本发明专利技术提供了一种改性氧化石墨烯涂层双极板的制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：将石墨粉、钠盐加入浓硫酸中进行第一超声处理后缓慢加入高锰酸钾，再进行第二超声处理，完成超声后加入去离子水中进行混合，继续加入去离子水中止反应，得到第一溶液；在所述第一溶液中加入氧化剂和酸溶液，洗涤后进行超声剥离处理，得到氧化石墨烯分散液，对所述氧化石墨烯分散液依次进行高温处理和冷冻干燥处理得到改性氧化石墨烯；将所述改性氧化石墨烯与树脂加入到溶剂中，第三超声混合得到涂料，将所述涂料涂覆于极板表面，烘干固化得到金属双极板改性氧化石墨烯涂层双极板。本发明专利技术制备的改性氧化石墨烯涂层双极板具有优异的防腐性和导电剂。防腐性和导电剂。
【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化石墨烯涂层双极板的制备方法及其应用
[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，涉及一种改性氧化石墨烯涂层双极板的制备方法及其应用。
技术介绍
[0002]氢气作为一种新型的能量载体，与其他能源相比具有储量丰富、环境友好、分布范围广等优点，氢气不仅可以从化石能源中获得，它还是工业生产和化学反应的副产品。因此，氢气被认为是下一代化石能源的替代品。燃料电池可以直接将燃料(氢)和氧化剂(空气或氧气)中的化学能通过电化学反应转化为可用的电能，可成为环保、高效、可持续的发电方式。燃料电池中的化学反应不受卡诺循环的限制，使其能量转换效率远远高于内燃机。近年来，燃料电池技术逐渐成熟，燃料电池得到了广泛的应用，已经应用于汽车、便携式电源和分布式发电站等领域。
[0003]质子交换膜燃料电池具有清洁、启动快、运行温度低、能量利用率高的优点，它通常由双极板、膜电极、密封垫圈和端板组成。其中，双极板在质子交换膜燃料电池中具有重要功能，可以分离阴极和阳极、分配反应气体和传导电子，根据研究数据显示，双极板占总电堆成本的15～30％。质子交换膜燃料电池的工作环境通常是酸性(pH＝2.0～3.0)、温度为60～85℃，因此双极板应在该条件下具备良好的耐腐蚀性。
[0004]目前，制备双极板的材料主要分为三类，包括石墨双极板、复合双极板、金属双极板。其中，石墨双极板有良好的耐腐蚀性但是其力学强度低，导致石墨板偏厚，会降低电堆的功率密度；复合双极板材料通常由石墨、高分子树脂等材料组成，高分子树脂可以作为增强剂以增强石墨的强度，使得复合双极板具有高强度、耐腐蚀的性质，但是该类材料的弊端是其成本和接触电阻都偏高；金属双极板材料主要包含不锈钢、钛合金、铝等材料，这些金属材料的力学性能和导电性能都优于石墨双极板，金属双极板的厚度也较薄会减小电堆的体积，但是金属双极板在酸性高温环境下会被腐蚀，因此应该开发优良的金属双极板涂层提高极板的耐蚀性。
[0005]CN110667205A公开了一种氧化石墨烯涂层金属层状复合材料的制备方法，通过将氧化石墨烯滴涂在金属片表面厚进行真空干燥处理，得到具有氧化石墨烯涂层的金属片，然后将具有氧化石墨烯涂层的金属片在放电等离子烧结炉中一次进行层压和烧结处理，得到氧化石墨烯涂层金属层状复合材料。但是采用的氧化石墨烯为商用氧化石墨烯，与金属片的结合力不够，耐腐蚀性需要进一步提高。
[0006]CN108939929A公开了一种氧化石墨烯涂层的滤膜及其制备和结合强度评估方法。将氧化石墨烯分散在去离子水中配成悬浮溶液，在高压罐中施加高压，使得溶剂透过滤膜，在滤膜表面有序堆叠形成氧化石墨烯涂层，实现高结合强度，从而可以显著提高滤膜的抗污染和抗率性能，也就是提高了滤膜的抗腐蚀性能。但是，制备过程需要在高压罐中通入气体，控制高压罐的压力来得到氧化石墨烯涂层改性的滤膜，制备过程复杂，生产成本高，仪器控制复杂，不适合于大规模生产。
[0007]因此，如何大规模化生产一种防腐能力高的金属双极板是本领域重要的研究方向。
技术实现思路
[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性氧化石墨烯涂层的制备方法及其应用。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术的目的之一在于提供一种改性氧化石墨烯涂层双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011](1)将石墨粉、硝酸盐加入浓硫酸中进行第一超声处理后缓慢加入高锰酸钾，再进行第二超声处理，完成超声后加入去离子水中进行混合，继续加入去离子水中止反应，得到第一溶液；
[0012](2)在步骤(1)所述第一溶液中加入氧化剂和酸溶液，洗涤后进行超声剥离处理，得到氧化石墨烯分散液，对所述氧化石墨烯分散液依次进行高温处理和冷冻干燥处理得到改性氧化石墨烯；
[0013](3)将步骤(2)所述改性氧化石墨烯与树脂加入到溶剂中，第三超声混合得到涂料，将所述涂料涂覆于极板表面，烘干固化得到金属双极板改性氧化石墨烯涂层双极板。
[0014]本专利技术通过制备得到改性氧化石墨烯，将改性氧化石墨烯涂覆于不锈钢双极板上，形成致密的涂层，从而提高了双极板的耐腐蚀性能，除此之外，氧化石墨烯也为极板提供了优良的导电性，使金属双极板防腐与导电性能均有所提升，提高极板的寿命，满足商业化使用。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述石墨粉包括人造石墨和/或天然石墨。
