一种增强型复合石墨极板的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种增强型复合石墨极板的制造方法，该方法包括，将碳纤维和导电填充物质混合均匀后，加入酚醛树脂和环氧树脂，以乙醇作为球磨助剂置于球磨机中混合均匀，然后热压而成；其中导电填充物质为石墨烯和膨胀石墨，其中增强型复合石墨极板的孔隙率低于0.45%，电导率大于450S/cm、抗弯强度大于80Mpa，导热率大于1450W/（m

【技术实现步骤摘要】
一种增强型复合石墨极板的制造方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种增强型复合石墨极板的制造方法。

技术介绍

[0002]燃料电池能够将燃料和氧化剂的化学能转换为电能，其能量转换效率不受卡诺热机循环理论效率的限制，具有高效、环境友好、安静、可靠性高等优点，在众多领域具有广阔的发展前景。
[0003]双极板是燃料电池的关键组件，占据了电池成本的45％和质量的80％。因此，除了支撑电池、输送气体、在外部电路中充当集流体之外，双极板也担负着燃料电池的散热等重要作用。石墨单晶的面向热导率达2000W/(mK)，被认为是一种发展潜力巨大的新型导热材料，并且石墨具有优良的导电性和化学稳定性，无孔的导电石墨板成为理想的双极板材料。但是模压板孔隙率较高、孔径分布不规律，树脂填充的不均匀性，导致整体的导电性有偏差，电池整体运行一致性下降。若提高热压的压力，虽然能够得到密度较高的双极板，降低孔隙率，但是极板的脆性较强，抗弯强度下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种增强型复合石墨极板的制造方法，该方法包括，将碳纤维和导电填充物质混合均匀后，加入酚醛树脂和环氧树脂，以乙醇作为球磨助剂置于球磨机中混合均匀，然后热压而成；其中导电填充物质为石墨烯和膨胀石墨，其中膨胀石墨的数均粒径D50为350
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400nm，数均粒径D90为600
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800nm，数均粒径D10为150
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200nm，碳纤维的直径D为280
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340nm，长度为5
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10微米，且满足以下关系式D/D50介于0.80
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0.85之间；D90/D10介于4.2
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5.3之间，并且石墨烯，膨胀石墨和碳纤维的质量比为，（石墨烯质量+膨胀石墨质量）/碳纤维质量介于1.8
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2.2之间，且膨胀石墨质量/石墨烯质量介于4
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6:1之间；其中增强型复合石墨极板的孔隙率低于0.45%，电导率大于350S/cm、抗弯强度大于50Mpa，导热率大于1450W/（m
·
k）。
[0005]具体方案包括：一种增强型复合石墨极板的制造方法，所述石墨极板包括碳纤维交织构成的导电网络以及填充在网络中的导电填料，所述导电填料包括膨胀石墨和石墨烯；所述碳纤维的直径D为280
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340nm，长度为5
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10微米，所述膨胀石墨的数均粒径D50为350
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400nm，数均粒径D90为600
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800nm，数均粒径D10为150
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200nm，且满足以下关系式：D/D50介于0.80
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0.85之间；D90/D10介于4.2
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5.3之间，方法包括：1）称取预定质量的将碳纤维，膨胀石墨和石墨烯，混合均匀，其中，（石墨烯质量+膨胀石墨质量）/碳纤维质量介于1.8
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2.2之间，且膨胀石墨质量/石墨烯质量介于4
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6:1之间；2）向混合物中加入酚醛树脂和环氧树脂，加入乙醇作为球磨助剂，置于球磨机中球磨得到混合均匀的浆料；
3）将浆料置于模具中，第一阶段热压固化预定时间，然后第二阶段热压固化预定时间，得到极板，其中第二阶段热压的压力为150Mpa以上；4）将极板取出，清洗，干燥。
[0006]进一步优选的，所述步骤3）中，第一段热压的压强范围为20
‑
100MPa，加热温度为160
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175℃，固化时间为30
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60min；第二段热压的压强范围为150
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200MPa，加热温度为160
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175℃，固化时间为30
‑
60min。
[0007]进一步优选的，其中石墨烯的数均粒径D50为40
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80nm，膨胀石墨质量/石墨烯质量为4.5
