一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于，包括以下技術(shù)步驟：a、稱取計(jì)量的聚酰亞胺，酚醛樹脂，碳纖維，膨脹石墨，強(qiáng)力機(jī)械攪拌混合均勻；b、將上述混合物裝入模壓成型模具中，加熱至240~280℃,加壓至20~35Mpa，保溫100~150分鐘，得到一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板，本發(fā)明所制燃料電池復(fù)合材料雙極板性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性好、質(zhì)量輕、制造工藝簡單、價(jià)格低、抗腐蝕性好。
【專利說明】 一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將燃料氣體和氧化劑的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高，污染物排放量和噪音較低等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的清潔能源。質(zhì)子交換膜燃料電池是以全氟磺酸型離子交換膜為電解質(zhì)，氫氣或重(PEMFC)整氣為氧化劑的燃料電池一般由許多單電池組成，每個(gè)電池通常有膜電極、擴(kuò)散層和雙極板三部分構(gòu)成。雙極板是將燃料單電池串聯(lián)起來組裝成電池堆的關(guān)鍵部件，它的一側(cè)與一個(gè)單電池的陽極接觸，另一側(cè)與毗鄰單電池的陰極接觸，其作用是分隔氣體并通過流場將反應(yīng)氣體導(dǎo)入燃料電池，收集并傳導(dǎo)電流和支撐膜電極，同時(shí)還擔(dān)負(fù)起整個(gè)電池系統(tǒng)的散熱和排水功能。
[0003]目前雙極板材料主要有金屬材料、石墨材料和樹脂/石墨復(fù)合材料。石墨材料是較早開發(fā)和利用的雙極板材料，傳統(tǒng)雙極板主要采用無孔石墨板，并通過機(jī)械加工溝槽。這種石墨雙極板的熱膨脹系數(shù)低，熱導(dǎo)性良好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕性能好，導(dǎo)電性較強(qiáng)。但是石墨的脆性造成了加工困難，同時(shí)也限制了石墨板厚度的降低，而且在制造過程中容易產(chǎn)生氣孔，使燃料與氧化劑相互滲透，因此必須添加其它物質(zhì)來提高電池性能。上海交通大學(xué)燃料電池研究所采用真空加壓的方式以硅酸鈉濃溶液浸潰石墨雙極板方法，減少了制造過程中的氣孔問題。在石墨雙極板中真空加壓浸人硅酸鈉濃溶液，然后加酸加熱使之轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?。通過浸潰工藝，石墨板減少了 70%以上的孔隙率。天然鱗片石墨經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)法處理，使其層間插入化合物(如濃硫酸)成為可膨脹石墨。膨脹石墨在一定條件下膨脹，由原來的鱗片狀變?yōu)槊芏群艿偷娜湎x狀。該蠕蟲狀石墨可被壓制成各種形狀，壓制后的石墨稱為柔性石墨。柔性石墨性能穩(wěn)定、價(jià)格低、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、易于加工，還有直密封作用。用石墨蠕蟲直接壓制出不同密度的柔性石墨板，比電阻率隨柔性石墨密度的增大而減小，電阻明顯小于含乳膠柔性石墨板的電阻，用石墨蠕蟲直接壓制的柔性墨板是很好的極板材料。雖然目前發(fā)展了在石墨中加入有機(jī)聚合物來降低其脆性，加入纖維來改善其機(jī)械性能同時(shí)加入金屬顆粒來增強(qiáng)導(dǎo)電性等工藝，但這些處理工藝使雙極板制造成本大大增加。據(jù)報(bào)道石墨雙極板在PEMFC的制造成本中占有相當(dāng)高的比重，而且石墨雙極板較厚，電池體積較大。Ballard公司的合作伙伴Grafleeh公司在其產(chǎn)品的公開報(bào)道中，介紹了柔性石墨雙極板的制作工藝，柔性石墨雙極板在致密性、機(jī)加工性能、塑性上都有所提高，但和金屬雙極板相比仍有差距復(fù)合雙極板結(jié)合了石墨雙極板與金屬雙極板的優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格便宜、制造工藝簡單、質(zhì)量輕、抗腐蝕性好，但也存在如導(dǎo)電效果與機(jī)械性能較差的缺點(diǎn)。因此其生產(chǎn)成本的降低對(duì)PEMFC的推廣有著重要的意義。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種操作工藝簡單，成本較低的燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，包括以下技術(shù)步驟:a、稱取計(jì)量的聚酰亞胺，酚醛樹脂，碳纖維，膨脹石墨，強(qiáng)力機(jī)械攪拌混合均勻；b、將上述混合物裝入模壓成型模具中，加熱至24(T280°C，加壓至2(T35Mpa，保溫100^150分鐘，得到一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板。
