[发明专利]一种用于燃料电池双极板的碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以用于制作燃料电池双极板具有低电阻率的碳纤维复合材料及其制备方法。所述碳纤维复合材料包含作为导电和增强的短切碳纤维和导电填料以及作为粘结的树脂组成。通过本法发明所制得的具有低电阻率的碳纤维复合材料，由于其高电导率、高的机械强度和优良的耐腐蚀性，可以用来制作燃料电池的双极板。并且，碳纤维复合材料可以使燃料电池实现轻量化。

技术领域

本发明涉及高性能纤维复合材料和燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池双极板的碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

燃料电池中，双极板是重要的性能元件，它负责把气体分配到两个电极表面以及电池堆的散热并且每个双极板都必须有稳定的密封措施。目前燃料电池双极板主要采用不透性石墨以及金属。石墨双极板导电耐腐蚀性好但是制作程序复杂且脆性大；金属双极板存在严重的耐腐蚀性问题。并且，由于在燃料电池体积、质量和制造成本上，双极板占据很大比例，目前双极板成本仍然根据不同规格电池总成本的10-30％之间。

另一方面，因为石油、煤炭、天然气等化石燃料资源耗竭和严重的环境问题，需要交通车辆、飞行器等轻量化以实现更高的能源利用效率。因此，当含有碳纤维的复合材料在轻量化领域受到关注的同时，其导电、耐腐蚀、高机械强度在燃料电池领域也受到了重视。

另外，中国专利公开号CN106159280A公开了一种热压石墨双极板及制作工艺。在起某一实施例中，该双极板由石墨粉65wt％、酚醛树脂10wt％、炭黑 7wt％、碳纤维5wt％。该双极板具有的缺点在于，其主要成分为石墨，较少的具有长导电通路的碳纤维，在模制体内部难以形成复杂的导电网络，且模制体需要高温碳化，具有较多的工段和额外能耗，其模制体力学性能欠佳。

因此，开发同时满足性能要求而且具有低廉成本的双极板材料极其制造工艺已经成为推进燃料电池商业化应用的关键之一

发明内容

基于此，有必要针对现有石墨电极脆性大、金属耐腐蚀能力差以及两者的重量大、制造成本高的问题，提供一种工艺简单、易于批量化生产并且具有良好力学强度、耐腐蚀、低成本且轻量化的双极板材料及其制备方法。

在优选地方面，本发明提供了包含碳纤维作为导电网络和增强结构。碳纤维材料可以增加电导率和良好的机械强度，并且实现双极板轻量化。

如本文所用，碳纤维是指包含原丝或被进一步上浆处理或纤维表面包覆金属及其化合物的纤维。

而且，本发明提供了用于制备碳纤维复合材料以实现轻质的方法。

进一步提供的是包括含有碳纤维复合材料用于双极板的模制体。

在一个方面，本发明提供的一种用于燃料电池双极板的碳纤维复合材料及其制备方法。碳纤维的平均长度可以为1mm-100mm。

附图说明

现在将参考附图中所示的某些示例性实施方式详细描述本发明的以上和其他特种，仅以示例的方式提供，不限制本发明，其中：

图1：流程图

附表说明

表格1：测试结果对比

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。