[发明专利]一种低温成型树脂碳板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池领域，涉及一种燃料电池结构中的电极双极板，尤其涉及一种低温成型树脂碳板及其制备方法。

背景技术

燃料电池为近年来逐渐被广泛应用之绿色能源，其制作及发电机制，改变了传统液态电池形式，使用高效率的固态质子交换膜以气体作为发电之能源，第二发电站及行动电源等应用日益增加。燃料电池结构中，多使用金属与石墨板复合双极板。其中石墨板系以高温高压先制成石墨柱，再切片研磨成石墨片，用于燃料电池中需再CNC加工，刻出气体流道。高压石墨板成本高，制程加工成本也高，其易脆的特性使得成型加工、组装上机的困难度增加。美国专利6,248,467公开了一种热固性树脂-导电填料复合材料双极板，由乙烯基树脂加石墨粉铸模而成，但在实际应用上，于燃料电池的操作环境中有易形变的缺陷。美国专利6,379,795公开了一种以注模方式成型的高导电复合材料，但其导电率仅能达到102s/cm，已不符合现今燃料电池效率所须。其它若干复合电极则以金属板为基础，在金属板上增加抗腐蚀层，制程较为复杂，成本也较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是搭配金属双极板用的树脂导电碳板,其目的在于保护金属板受腐蚀,并提供通气及导电特质。本发明基于此以树脂碳板取代石墨碳板，其特性在于低成本、导电性佳、可少量制造生产、低温成型及树脂具弹性体的特性，不易碎裂且在燃料电池的发电环境中，树脂碳板较石墨碳板更具热胀冷缩的缓冲性，更适于燃料电池之组装。

一种低温成型树脂碳板，按重量百分比，包括：5％-85％的热固型树脂、5％-85％的导电材料和5％-85％热反应型填充材料。

本发明采用以上技术特征，其优点在于，热反应型填充材料在高温高压铸模反应时，可与树脂及碳反应及包覆，转化为导电性较强的金属态。反应型填充材料，其特性为调整树脂碳板之机械强度、提高导电性，并且在热压铸膜时，于碳板表面形成一层硬度较高之致密保护层，且耐刮伤特性及调节导流气体水分。

优选的，所述热固型树脂选自酚酫环氧树脂、尼龙材料、醇酸树脂、树脂硬化剂、亚克力树脂和聚酯树脂中的至少一种；所述导电材料选自石墨粉、碳粉、纳米碳管、纳米银线、石墨烯和碳纤维中的至少一种；所述热反应型填充材料选自氢氧化锌和氧化金属中的至少一种。

优选的，低温成型树脂碳板，按重量百分比，包括：35％-50％的热固型树脂、25％-40％的导电材料和10％-30％热反应型填充材料。

优选的，所述氧化金属采用氧化铝、氧化钛或者氧化锌。

本发明还提供了一种制备低温成型树脂碳板的方法，包括以下几个步骤：

步骤A:将导电材料混合均匀，再加入热反应型填充材料，用干粉均质机混合均匀；

步骤B：将步骤A得到的混合均匀的材料与热固型树脂按比例混合均匀，静置1至3小时，使导电材料与树脂混合；

步骤C：取所述步骤B得到的材料倒入模具中脱膜，脱膜后可得树脂碳板。

优选的，还包括：将步骤C得到的树脂碳板置于500℃-900℃烤箱，烘烤30分钟-12小时。

优选的，所述步骤C中，条件为：温度设定100℃至300℃、压力设定1至200MPa、时间3分钟至12小时。

本发明所得到的树脂碳板具备以下特性：1.高导电率，高于高压石墨碳板；2.机械强度可调适，加工性及耐久性强；3.气密性佳，树脂的配方搭配热反应型填料，形成较佳的连续接口；4.耐蚀性佳；5.直接低温成型，节省加工制程及成本；6.应用扩充性广泛。

附图说明

图1是本发明直接压铸成型之树脂碳板-气体导流设计。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1

1.燃料电池石墨双极板应用

按重量百分比，30％的酚醛环氧树脂、15％的醇酸树脂、5％的树脂硬化剂、35％石墨粉(粒径0.05mm)、5％的碳粉(粒径<0.001mm)+5％的氢氧化锌+5％的三氧化二铝混合均匀,静置30分钟后倒入模具中,温度250℃、压力20MPa,时间30分钟后开模取出静置冷却。

表1同步导电性测试

由表1可得：

1.在机械强度上，实施例1中的碳板与市售日系高压石墨板无显著差异；

2.应力值<1％(在达到板材弯曲前的最大形变)；

3.本实施例中碳板比石墨板较高的杨式模数，值越大表示在一定应力作用下，发生弹性变形越小；