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5.3:1。
[0008]进一步优选的，其中质量比例，（碳纤维+膨胀石墨+石墨烯）：（酚醛树脂+环氧树脂）为1:0.65
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0.75。
[0009]进一步优选的，酚醛树脂和环氧树脂的质量比为1:0.5
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2。
[0010]进一步优选的，步骤2中，加入乙醇的量为固体混合材料总质量的0.5
‑
2倍。
[0011]进一步优选的，其中球磨速度为800
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1200r/min，时间为0.5
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4h。
[0012]进一步优选的，一种增强型复合石墨极板，所述极板由所述的制造方法制备得到。
[0013]本专利技术的有益技术效果：1）本专利技术采用碳纤维在石墨极板中交织形成网络，采用膨胀石墨和石墨烯作为导电填料，在提高导电性的同时，提高极板的机械性能；2）使用石墨烯作为导电填料，极大的提高的石墨极板的导电性能；3）尤其是，专利技术人发现碳纤维的结构参数，和膨胀石墨的结构参数对于形成极板的性能具有显著的影响，主要是碳纤维的直径，膨胀石墨的数均粒径D50以及D90/D10的参数影响十分明显，当所述碳纤维的直径D，所述膨胀石墨的数均粒径D50 D90满足以下关系式：D/D50介于0.80
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0.85之间；D90/D10介于4.2
‑
5.3之间，且（石墨烯质量+膨胀石墨质量）/碳纤维质量介于1.8
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2.2之间，且膨胀石墨质量/石墨烯质量介于4
‑
6:1之间时，在高压下能够使碳纤维能够充分填充至膨胀石墨的空隙中，膨胀石墨和碳纤维形成的网络紧密的结合，得到的极板导电率更高，机械强度更大，尤其是能够极大提高极板的抗弯性能。
[0014]列举实施例和比较例对本专利技术进行更具体的说明，但本专利技术在不超出其主旨的范围内并不受这些实施例的限制。
[0015]一种增强型复合石墨极板的制造方法，所述石墨极板包括碳纤维交织构成的导电网络以及填充在网络中的导电填料，所述导电填料包括膨胀石墨和石墨烯；1）称取预定质量的将碳纤维，膨胀石墨和石墨烯，混合均匀，其中，（石墨烯质量+膨胀石墨质量）/碳纤维质量介于1.8
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2.2之间，且膨胀石墨质量/石墨烯质量介于4
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6:1之间；2）向混合物中加入酚醛树脂和环氧树脂，加入乙醇作为球磨助剂，置于球磨机中球磨得到混合均匀的浆料；3）将浆料置于模具中，第一阶段热压固化预定时间，然后第二阶段热压固化预定时间，得到极板，其中第二阶段热压的压力为150Mpa以上；4）将极板取出，清洗，干燥。
[0016]其中碳纤维的直径D为280
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340nm，长度为5
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10微米，所述膨胀石墨的数均粒径D50为350
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400nm，数均粒径D90为600
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800nm，数均粒径D10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强型复合石墨极板的制造方法，所述石墨极板包括碳纤维交织构成的导电网络以及填充在网络中的导电填料，所述导电填料包括膨胀石墨和石墨烯；其特征在于：所述碳纤维的直径D为280
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340nm，长度为5
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10微米，所述膨胀石墨的数均粒径D50为350
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400nm，数均粒径D90为600
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800nm，数均粒径D10为150
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200nm，且满足以下关系式：D/D50介于0.80
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0.85之间；D90/D10介于4.2
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5.3之间，所述方法包括：1）称取预定质量的将碳纤维，膨胀石墨和石墨烯，混合均匀，其中，（石墨烯质量+膨胀石墨质量）/碳纤维质量介于1.8
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2.2之间，且膨胀石墨质量/石墨烯质量介于4
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6:1之间；2）向混合物中加入酚醛树脂和环氧树脂，加入乙醇作为球磨助剂，置于球磨机中球磨得到混合均匀的浆料；3）将浆料置于模具中，第一阶段热压固化预定时间，然后第二阶段热压固化预定时间，得到极板，其中第二阶段热压的压力为150Mpa以上；4）将极板取出，清洗，干燥。2.如权利要求1所述的石墨极板的制造方法，其特征在于，所述步骤3）中，第一段热压的压强范围为20
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾东旭，王刘军，王学超，
申请(专利权)人：江苏金亚隆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：