[发明专利]燃料电池双极板用的微晶石墨复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的热固性树脂基微晶石墨复合物和用于制备质子交换膜燃料电池双极板的制备工艺，属于质子交换膜燃料电池技术领域。 

背景技术

燃料电池(FC)是一种将化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。其特点是反应过程不涉及化石燃料，能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，因此能量转换效率高。质子交换膜燃料电池的能量换率高达60％～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2倍[参见国际电力，2001(2)：24～26]。燃料的多样化、环境污染小、噪音低、可靠性及维修性好，低温启动、无电解质泄露等优点，是其它电池无可比拟的。因此被公认为最有希望成为航天、军事、电动汽车和区域性电站的首选电源。 

双极板是质子交换膜燃料电池的重要部件，也是影响电池性能，尤其是影响电池功率密度和制造成本的一个重要因素。在PEMFC电池组内，要求双极板材料是电和热的良导体，具有高抗腐蚀能力和适宜的流道。目前，燃料电池技术已经相当成熟，处于商业化的前夜，由于燃料电池的制作成本和售价较高(2000～3000dollars/Kw)，文章[Per Ekdunge，Monika Raberg.The fuel cell vehicle analysis of energy use，Emissions and cost，Int.J Hydrigeb Ebergym 1998，23(5)：381～385]，对燃料电池的制作成本进行了评估，其中双极板的制作成本占整个燃料电池的60％-70％，已成为限制其商业化的障碍之一。 

HENTALL L P等人在1999年[J Power Sources第80期]“New materials for polymer electrolyte membrane fuel cell current collectors”一文对可用于质子交换膜燃料电池双极板的几种材料进行了研究，这些材料包括镀金、铝的不锈钢、钛以及片状石墨等。片状石墨与标准石墨相比性能有很大提高，而且价格低廉、易于机加工。但它易于碰撞损伤，其压缩性阻碍了它在多电池堆的应用。镀金、铝板作为质子交换膜燃料电池的双极板必须保证涂层完全无孔隙，以避免铝板与电解质溶液反应。涂有氮化物的钛板的性能与传统石墨相似，易于制备，而且钛板坚固，体积小，同时还可在板中装入水冷却装置，但钛材料成本较高。镀金的不锈钢板性能优于传统石墨板，而且比钛便宜，但它的密度大，同时由于其钝化表面层在结合温度下很稳定，因此难以进行扩散结合。由于不锈钢相对成本低、强度高、易加工和成型，英国伯明翰大学燃料电池研究小组仍将其作为质子交换膜燃料电池的双极板材料。 

在双极板研制方面，大连化学物理所燃料电池工程研究中心首创了薄金属板改性制备双 极板工艺，与传统的石墨双极板相比，成本下降，但制作成本仍然很高。 

单一柔性石墨制作的双极板，虽具有很好的导电、导热性，但板的强度低，因此如何通过工艺手段提高其强度以满足使用要求具有一定难度；对于大尺寸薄形双极板虽然可以加入金属箔强化，但在厚度较小的情况下，如何使柔性石墨均匀包覆金属箔的全表面是一个技术难点。