一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，包括如下步骤：将石墨

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，尤其是一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法
。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的不断发展，燃料电池作为一种高效能源存储装置产量日益剧增，与传统的内燃机相比，燃料电池将化学能转变为电能，且在反应过程中不受卡诺循环的限制，同时具有更高的能量转换效率和更低的温室气体排放，而双极板是燃料电池的核心部件也越来越受到重视，因为双极板占燃料电池电堆重量的
50
％～
80
％，制造成本占燃料电池电堆的
30
％～
50
％，双极板又称集流板，能够分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过
。
[0003]目前，双极板有金属双极板
、
石墨双极板和复合双极板三种，不同材料的双极板具有不同优缺点，其中，金属双极板的优点为薄
、
适用于对体积较为要求的场景；石墨双极板的优点则是便宜
、
技术较为成熟，为目前市面上的主流
。
然而，目前市场上通过机加工形成的石墨双极板机械性能较差，良品率较难控制，并且生产周期较长，复合双极板兼具石墨材料的耐腐蚀性和金属材料的高强度特性，能够较好的结合石墨双极板的金属双极板的优点，但由于传统复合双极板中含有树脂填料，而树脂的导电性差，进而造成整体双极板的导电性较差，有待进一步提高
。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，将石墨
、
粘接树脂和添加剂以预设比例进行均匀混合；
[0007]步骤2，将得到的部分混合料均匀铺粉至模腔或平板上，刮平，通过低压热压处理得到低密度极板材料；
[0008]步骤3：将剩余的混合料均匀涂布在低密度极板材料的双表面，通过高压热压处理得到高密度极板材料；
[0009]步骤4：进行热固化处理得到金属石墨复合双极板
。
[0010]其进一步的技术方案为，所述低压热压处理的条件为：以3～
5℃/min
的速率升温至
100
～
200℃
，在压力为2～
5MPa
保持
60
～
120s。
[0011]其进一步的技术方案为，所述高压热压处理的条件为：以5～
10℃/min
的速率升温至
150
～
250℃
，在压力为
10
～
15MPa
保持
600
～
1200s。
[0012]其进一步的技术方案为，所述热固化处理的条件为：以3～
8℃/min
的速率升温至
300
～
400℃
保持
30min。
[0013]其进一步的技术方案为，所述添加剂包括固化剂
、
促进剂和石墨烯
。
[0014]其进一步的技术方案为，所述固化剂为芳香型固化剂或酸酐类固化剂或酚醛树脂
固化剂中的任一种
。
[0015]其进一步的技术方案为，所述促进剂为咪唑
、2
‑
乙基
‑4甲基咪唑
、1
‑
苄基
‑2‑
甲基咪唑
、2
‑
甲基咪唑等中的任一种
。
[0016]其进一步的技术方案为，步骤一中的所述预设比例的质量百分比为：石墨为
50
％～
90
％，粘接树脂为5％～
30
％，添加剂为5％～
40
％
。
[0017]其进一步的技术方案为，所述低密度极板材料的密度为
0.5
～
1.0g/cm3
，厚度为3～
5mm。
[0018]其进一步的技术方案为，所述高密度极板材料的密度为
1.0
～
2.0g/cm3
，厚度为
0.5
～
1.0mm。
[0019]本申请的复合双极板主要包括三次温度压力处理，先低压热压处理得到低密度极板材料，将各个原材料进行初步混合固定成型，能够保持整体的固化程度，而后进行高压热压处理，高压热压处理在温度和压力上都相比于低压热压处理有了一定的提高，在高压作用下粘接树脂容易在高压和高温度下发生转移，使得粘结树脂析出富集到极板的表面，从而能够在一定程度上改变高密度极板材料的导电性以及电阻率，通过前面两次的处理过程，能够得到高密度极板材料，虽然高密度极板材料能够复合一部分的复合双极板的特性，但在导电性能和电阻率上还没有达到最终的标准，通过最后的热固化处理，从而可以改善极板表面的导电性能和表面结构，降低各个层级之间的接触电阻，通过整个制备方法可以获得复合粉体材料在粘接树脂中均匀分布，且具有良好表面导电性能的金属石墨复合双极板，能够有效提高燃料电池的输出功率
。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明
。
可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定
。
[0021]以下实施例中的原料如果没有特殊说明都是市面上常规的原料
。
[0022]步骤1，将石墨
、
粘接树脂和添加剂以预设比例
(
预设比例的质量百分比为：石墨为
50
％～
90
％，粘接树脂为5％～
30
％，添加剂为5％～
40
％
。)
通过混料机充分混合均匀
(
混合均匀的时间至少为
20min)
，混料机为三维运动混合机或
V
型混合机或二维运动混合机或气流搅拌混合机中的任一种
。
[0023]其中，石墨为柔性石墨，柔性石墨中含碳量大于
99.9
％，粒径为
10
～
2000
μ
m。
树脂
、
固化剂
、
促进剂
、
添加剂的粒径为
10
～
2000
μ
m
，添加剂包括固化剂
、
促进剂和石墨烯，固化剂为芳香型固化剂或酸酐类固化剂或酚醛树脂固化剂中的任一种，促进剂为咪唑
、2
‑
乙基
‑4甲基咪唑
、1
‑
苄基
‑2‑
甲基咪唑
、2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将石墨
、
粘接树脂和添加剂以预设比例进行均匀混合；步骤2，将得到的部分混合料均匀铺粉至模腔或平板上，刮平，通过低压热压处理得到低密度极板材料；步骤3：将剩余的混合料均匀涂布在低密度极板材料的双表面，通过高压热压处理得到高密度极板材料；步骤4：进行热固化处理得到金属石墨复合双极板
。2.
根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，其特征在于，所述低压热压处理的条件为：以3～
5℃/min
的速率升温至
100
～
200℃
，在压力为2～
5MPa
保持
60
～
120s。3.
根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，其特征在于，所述高压热压处理的条件为：以5～
10℃/min
的速率升温至
150
～
250℃
，在压力为
10
～
15MPa
保持
600
～
1200s。4.
根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的金属石墨复合双极板的制备方法，其特征在于，所述热固化处理的条件为：以3～
8℃/min
的速率升温至
300
～
400℃
保持
30min。5.
根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林纪峰，袁佳林，
申请(专利权)人：江苏国氢氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：