[发明专利]一种燃料电池极板及其制备方法以及一种燃料电池

说明书

本发明提供了一种燃料电池极板，由包括以下质量百分比的原料制备而成：5wt％～90wt％的连续碳纤维；5wt％～90wt％的碳纳米管纸；5wt％～50wt％的环氧树脂；0.1wt％～5wt％的导电粒子；0.01wt％～30wt％的添加剂。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池极板及其制备方法以及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池作为可替代能源技术，以启动方便、高能量密度、零排放、能量转化效率高的特点引起广泛的关注并持续进行了研究开发，并且已经作为自动车、通信基站、便携式电动工具等的电源而广泛应用。质子交换膜燃料电池是发展最成熟，最接近于商业应用的燃料电池。它的基本构件包括：双极板、气体扩散层、催化剂层和质子交换膜。

在燃料电池正常工作时，内部的燃料、氧化剂与冷却液必须通过双极板有效地进行运送与分隔开来。双极板不仅是将单电池串联起来组装成电池堆的关键部件，而且还需将反应气体导入催化层并传导反应产生的电流，同时还担负起整个电池的散热和排水功能。目前从双极板基本材质来分，可以分为纯石墨板、金属板和复合材料板三大类。传统的双极板主要由烧结的石墨制成，因为石墨具有良好的导电导热性、化学稳定性，但纯石墨板机械强度太低，其内部孔隙的存在导致其易漏气，必须使厚度在1.5mm以上，才能保证其气密性，这就制约了电堆体积比功率和重量比功率的提升。而且纯石墨板采用传统的机加工方法加工流道，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，机加工过程耗时也很长，生产效率不高，导致双极板的加工成本偏高，甚至超过材料成本。金属板具有良好的导电导热性和机械加工性，减薄至0.75mm有利于体积比功率的提升，并且气体流道可冲压成型，且可以控制流道的拔模角度等，易于实现批量化生产，这和制造成本的下降。但是，金属双极板的成型模具精度要求高，而且必须对金属基材，尤其是表面进行特殊处理以提高其电化学稳定性，否则易出现金属板腐蚀甚至锈穿，从而导致电池的使用寿命缩短甚至发生灾难性的破坏。在日本丰田公司发布的Mirai燃料电池车中使用了钛为基材极板和隔板，这个材料虽然抗腐蚀性能良好，但是成本非常昂贵。

寻求更好的制作工艺与方法，是燃料电对于第三类的各种类型的复合材料的迫切要求。近年来，随着对燃料电池体积减小的需要，双极板的体积也要大幅降低，才能提供燃料电池的体积功率密度，同时为了降低在单元电池的层压结构中各部件之间的接触电阻，还需要提加工精确度。作为提高燃料电池复合双极板电导率的方法，往往通过提高包含碳材料和树脂粘合剂的模制品中的碳材料含量的方法。这种方法虽然能部分提高电导率，但是双极板的机械强度趋向于降低。

专利CN201110120938.3提供了一种方案：一种燃料电池用双极板的制造工艺及设备，该工艺其包括将膨胀石墨与树脂粉末进行干混；膨胀石墨与树脂的混合料压制成预压板；再次压制，且在其一面或双面压出相应的流道；将压出流道的双极板预压板分离，得到成型的双极板；将成型的双极板固化冷却得到双极板产品。该专利制备出的双极板存在电阻率大，机械强度低的问题，并不能有效提高燃料电池的体积功率密度。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料电池极板及其制备方法以及一种燃料电池，本发明提供的的燃料电池极板具有良好的机械强度以及导电性，并且电阻率低。

本发明提供了一种燃料电池极板，由包括以下质量百分比的原料制备而成：

5wt％～90wt％的连续碳纤维；

5wt％～90wt％的碳纳米管纸；

5wt％～50wt％的环氧树脂；

0.1wt％～5wt％的导电粒子；

0.01wt％～30wt％的添加剂。

优选的，所述连续碳纤维选自碳纤维丝束或碳纤维布。