粉中的一种，平均粒径为1～10μm；分散超细石墨粉的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或几种。
[0013]更为优选的是，在步骤2）中，烘干温度为40～120℃，烘干时间为20～120min。
[0014]更为优选的是，在步骤3）中，所述热压成型的压力为5～30MPa，成型温度为100～160℃，热压时间为3
‑
30min。
[0015]更为优选的是，在步骤4）中，所述第二超细石墨粉为超细球状石墨粉、超细纤维状石墨粉、超细片状石墨粉中的一种，粒径为2～6μm；所述树脂溶液为环氧树脂溶液、聚丙烯酸树脂溶液、酚醛树脂溶液中的一种或几种混合；所述树脂溶液的固含量为10～50%，用于稀释所述树脂的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或几种。
[0016]更为优选的是，在步骤4）中，固化温度为60～160℃，固化时间为20～120min。
[0017]本专利技术提供的一种高导电性复合双极板，其特征在于，利用如上所述的制备方法制得。
[0018]本专利技术还提供一种如上所述的高导电性复合双极板在燃料电池中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果是。
[0020]1）通过使用具有优异导电性的超细石墨粉喷涂在预制板表面，以及通过稀释树脂溶液降低其粘度、将双极板置于分散有超细石墨粉的树脂溶液中真空浸渍的方法，利用超细石墨粉填充双极板内的微小孔隙，不仅可以增加复合双极板的强度和气密性，还能提高复合双极板的导电能力，进而减小燃料电池的内阻，提高燃料电池输出性能。
[0021] 2）本专利技术使用的超细石墨粉填充复合双极板的制备方法简单，成本低廉，尤其适用于快速批量处理，在燃料电池柔性石墨双极板领域适合推广应用。
附图说明
[0022]图1所示为本专利技术提供的高导电性复合双极板制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合说明书的附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的描述，使本专利技术的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
[0025]一种高导电性复合双极板的制备方法，如图1所示，其制备原理为：第一步step1、将膨胀石墨预压制成型，形成低密度预制石墨板。第二步step2、将第一超细石墨粉的醇溶液喷涂至预制石墨板表面，烘干。第三步step3、将预制石墨板的在带有气体/冷却液流道与流道孔的模具中热压成型。第四步step4、将第二超细石墨粉分散于稀释过的树脂溶液中，将热压成型的双极板至于树脂溶液中，通过真空浸渍的方法使树脂浸入热压成型的双极板内部。第五步step5、浸渍结束后将过量的树脂排除，并进行固化处理，最终获得高电导率、
高强度、高气密性柔性石墨双极板，减小柔性石墨双极板处阻抗，提升燃料电池整体效率。
[0026]实施例1。
[0027]一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤。
[0028]1）将密度为0.2g/cm3的膨胀石墨预压制成型，形成密度为0.4g/cm3、厚度为5mm的低密度预制石墨板。
[0029]2）将平均粒径为5μm的超细球状石墨粉的乙醇溶液喷涂至步骤1）制得的低密度预制石墨板表面，在50℃下烘干60min。
[0030]3）使用15MPa的成型压力和120℃的成型温度并保持15min，对表面喷涂有超细球状石墨粉预制石墨板进行模压成型。
[0031]4）将平均粒径为5μm的超细球状石墨粉分散于固含量为10%的环氧树脂乙醇溶液中制得浸渍溶液1，然后将模压成型的双极板置于浸渍溶液1中，通过真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，在将预制石墨板热压成型之前，在预制石墨板表面喷涂或涂刷超细石墨粉的醇溶液；在将预制石墨板热压成型后，将双极板置于分散有超细石墨粉的树脂溶液中真空浸渍处理，利用超细石墨粉填充经过压制后的双极板内的微小孔隙。2.根据权利要求1所述的一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将膨胀石墨预压制成型，形成低密度预制膨化石墨板；2）将第一超细石墨粉的醇溶液喷涂或涂刷至预制膨化石墨板表面，烘干；3）将烘干后的预制膨化石墨板在带有温度控制功能的模具中热压成型；4）将第二超细石墨粉分散于填充树脂溶液中，然后将热压成型的双极板至于树脂溶液中，通过真空浸渍的方法使树脂溶液浸入热压成型的双极板内部；5）浸渍结束后将过量的树脂溶液排除，并进行固化处理，得到高导电性复合双极板。3.根据权利要求2所述的一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述膨胀石墨的密度在0.2
‑
0.6g/cm3之间，所述预制膨化石墨板的厚度为2～8mm，密度为0.4～1.0g/cm3。4.根据权利要求2所述的一种高导电性复合双极板的制备方法，其特征在于，在步骤2）中，所述第一超细石墨粉为超细球状石墨粉、超细纤维状石墨粉、超细片状石墨粉中的一种，平...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐明，孟子寒，唐浩林，隋邦杰，黄亮，龚聪文，
申请(专利权)人：广东省武理工氢能产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：