一种增韧柔性石墨双极板及其制备方法技术

本发明专利技术属于燃料电池双极板领域，具体公开了一种增韧柔性石墨双极板及其制备方法。本发明专利技术的增韧柔性石墨双极板，其包括下述重量份的组分：石墨40～80份，树脂10～50份，固化剂10～25份，导电剂1～10份，助剂3～20份。本发明专利技术的增韧柔性石墨双极板具有抗弯曲强度高、韧性好、弯曲模量低和导电性高优点。其中，增韧柔性石墨双极板的抗弯强度大于50MPa，弯曲模量小于8000MPa。8000MPa。

【技术实现步骤摘要】
一种增韧柔性石墨双极板及其制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池双极板领域，具体涉及一种增韧柔性石墨双极板及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池中将氢气输送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。燃料电池产生的电能，经逆变器、控制器等装置输送给电动机，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，能量转换效率高达60～80％，是内燃机的2～3倍。作为燃料电池的核心零部件，双极板需起到分隔氢气和氧气以及导电的作用，因此，需要其具有高机械强度，高导电性、高不透气性、化学稳定性、耐热性等各种特性。
[0003]目前双极板的材料主要有金属双极板、石墨双极板及复合石墨双极板，其中金属双极板镀层成本较高、耐腐蚀性差。而石墨双极板制备工艺复杂导致成本居高不下，且其性能较脆，推广过程困难。复合石墨双极板有较强的耐腐蚀性能，导电性能等优异，工艺相对简单，受到广泛推广。但复合石墨双极板弯曲强度相较金属双极板和石墨双极板两者较低，有较大的提升空间。此外，复合石墨双极板还存在韧性不足的问题，在组装电堆时容易出现压坏等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术涉及的复合石墨双极板弯曲强度和韧性不足等问题，本专利技术将提供一种增韧柔性石墨双极板及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供一种增韧柔性石墨双极板，其包括下述重量份的组分：石墨40～80份，树脂10～50份，固化剂10～25份，导电剂1～10份，助剂3～20份；所述树脂包括酚醛树脂；所述固化剂包括六亚甲基四胺(乌洛托品)、双酚A、环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、双氰胺、聚硫醇化物中的至少两种；所述助剂包括偶联剂和增韧剂；所述增韧剂包括聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
[0007]本专利技术通过选取特定的组分配比，制得增韧柔性石墨双极板具有抗弯曲强度高，韧性好，弯曲模量低和导电性高优点。其中，增韧柔性石墨双极板的抗压强度大于50MPa，弯曲模量小于8000MPa，气体渗漏率小于0.002sccm/cm2，表面电阻小于10.5mΩcm2。
[0008]作为本专利技术优选的实施方式，所述酚醛树脂包括热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂、硼酚醛树脂、聚酰胺改性酚醛树脂、苯胺改性酚醛树脂、双腈胺改性酚醛树脂中的至少一种。
[0009]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂或热固性酚醛树脂。
[0010]作为本专利技术优选的实施方式，包括下述重量份的组分：石墨60份，树脂35份，固化剂15～20份，导电剂5份，助剂3～15份。
[0011]作为本专利技术进一步优选的实施方式，包括下述重量份的组分：石墨60份，树脂35份，固化剂16～20份，导电剂5份，助剂6～15份。
[0012]作为本专利技术优选的实施方式，所述固化剂为六亚甲基四胺、环氧树脂、双酚A中的任意两种。
[0013]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述六亚甲基四胺、环氧树脂和双酚A的重量份分别为15份、5份、5份。
[0014]固化剂中选用所述环氧树脂时，所述环氧树脂可以与所述树脂选用的环氧树脂相同或不相同，优选两者相同的情况。
[0015]作为本专利技术优选的实施方式，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯中的至少一种；所述增韧剂为聚丙烯。
[0016]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述硅烷偶联剂型号为KH550、KH560、KH570中的任一种。