[0016]优选地，步骤(1)所述钠盐包括硝酸钠、硝酸钾或硝酸钙中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：硝酸钠和硝酸钾的组合、硝酸钾和硝酸钙的组合或硝酸钠和硝酸钙的组合等。
[0017]优选地，步骤(1)所述石墨粉和钠盐的质量比为(1.5～2.5):1，其中所述质量比可以是1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2.0:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1或2.5:1等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，步骤(1)所述浓硫酸的浓度为95～98％，其中所述浓度可以是95％、96％、97％或98％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述浓硫酸和石墨粉的质量比为(40～70):1，其中所述质量比可以是40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1或70:1等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述第一超声处理的时间为25～35min，其中所述时间可以是25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，步骤(1)所述第一超声处理的温度为2～6℃，其中所述温度可以是2℃、3℃、4℃、5℃或6℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，步骤(1)所述第一超声处理的频率为200～500W，其中所述频率可以是200W、250W、300W、350W、400W、450W或500W等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，步骤(1)所述高锰酸钾与石墨粉的质量比为(3～5):1，其中所述质量比可以是3:1、4:1或5:1等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，步骤(1)所述高锰酸钾加入后静置100～150min，其中所述静置可以是100min、105min、110min、115min、120min、125min、130min、135min、140min、145min或150min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯涂层双极板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将石墨粉、硝酸盐加入浓硫酸中进行第一超声处理后缓慢加入高锰酸钾，再进行第二超声处理，完成超声后加入去离子水中进行混合，继续加入去离子水中止反应，得到第一溶液；(2)在步骤(1)所述第一溶液中加入氧化剂和酸溶液，洗涤后进行超声剥离处理，得到氧化石墨烯分散液，对所述氧化石墨烯分散液依次进行高温处理和冷冻干燥处理得到改性氧化石墨烯；(3)将步骤(2)所述改性氧化石墨烯与树脂加入到溶剂中，第三超声混合得到涂料，将所述涂料涂覆于极板表面，烘干固化得到金属双极板改性氧化石墨烯涂层双极板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石墨粉包括人造石墨和/或天然石墨；优选地，步骤(1)所述硝酸盐包括硝酸钠、硝酸钾或硝酸钙中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述石墨粉和钠盐的质量比为(1.5～2.5)：1；优选地，步骤(1)所述浓硫酸的浓度为95～98％；优选地，所述浓硫酸和石墨粉的质量比为(40～70):1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一超声处理的时间为25～35min；优选地，步骤(1)所述第一超声处理的温度为2～6℃；优选地，步骤(1)所述第一超声处理的频率为200～500W；优选地，步骤(1)所述高锰酸钾与石墨粉的质量比为(3～5):1；优选地，步骤(1)所述高锰酸钾加入后静置100～150min；优选地，步骤(1)所述第二超声处理的时间为25～35min；优选地，步骤(1)所述第二超声处理的温度为45～55℃；优选地，步骤(1)所述第二超声处理的频率为200～500W。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的温度为70～110℃；优选地，步骤(1)所述混合的时间为25～35min。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氧化剂包括双氧水；优选地，步骤(2)所述酸溶液包括盐酸；优选地，所述盐酸的浓度为3～8％；优选地，步骤(2)所述氧化剂与步骤(1)所述石墨的质量比为(4～6):1。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述超声剥离处理的超声频率为300～800W；优选地，步骤(2)所述超声剥离处理的时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：何仕豪，崔龙，郭轩成，孙宗华，吴芳敏，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。