一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法，该石墨极板用于燃料电池的双极板，本发明专利技术的石墨极板包括经过表面氧化处理的第一石墨材料、未面氧化处理的第二石墨材料和粘结固化剂，其中第一石墨的质量G1和第二石墨的质量G2和平均粒径D1、D2满足以下关系式：G1/G2=k*（D1/D2），2.5≤k≤3.0；所述粘结固化剂为质量比为1:2

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法。

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，导电石墨板成为理想的双极板材料，其中石墨/树脂复合材料双极板具有加工性能好、易批量生产的优点，成为研究的热点。但是随着复合双极板碳含量和树脂含量影响着复合双极板的机械性能，使得复合双极板的导电性能和机械性能呈现出此消彼长的关系，难以获得兼具有良好机械性能（尤其是弯曲强度）和导电性能的复合双极板。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法，该石墨极板用于燃料电池的双极板，本专利技术的石墨极板包括第一石墨材料、第二石墨材料和粘结固化剂，其中第一石墨的平均粒径D1为100
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200微米，第二石墨的平均粒径D2为500
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800nm，并且第一石墨的质量G1和第二石墨的质量G2和平均粒径D1、D2满足以下关系式：G1/G2=k*（D1/D2），2.5≤k≤3.0；所述第一石墨经过表面氧化处理，第二石墨未经过表面氧化处理，所述粘结固化剂为质量比为1:2
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3的环氧树脂和酚醛树脂，本专利技术的石墨双极板的弯曲强度在55MPa以上，导电率在120s/cm以上。本专利技术的成本低廉，工艺简单，在燃料电池石墨极板领域适合推广应用。
[0005]具体方案包括：一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法，其特征在于，所述石墨双极板包括第一石墨材料、第二石墨材料和粘结固化剂，其中第一和第二石墨的质量G1、G2和平均粒径D1、D2满足以下关系式：G1/G2=k*（D1/D2），2.5≤k≤3.0；所述第一石墨经过表面氧化处理，第二石墨未经过表面氧化处理，所述粘结固化剂包括环氧树脂和酚醛树脂，所述方法包括以下步骤：1）称取无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂，依次将环氧树脂和酚醛树脂分散在无水乙醇中，得到粘结固化剂胶液；2）用去离子水配制双氧水溶液，将第一石墨材料浸入到双氧水溶液中，第一石墨的平均粒径D1为100
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200微米，处理预定时间，处理结束后，干燥得到处理后的第一石墨材
料；3）称取处理后的第一石墨材料和第二石墨材料，第二石墨的平均粒径D2为500
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800nm将其以质量比k*（D1/D2）的比例混合，得到石墨混合物，其中D1为第一石墨材料的平均粒径，D2为第二石墨材料的平均粒径，2.5≤k≤3.0；4）将步骤1得到的粘结固化剂胶液和步骤3中的石墨混合物混料；5）将混料置于模具中进行热压，得到所述石墨双极板。
[0006]进一步的，所述步骤1）中，按照质量比4
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6:1:2
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3称取无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂，依次将环氧树脂和酚醛树脂分散在无水乙醇中，超声波分散30
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60min，得到粘结固化剂胶液。
[0007]进一步的，步骤2中，用去离子水配制质量分数为5％的双氧水溶液，按照质量比1:4
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6的比例将第一石墨材料浸入到双氧水溶液中，超声处理，超声频率为50
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100kHz，处理时间为10
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60min，处理结束后，干燥。
[0008]进一步的，其中第一石墨和第二石墨均为鳞片石墨。
[0009]进一步的，粘结固化剂胶液和石墨混合物按照树脂：石墨材料=3:7
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4:6的质量比例混料。
[0010]进一步的，将混料置于模具中进行热压，其中热压温度为160
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170℃，压力为30
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50MPa，热压时间为40
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80min，得到所述石墨双极板。