[0017]作为本专利技术优选的实施方式，所述石墨包括膨胀石墨(柔性石墨)、天然石墨、人造石墨中的至少一种。
[0018]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述膨胀石墨为100
‑
500膨胀度的柔性石墨。
[0019]作为本专利技术优选的实施方式，所述导电剂包括乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的至少一种。
[0020]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述导电剂的目数为10～3000目。
[0021]另一方面，本专利技术还包括提供一种增韧柔性石墨双极板的制备方法，其包括如下步骤，(1)将石墨、树脂、固化剂、导电剂和助剂进行搅拌混合，得到粉料；
[0022](2)将步骤(1)所述粉料置于模具中加压压制，得到双极板预制体；
[0023](3)将步骤(2)所述双极板预制体置于模具中进行热压处理，得到增韧柔性石墨双极板。
[0024]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)所述搅拌的转速为2000
‑
20000转/分钟，搅拌的时间为1
‑
10分钟；步骤(2)所述压制的压力为10
‑
100MPa，压制的时间为1
‑
10分钟；步骤(3)所述热压处理的压力为10
‑
100MPa，热压处理的时间为30
‑
360秒。
[0025]作为本专利技术优选的实施方式，所述双极板预制体的厚度为0.3
‑
1.0mm。
[0026]作为本专利技术优选的实施方式，所述增韧柔性石墨双极板为0.35mm
‑
1.5mm。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的增韧柔性石墨双极板具有抗弯曲强度高、韧性好、弯曲模量低和导电性高的优点。其中，增韧柔性石墨双极板的抗压强度大于50MPa，弯曲模量小于8000MPa，气体渗漏率小于0.002sccm/cm2，表面电阻小于10.5mΩcm2。
具体实施方式
[0028]为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本专利技术
作进一步说明。
[0029]下述实施例中，实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0030]下述实施例中，所用的硅烷偶联剂的型号皆为KH550；所用的柔性石墨为100
‑
500膨胀度的柔性石墨。
[0031]实施例1～6
[0032]实施例1～6增韧柔性石墨双极板的组成组分分别如表1和表2所示。
[0033]实施例1～6增韧柔性石墨双极板的制备方法为：
[0034](1)制备粉料：将预先除水的石墨、树脂、固化剂、导电剂和助剂放入高速搅拌机中，通过高速旋转(20000转/分钟)强烈剪切的作用下，使块状和粉状物料充分混合，搅拌时间为10分钟，得到搅拌均匀的粉料。
[0035](2)制备双极板预制体：将搅拌均匀的粉料置于模具中，用刮板将粉料在模具中铺平，并将多余的粉料刮去，在室温下加压100MPa，保压10Min，得到平整的厚度为0.3mm的平板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增韧柔性石墨双极板，其特征在于，包括下述重量份的组分：石墨40～80份，树脂10～50份，固化剂10～25份，导电剂1～10份，助剂3～20份；所述树脂包括酚醛树脂；所述固化剂包括六亚甲基四胺、双酚A、环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、双氰胺、聚硫醇化物中的至少两种；所述助剂包括偶联剂和增韧剂；所述增韧剂包括聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。2.如权利要求1所述的增韧柔性石墨双极板，其特征在于，包括下述重量份的组分：石墨60份，树脂35份，固化剂15～20份，导电剂5份，助剂3～15份。3.如权利要求2所述的增韧柔性石墨双极板，其特征在于，包括下述重量份的组分：石墨60份，树脂35份，固化剂16～20份，导电剂5份，助剂6～15份。4.如权利要求1～3任一项所述的增韧柔性石墨双极板，其特征在于，所述固化剂为六亚甲基四胺、环氧树脂、双酚A中的任意两种。5.如权利要求4所述的增韧柔性石墨双极板，其特征在于，所述六亚甲基四胺、环氧树脂和双酚A的重量份分别为15份、5份、5份。6.如权利要求1～3任一项所述的增韧柔性石墨双极板，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞，贾佳，燕希强，王继明，王铎霖，梁师鹏，李非桁，何生根，梁俊彦，
申请(专利权)人：国鸿氢能科技嘉兴股份有限公司，
类型：发明
国别省市：