一种中间相炭微球基双极板材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种中间相炭微球基双极板材料及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域。本发明专利技术采用沥青为原料，添加导电填料和树脂，经缩聚反应制备富含中间相炭微球的树脂沥青，再经模压成型和炭化处理制备双极板材料。本发明专利技术所制备的双极板材料具有优良的力学性能、导电性能、耐腐蚀性以及憎水性能，抗弯强度29～70MPa，电导率290～670S/cm，腐蚀电流密度1.5～4.7μA/cm2，水接触角100～125

【技术实现步骤摘要】
一种中间相炭微球基双极板材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种中间相炭微球基双极板材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水井释放出电能的燃料电池。双极板(集流板、流场板，Bipolarplate)是PEMFC的关键构件之一，对燃料电池的性能、体积、寿命、成本(约占60％～70％)和重量(约占80％)起重要作用。双极板的显著特征是开有平行或蛇形等形状的流道，流道宽度为1mm左右，深度0.5～1.0mm。双极板要求具有一定的抗压抗弯强度、良好的导电导热性、在电池内部环境(酸性电解质、氧、氢、热、湿)下长时间工作电性能的稳定性、质量轻、加工成本低和宜于大批量生产。目前，阻止燃料电池进入市场的主要因素是其成本太高，降低双极板的成本对于质子交换膜燃料电池的产业化具有重要意义。
[0003]目前，制造双极板的材料主要有石墨、金属材料和树脂/石墨复合材料。机加工石墨双极板是最常用的双极板，此方法工艺复杂、成本高，成品合格率低。金属材料双极板优点在于金属材料良好的加工性和机械性能，适合批量生产，但主要问题是抗腐蚀性差、接触电阻大。以石墨为导电填料、树脂为粘合剂的复合材料通过注塑成型或模压技术可一次制备出具有气体流道的复合材料双极板，但存在导电导热性差等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种中间相炭微球基双极板材料及其制备方法和应用，所制备的双极板材料具有优良的力学性能、导电导热性能、耐腐蚀性以及憎水性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种中间相炭微球基双极板材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将沥青、导电填料和树脂混合，进行热缩聚，得到树脂沥青；
[0008]将所述树脂沥青进行模压成型，得到双极板生坯；
[0009]将所述双极板生坯进行炭化，得到中间相炭微球基双极板材料。
[0010]优选的，所述沥青为石油沥青或煤沥青，所述沥青的软化点为50～150℃，喹啉不溶物QI含量≤0.1％，灰分≤200ppm，S含量≤0.1％。
[0011]优选的，所述导电填料包括导电炭黑、鳞片石墨、石墨烯或炭纤维。
[0012]优选的，所述树脂为热塑性酚醛树脂，所述树脂的软化点为70～140℃，游离酚含量≤2.0％。
[0013]优选的，所述沥青、导电填料和树脂的质量比为100:0.5～35:0.5～10。
[0014]优选的，所述热缩聚在通入气体条件下进行，所述气体为氮气或空气；所述气体的流量为50～1000mL/min；所述热缩聚的温度为320～450℃，时间为1～8h。
[0015]优选的，所述模压成型的温度为100～200℃，压力为50～300MPa，时间为1～10min。
[0016]优选的，所述炭化的温度为1000～1800℃，保温时间为20～200min。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的中间相炭微球基双极板材料。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述中间相炭微球基双极板材料在质子交换膜燃料电池中的应用。
[0019]本专利技术采用沥青为原料，先经缩聚反应制备富含中间相炭微球的树脂沥青，再经模压成型和炭化处理制备双极板材料。本专利技术通过热缩聚反应生成大量多环芳烃化合物，经定向排列生成具有各向异性的中间相小球，中间相小球从沥青母液中析出形成微米级球形炭材料(即中间相炭微球)，中间相炭微球具有优良的物化性能、化学稳定性(耐腐蚀、憎水)、热稳定性和优良的导电导热性。同时，本专利技术添加导电填料和树脂，树脂作为双极板材料的粘结剂，利用导电填料提高双极板材料的导电性能。因而本专利技术所制备的双极板材料具有优良的力学性能、导电性能、耐腐蚀性以及憎水性能，抗弯强度29～70MPa，电导率290～670S/cm，腐蚀电流密度1.5～4.7μA/cm2，水接触角100～125
°
，可用于制备PEMFC双极板。
[0020]本专利技术的制备原料廉价易得、工艺简单，所制备的PEMFC用双极板性能优良。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的SP370℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0022]图2为实施例2制备的SP340℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0023]图3为实施例3制备的SP300℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0024]图4为实施例4制备的SP320℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0025]图5为实施例5制备的SP305℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0026]图6为实施例6制备的SP310℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0027]图7为实施例7制备的SP328℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0028]图8为实施例8制备的SP335℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0029]图9为实施例9制备的SP400℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0030]图10为实施例10制备的SP330℃树脂沥青的偏光显微分析图；
[0031]图11为实施例11制备的SP300℃树脂沥青的偏光显微分析图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种中间相炭微球基双极板材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033]将沥青、导电填料和树脂混合，进行热缩聚，得到树脂沥青；
[0034]将所述树脂沥青进行模压成型，得到双极板生坯；
[0035]将所述双极板生坯进行炭化，得到中间相炭微球基双极板材料。
[0036]本专利技术将沥青、导电填料和树脂混合，进行热缩聚，得到树脂沥青。
[0037]在本专利技术中，所述沥青优选为石油沥青或煤沥青，所述沥青的软化点优选为50～150℃，喹啉不溶物QI含量优选≤0.1％，灰分优选≤200ppm，S含量优选≤0.1％；本专利技术中所述含量均为质量百分含量。
[0038]在本专利技术中，所述导电填料优选包括导电炭黑、鳞片石墨、石墨烯或炭纤维。本专利技术对所述导电填料的规格没有特殊的限定，本领域熟知的上述导电填料均可。
[0039]在本专利技术中，所述树脂优选为热塑性酚醛树脂，所述树脂的软化点优选为70～140℃，游离酚含量优选≤2.0％(质量百分含量)。本专利技术对所述热塑性酚醛树脂的具体来源没有特殊的限定，本领域熟知的方式获取所得满足上述条件的热塑性酚醛树脂即可。
[0040]在本专利技术中，所述沥青、导电填料和树脂的质量比优选为100:0.5～35:0.5～10，更优选为100:5～30:2.5～8，进一步优选为100:15～20:5～7。
[0041]本专利技术优选向所述沥青中加入导电填料和树脂，使用控温仪严格按照程序升温，待物料到达软化点后开启搅拌，转速设定为180本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中间相炭微球基双极板材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将沥青、导电填料和树脂混合，进行热缩聚，得到树脂沥青；将所述树脂沥青进行模压成型，得到双极板生坯；将所述双极板生坯进行炭化，得到中间相炭微球基双极板材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沥青为石油沥青或煤沥青，所述沥青的软化点为50～150℃，喹啉不溶物QI含量≤0.1％，灰分≤200ppm，S含量≤0.1％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电填料包括导电炭黑、鳞片石墨、石墨烯或炭纤维。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述树脂为热塑性酚醛树脂，所述树脂的软化点为70～140℃，游离酚含量≤2.0％。5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春玲，秦建平，董文生，武建国，李吉凡，刘伟，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：