一种燃料电池复合极板及其制备方法技术

本申请公开了一种燃料电池复合极板及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：S01、将40％

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池复合极板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种燃料电池复合极板及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池利用燃料与氧气的化学转化产生电能，其核心组件包括膜电极单元。膜电极单元是由可传导质子的膜和分别设置在膜两侧的电极(阳极和阴极)构成的联合体。燃料电池一般由大量堆叠设置的膜电极单元构成，这些膜电极单元的电功率相互叠加。
[0003]燃料电池电堆是由多片双极板与膜电极组装而成，结构为双极板、膜电极、双极板、膜电极
……
其中双极板是燃料电池电堆的主要部件，占据电池电堆整体成本的40％以上。双极板起着分隔阳极反应物和阴极反应物、支撑整个电池系统的重要作用。燃料电池内部的微酸性环境对双极板材料的性能要求比较高，目前只有纯石墨材料能够完全满足双极板材料性能上的要求。但是，纯石墨材料的制造及加工成本都很高，而且加工困难，易于破碎，很难批量生产。目前，也有采用金属双极板制备燃料电池的，但是，金属双极板的加工成本很高，且寿命较短，长期在酸性环境下使用很容易被腐蚀。
[0004]目前，石墨基复合双极板因其加工条件及成本上的优势，应用潜力巨大。但是，石墨基复合双极板成型强度较低，无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板制备得到的电堆整体体积较大、功率密度小，很难满足燃料电池电堆的使用需要。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供一种燃料电池复合极板及其制备方法，旨在解决现有的石墨基复合双极板成型强度较低、无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板制备得到的电堆整体体积较大、功率密度小，很难满足燃料电池电堆的使用需要等问题。本申请能够改善极板最薄处难以成型的问题，制备得到的燃料电池复合极板成型强度较好，能够得到厚度较薄的极板；采用本申请燃料电池复合极板制得的电堆整体体积较小、功率密度较大，可以满足燃料电池电堆的使用需要。
[0006]为实现上述目的，一方面，本专利技术实施例提供一种燃料电池复合极板的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S01、将40％
‑
90％石墨基体、5％
‑
50％树脂和0
‑
40％导电填充物混合均匀，得到混合物；将所述混合物进行多道辊压，得到预制板；所述多道辊压中的第一道辊压的辊子上设置有多个凸点；
[0008]S02、将步骤S01中的预制板置于导电基材的表面，于150℃
‑
450℃辊压1min
‑
15min，冷却至室温，得到燃料电池复合极板；所述辊压的辊子上设置有花纹；
[0009]所述百分比为重量百分比。
[0010]作为优选的实施方式，步骤S01中，
[0011]所述石墨基体优选为膨胀石墨、鳞片石墨和微晶石墨中的一种或者至少两种的混
合物。
[0012]所述树脂优选为聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、酚醛树脂(PF)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)和聚醚酰亚胺(PEI)中的一种或者至少两种的混合物。
[0013]所述导电填充物优选为炭黑、碳纤维、纳米碳管和石墨烯中的一种或者至少两种的混合物。
[0014]所述混合优选在混炼机、球磨机、砂磨机、气流粉碎机或者桨式搅拌机中进行混合。
[0015]所述辊压优选在辊压机中进行。
[0016]所述辊压优选采用3
‑
5道压辊，第一道压辊的间隙设置为15mm
‑
20mm，第一道压辊之后的压辊的间隙设置逐级递减1mm
‑
4mm。
[0017]所述预制板的密度为0.05g/cm3‑
0.5g/cm3，厚度为3mm
‑
20mm。
[0018]步骤S01中，通过在第一道辊压的辊子上设置多个凸点，能够实现原料粉末辊压成型预制板过程中的排气，并有效增强各原料粉末之间的物理交联，保证预制板的性能满足本申请需要。在最后一道辊压的末端可以增加收卷滚轴进行预制板的收卷。
[0019]作为优选的实施方式，步骤S02中，
[0020]所述导电基材优选为碳纸、碳纤维布、石墨纸或者金属薄片。
[0021]所述导电基材的厚度为0.05mm
‑
0.3mm。
[0022]所述预制板和所述导电基材具有相同的形状和面积。
[0023]所述燃料电池复合极板的流道设置于所述预制板远离所述导电基材的表面上。
[0024]所述燃料电池复合极板的抗弯强度优选为20MPa
‑
80MPa，导电率优选为100S/cm
‑
600S/cm。
[0025]所述燃料电池复合极板的最薄处厚度优选为0.20mm
‑
0.25mm。
[0026]步骤S02中，通过在辊压的辊子上设置花纹，能够实现预制板辊压成型燃料电池复合极板过程中的排气，并有效增强燃料电池复合极板各原料之间的物理交联，保证燃料电池复合极板的性能满足本申请需要。
[0027]另一方面，本申请实施例还提供由上述制备方法得到的燃料电池复合极板。
[0028]本专利技术通过以40％
‑
90％石墨基体、5％
‑
50％树脂和0
‑
40％导电填充物混合制备预制板，利用树脂和导电填充物、并控制辊压的条件有效增强预制板的成型强度，通过导电基材进一步保证燃料电池复合极板的成型强度；能够解决极板最薄处难以成型的问题，制备得到的燃料电池复合极板成型强度较好，能够得到厚度较薄的燃料电池复合极板；采用本申请燃料电池复合极板制得的电堆整体体积较小、功率密度较大，可以满足燃料电池电堆的使用需要。由于原料混合过程中避免了溶剂的加入，因而本申请方法对环境更友好，能耗也更低。本专利技术的制备方法简单，生产成本较低，生产效率较高，易于批量化或大规模生产。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例的燃料电池复合极板的制备方法的一种辊压方式(上下均有压辊加工)的示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例的燃料电池复合极板的制备方法的另一种辊压方式(上压辊、下用传送带运输)的示意图。
[0032]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池复合极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S01、将40％
‑
90％石墨基体、5％
‑
50％树脂和0
‑
40％导电填充物混合均匀，得到混合物；将所述混合物进行多道辊压，得到预制板；所述多道辊压中的第一道辊压的辊子上设置有多个凸点；S02、将步骤S01中的预制板置于导电基材的表面，于150℃
‑
450℃辊压1min
‑
15min，冷却至室温，得到燃料电池复合极板；所述辊压的辊子上设置有花纹；所述百分比为重量百分比。2.根据权利要求1所述的燃料电池复合极板的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述石墨基体为膨胀石墨、鳞片石墨和微晶石墨中的一种或者至少两种的混合物。3.根据权利要求1所述的燃料电池复合极板的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述树脂为聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚醚砜和聚醚酰亚胺中的一种或者至少两种的混合物。4.根据权利要求1所述的燃料电池复合极板的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述导电填充物为炭黑、碳纤维、纳米碳管和石墨烯中的一种或者至少两种的混合物。5.根据权利要求1所述的燃料电池复合极板的制备方法，其特征在于，步骤S01...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华农，高鹏然，王猛，
申请(专利权)人：深圳市雄韬电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：