[0011]进一步的，其中第一石墨的平均粒径D1为150微米，第二石墨的平均粒径D2为600nm，k=2.7
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2.8。
[0012]进一步的，一种石墨双极板，所述极板所述的制造方法制备得到。一种燃料电池，所述燃料电池包括所述的石墨双极板。
[0013]本专利技术的有益技术效果1）本专利技术采用两种粒径的石墨颗粒，使得压制过程中，小颗粒石墨填充到大颗粒石墨的空隙中，并且，专利技术人对于石墨的粒径和质量占比进行研究，发现当质量比满足k*（D1/D2），2.5≤k≤3.0时，能够使得极板更加致密化，能够得到孔隙率更低，防渗透性能更好的极板，同时提高极板的硬度；2）专利技术人发现，仅对第一石墨颗粒进行氧化处理，使其表面形成羟基基团，能够提高第一石墨颗粒和第二石墨颗粒的分散性，形成致密化的极板；3）本专利技术使用酚醛树脂和环氧树脂，在热压的温度下，两种树脂能够发生共聚反应。引入环氧基团使酚羟基醚化，增加酚醛树脂中柔性链段的比例，从而提高酚醛树脂的韧性，进一步提高复合材料双极板的强度和电导性能。
具体实施方式
[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]1）称取无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂，依次将环氧树脂和酚醛树脂分散在无水乙醇中，得到粘结固化剂胶液；2）用去离子水配制双氧水溶液，将第一石墨材料浸入到双氧水溶液中，第一石墨的平均粒径D1为100
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200微米，处理预定时间，处理结束后，干燥得到处理后的第一石墨材
料；3）称取处理后的第一石墨材料和第二石墨材料，第二石墨的平均粒径D2为500
‑
800nm将其以质量比k*（D1/D2）的比例混合，得到石墨混合物，其中D1为第一石墨材料的平均粒径，D2为第二石墨材料的平均粒径，2.5≤k≤3.0；4）将步骤1得到的粘结固化剂胶液和步骤3中的石墨混合物混料；5）将混料置于模具中进行热压，得到所述石墨双极板。
[0016]所述步骤1）中，无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂没有特别限定，优选按照质量比4
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6:1:2
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3称取无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂，依次将环氧树脂和酚醛树脂分散在无水乙醇中，超声波分散30
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60min，得到粘结固化剂胶液。
[0017]步骤2中，双氧水的浓度和比例没有特别限定，优选用去离子水配制质量分数为5％的双氧水溶液，按照质量比1:4
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6的比例将第一石墨材料浸入到双氧水溶液中，超声处理，超声频率和时间没有特别限定，优选为50
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100kHz，处理时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用复合石墨双极板的制造方法，其特征在于，所述石墨双极板包括第一石墨材料、第二石墨材料和粘结固化剂，其中第一和第二石墨的质量G1、G2和平均粒径D1、D2满足以下关系式：G1/G2=k*（D1/D2），2.5≤k≤3.0；所述第一石墨经过表面氧化处理，第二石墨未经过表面氧化处理，所述粘结固化剂包括环氧树脂和酚醛树脂，所述方法包括以下步骤：1）称取无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂，依次将环氧树脂和酚醛树脂分散在无水乙醇中，得到粘结固化剂胶液；2）用去离子水配制双氧水溶液，将第一石墨材料浸入到双氧水溶液中，第一石墨的平均粒径D1为100
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200微米，处理预定时间，处理结束后，干燥得到处理后的第一石墨材料；3）称取处理后的第一石墨材料和第二石墨材料，第二石墨的平均粒径D2为500
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800nm将其以质量比k*（D1/D2）的比例混合，得到石墨混合物，其中D1为第一石墨材料的平均粒径，D2为第二石墨材料的平均粒径，2.5≤k≤3.0；4）将步骤1得到的粘结固化剂胶液和步骤3中的石墨混合物混料；5）将混料置于模具中进行热压，得到所述石墨双极板。2.如权利要求1所述的燃料电池用复合石墨双极板的制造方法，所述步骤1）中，按照质量比4
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6:1:2
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3称取无水乙醇，环氧树脂和酚醛树脂，依次将环氧树脂和酚醛树脂分散在无水乙醇中，超声波分散30
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60min...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刘军，贺伟，李露，
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：