[发明专利]一种质子交换膜燃料电池的双极板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学转化装置的技术领域，具体而言，涉及一种质子交换膜燃料电池的双极板及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEM Fuel Cell)是一种电化学转化装置，它可以通过电化学反应将氢气和氧气中的化学能转化为电能。其中双极板是燃料电池非常重要的一个组件，它占有燃料电池30％的成本、80％的质量和几乎全部的体积。同时双极板还在燃料电池中起着分隔氧化剂与还原剂、收集电流、为冷却液提供流道、电堆的“骨架”等作用。因此，就要求燃料电池双极板具有高的导电率、良好的抗弯强度、良好的耐腐蚀性能以及良好的气密性。

目前比较常见的双极板有三种：石墨板、金属板和复合材料双极板。其中，金属板具有良好的导电导热性，减薄至0.1mm也不漏气，并且气体流道可冲压成型，易于实现批量化生产，这有利于体积比功率的提升和制造成本的下降。但是，金属双极板的成型模具精度要求高，成本也高。必须对金属基材，尤其是表面进行特殊处理以提高其化学稳定性，否则易出现金属板腐蚀甚至锈穿，导致电池的使用寿命缩短甚至发生灾难性的破坏。

还有现在虽然纯石墨板具有良好的导电导热性、化学稳定性，纯石墨板一般采用传统的机加工方法加工流道，流道就不能太窄(比如不能低于0.7mm)。如果流道过窄，加工刀具在加工过程中的磨损所引起的尺寸误差将不能容忍。此外，纯石墨板的机加工过程耗时也很长，生产效率不高，这些都导致纯石墨板双极板的加工成本偏高，甚至超过材料成本。另一方面，纯石墨板性脆，其内部孔隙的存在导致其易漏气，必须保持一定的厚度以保证其气密性，这就制约了电堆体积比功率和重量比功率的提升，所以寻求更好的制备工艺与方法，是燃料电池商业化的必经之路。

因此，目前对于复合材料双极板的研究越来越多，其中各种类型的复合材料，比如金属/石墨复合板、天然石墨/树脂复合板，及膨胀石墨(EG)/树脂复合板等都在实验当中。以其研发出能够很好地结合金属双极板和石墨双极板的优势的复合材料双极板来克服现有双极板的不足。

然而，不论所使用的方法以及尽管做了技术改进，复合材料双极板在应用中仍存在有许多缺点，特别是：

1、导电率低。

2、强度较差。

3、气密性差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供了一种质子交换膜燃料电池的双极板。

该种质子交换膜燃料电池的双极板：其原料包括按重量百分比的：

热固性树脂：5％～30％

石墨粉：60％～90％

导电聚合物：1％～10％。

在某些实施方式中，所述热固性树脂包括环氧树脂或酚醛树脂。

在某些实施方式中，所述导电聚合物包括聚吡咯、聚乙炔、聚对苯或Pedot导电液中的任意一种。

本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池的双极板的制备方法，包括以下步骤：

S1：将石墨粉分散于乙醇溶液中磁力搅拌得到第一混合物；

S2：将导电聚合物分散于乙醇溶液中磁力搅拌得到第二混合物；

S3：将所述第一混合物和所述第二混合物混合后磁力搅拌、加热、烘干成粉末；

S4：将所述粉末与热固性树脂混合并球磨得到第三混合物；

S5：将所述第三混合物热压固化成型，再冷却脱模得到所述双极板。

在某些实施方式中，所述S1和所述S2中的乙醇溶液均为体积比为4：1的乙醇溶液。

在某些实施方式中，所述S1、所述S2和所述S3中的磁力搅拌时长均为10min～60min。

在某些实施方式中，所述S3中的加热温度为40℃～50℃。

在某些实施方式中，所述S4中球磨转速为150r/min～300r/min，球磨时长为1h～3h。

在某些实施方式中，所述S5中将所述第三混合物放入热压机中进行加热固化成型；

加热温度为150℃～200℃，压力为20t～40t，保压时间为10min～40min。

在某些实施方式中，所述S5中采用分段热压的方式将所述第三混合物加热固化成型。

本发明提供的一种质子交换膜燃料电池的双极板相对于现有技术而言，有益效果是：

经发明人研究发现：目前双极板存在上述缺点是由于以下原因造成的：

1、酚醛树脂具有不导电性能，单独与石墨粉进行混合很难在导电率和抗弯强度上达到美国能源部标准。