[0006]所述的聚酰亞胺為3，3’，4，4’一二苯酮四酸二甲酯BIDE和二元胺4，4' - 二氨基二苯甲烷MDA及封端劑5-降冰片烯-2，3- 二酸單甲酯的預(yù)聚交聯(lián)形成。
[0007]所述的聚酰亞胺粒徑為20-200目。
[0008]所述的磨碎碳纖維粒徑為20-200目。
[0009]所述的酚醛樹脂粒徑為20-200目。
[0010]所述的膨脹石墨的膨脹倍數(shù)為150-450。
[0011]所述的聚酰亞胺，酚醛樹脂，磨碎碳纖維，膨脹石墨的質(zhì)量比為:10~30:10~15:1~15:20~65。
[0012]根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性好、質(zhì)量輕、制造工藝簡單、價(jià)格低、抗腐蝕性好。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做 進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表不的范圍。
[0014]實(shí)施例1:
稱取已磨碎好的聚酰亞胺(150.0kg),酹醒樹脂(120.0kg),磨碎碳纖維(80.0kg)和膨脹石墨(320.0kg)，強(qiáng)力機(jī)械攪拌混合均勻；將上述混合物裝入模壓成型模具中，加熱至2500C，加壓至30Mpa，保溫120分鐘，得到一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板。
[0015]實(shí)施例2:
稱取已磨碎好的聚酰亞胺(250.0kg),酹醒樹脂(120.0kg),磨碎碳纖維(80.0kg)和膨脹石墨(350.0kg)，強(qiáng)力機(jī)械攪拌混合均勻；將上述混合物裝入模壓成型模具中，加熱至2800C，加壓至35Mpa，保溫120分鐘，得到一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板。
【權(quán)利要求】
1.一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于，包括以下技術(shù)步驟: a、稱取計(jì)量的聚酰亞胺，酚醛樹脂，碳纖維，膨脹石墨，強(qiáng)力機(jī)械攪拌混合均勻；b、將上述混合物裝入模壓成型模具中，加熱至24(T280°C，加壓至2(T35Mpa，保溫10(Tl50分鐘，得到一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板。
2.如權(quán)利要求1所述一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于--聚酰亞胺為3，3’，4，4’ 一二苯酮四酸二甲酯BIDE和二元胺4，4' - 二氨基二苯甲烷MDA及封端劑5-降冰片烯-2，3- 二酸單甲酯的預(yù)聚交聯(lián)形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于:磨碎碳纖維粒徑為20-200目。
4.如權(quán)利要求1所述一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于:酚醛樹脂粒徑為20-200目。
5.如權(quán)利要求1所述一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于:膨脹石墨的膨脹倍數(shù)為150-450。
6.如權(quán)利要求1所述一種新型燃料電池復(fù)合材料雙極板的制備方法，其特征在于--聚酰亞胺，酚醛樹脂，磨碎碳纖維，膨脹石墨的質(zhì)量比為10~30:10~15:1~15:20飛5。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103746122SQ201310703420
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】李榮華 申請(qǐng)人:蘇州市萬泰真空爐研究所有限公司