一种燃料电池用石墨双极板及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种燃料电池用石墨双极板及其制备工艺，涉及燃料电池技术领域。该燃料电池用石墨双极板，包括以下重量份的原料：石油焦粉85

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用石墨双极板及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体为一种燃料电池用石墨双极板及其制备工艺。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术，燃料电池的重要部件双极板又称集流板，双极板的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路，在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。
[0003]双极板材料大致可分为3类：炭质材料、金属材料及金属与炭质的复合材料，其中炭质材料包括石墨、模压炭材料及膨胀(柔性)石墨，传统双极板采用致密石墨，经机械加工制成气体流道，石墨双极板化学性质稳定，与MEA之间接触电阻小，但是石墨的脆性造成了其加工困难，加工费用较高，导致石墨板厚度较大，石墨在制造过程中容易产生气孔，使燃料与氧化剂相互渗透，影响电池性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种燃料电池用石墨双极板及其制备工艺，解决了现有石墨双极板的厚度较大且气孔率较高的问题。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种燃料电池用石墨双极板，包括以下重量份的原料：石油焦粉85
‑
110份、碳纤维粉70
‑
98份、成型剂10
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30份；将石油焦粉、碳纤维粉分别进行超细粉碎后，与成型剂混合并充分搅拌，模具中平铺成薄层，压制成型，在石墨板双面预压出流道，将预热后的石墨基板放入制备完成的浸渍液中，加压浸渍，石墨基板放入燃烧炉内进行焙烧处理，加工成石墨双极板；
[0006]所述石油焦粉的粒径为10微米以下，所述碳纤维粉的粒径为10微米以下，所述成型剂为聚氯乙烯或羧甲基纤维素。
[0007]优选的，一种燃料电池用石墨双极板的制备工艺，包括以下步骤：
[0008]S1、将石油焦粉、碳纤维粉分别进行超细粉碎，粒度为2
‑
10微米，将粉碎后的石油焦粉、碳纤维粉与成型剂混合，充分搅拌，搅拌3
‑
5h，转速1100
‑
1400r/min，模具中平铺成1
‑
5mm的薄层，在温度为130
‑
180℃、压力为60
‑
80MPa条件下压制成石墨板，在石墨板的双面预压出流道，得到石墨基板；
[0009]S2、将甲醛、甲醇、双酚A型环氧树脂、稀释剂、固化剂、消泡剂加入反应釜，搅拌1
‑
3小时，混合均匀，加入硫酸调整pH值为2
‑
3，加入尿素，保持温度为40
‑
50℃，反应时间30
‑
50min，加氢氧化钠调整pH值为9
‑
10，升温至80
‑
95℃反应30
‑
50min，冷却后出料，得到浸渍
液；
[0010]S3、将所述石墨基板预热4
‑
6小时，预热温度为60
‑
90℃，将预热后的石墨基板放入制备完成的所述浸渍液中，加压浸渍；
[0011]S4、将浸渍后的石墨基板放入燃烧炉内进行焙烧处理，焙烧完成后，待压力自由下降，温度冷却至室温后，将石墨基板从燃烧炉中取出，加工成石墨双极板。
[0012]优选的，所述甲醛、甲醇、双酚A型环氧树脂、稀释剂、固化剂、消泡剂、尿素按重量份包括：所述甲醛17
‑
20份、甲醇1
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3份、双酚A型环氧树脂30
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40份、稀释剂8
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14份、固化剂2
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4份、消泡剂1
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2份、尿素5
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15份。
[0013]优选的，所述焙烧过程中，压力为1.1
‑
1.3Mpa，温度为100
‑
150℃，时间为2
‑
5h。
[0014]优选的，所述加压浸渍过程中，浸渍压力为1.9
‑
3.3Mpa，浸渍温度为80
‑
95℃，浸渍时间18
‑
36h。
[0015]本专利技术提供了一种燃料电池用石墨双极板及其制备工艺。具备以下有益效果：
[0016]1、本专利技术通过采用的石油焦粉和碳纤维粉粒径均为10微米以下，通过聚氯乙烯或羧甲基纤维素粘合后，模具中平铺成1
‑
5mm的薄层，在温度为130
‑
180℃、压力为60
‑
80MPa条件下压制成型，在石墨板的双面预压出流道，得到石墨基板，厚度便于控制，且有效提高了抗压强度和硬度，具有低厚度高强度的效果。
[0017]2、本专利技术通过将甲醛、甲醇、双酚A型环氧树脂、稀释剂、固化剂、消泡剂加入反应釜制备浸渍液，利用加压浸渍工艺，使浸渍后的石墨双极板有效提高了抗压强度和硬度，减少了气孔的产生率，双极板与质子交换膜燃料电池扩散层碳纸的接触电阻小，机械性能好。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]实施例一：
[0020]本专利技术实施例提供一种燃料电池用石墨双极板，包括以下重量份的原料：石油焦粉85份、碳纤维粉70份、成型剂10份；
[0021]石油焦粉的粒径为4微米，碳纤维粉的粒径为4微米，成型剂为聚氯乙烯。可以使石墨基板的大小孔隙的效率和比例都较佳，采用属于低硫焦的石油焦粉，能够用于制造石墨电极；碳纤维粉形状细小、表面纯净、比表面积大，易于被树脂润湿均匀分散，是性能优良的复合材料填料；聚氯乙烯(PVC)是一种性价比极高的通用性树脂，具有良好的电性能、阻燃性以及力学性能；羧甲基纤维素性能稳定，石墨双极板，在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，石墨双极板可以尽可能地薄。
[0022]一种燃料电池用石墨双极板的制备工艺，包括以下步骤：
[0023]S1、将石油焦粉、碳纤维粉分别进行超细粉碎，粒度为4微米，将粉碎后的石油焦粉、碳纤维粉与成型剂混合，充分搅拌，搅拌5h，转速1400r/min，模具中平铺成2mm的薄层，在温度为130℃、压力为60MPa条件下压制成石墨板，在石墨板的双面预压出流道，得到石墨基板；其中，石墨双极板包括以下重量份的原料：石油焦粉85
‑
110份、碳纤维粉70
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用石墨双极板，其特征在于：包括以下重量份的原料：石油焦粉85
‑
110份、碳纤维粉70
‑
98份、成型剂10
‑
30份；将石油焦粉、碳纤维粉分别进行超细粉碎后，与成型剂混合并充分搅拌，模具中平铺成薄层，压制成型，在石墨板双面预压出流道，将预热后的石墨基板放入制备完成的浸渍液中，加压浸渍，石墨基板放入燃烧炉内进行焙烧处理，加工成石墨双极板；所述石油焦粉的粒径为10微米以下，所述碳纤维粉的粒径为10微米以下，所述成型剂为聚氯乙烯或羧甲基纤维素。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用石墨双极板的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：S1、将石油焦粉、碳纤维粉分别进行超细粉碎，粒度为2
‑
10微米，将粉碎后的石油焦粉、碳纤维粉与成型剂混合，充分搅拌，搅拌3
‑
5h，转速1100
‑
1400r/min，模具中平铺成1
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5mm的薄层，在温度为130
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180℃、压力为60
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80MPa条件下压制成石墨板，在石墨板的双面预压出流道，得到石墨基板；S2、将甲醛、甲醇、双酚A型环氧树脂、稀释剂、固化剂、消泡剂加入反应釜，搅拌1
‑
3小时，混合均匀，加入硫酸调整pH值为2
‑
3，加入尿素，保持温度为40
‑
50℃，反应时间30
‑
50min，加氢氧化钠调整pH值为9
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾东旭，王刘军，何雄，
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：