[发明专利]一种低温石墨化制备燃料电池双极板的方法

说明书

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种低温石墨化制备燃料电池双极板的方法。包括如下制备过程：（1）将活性炭粉末与催化剂粉末混合后加压球磨，制得复合粉末；（2）将复合粉末置于模具中干压成型，制备为带有流场的极板前驱体；（3）将极板前驱体置于等离子体下进行热处理，然后利用酸性水溶液反复浸泡洗涤，制得燃料电池的极板。本发明利用等离子体热处理，通过钠盐被还原为金属钠蒸汽、锆盐向碳基内部迁移及作用于碳基层间的氟盐共同作为催化剂，可以大幅降低反应所需能耗，同时所用的催化剂价格低廉，进一步降低了极板的制备成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种低温石墨化制备燃料电池双极板的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种清洁、环保、高效的新型能量转换装置，采用氢气作为燃料，通过催化剂将气体分解为质子和电子，穿过质子交换膜与氧气分解产生的氧离子结合成水，从而释放出能量并转化为电流。极板材料是燃料电池的关键部件，它在燃料电池中的作用包括分配电池中的燃料和氧化剂、收集和传导电流、输出产生的液态水等。

燃料电池极板主要有石墨材料类、金属材料类与复合材料类三种。其中石墨极板具有质量轻，导电性好，耐腐蚀性能好的优点，其制备难度相对较低，是工业生产中的主要选择之一。目前采用选择性激光烧结技术，通过激光分区域扫描，将粉末状态的石墨材料烧结成型是加工燃料电池双极板的有效方法。

燃料电池的极板可以采用天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纤维等加工而成，其中天然石墨具有良好的导电性和抗弯强度；合成石墨是一种通过高温处理的非晶态石墨，由于球形石墨结构均匀并且具有良好的流动性，可以改善混合材料的流动性，保证激光烧结加工过程中粉末材料的均匀涂铺；纳米尺度的炭黑可以填充到石墨颗粒的空隙，提高零件的密实程度；石墨纤维起到提高机械强度的作用。

中国发明专利申请号201711136118.7公开了一种燃料电池石墨双极板的新型加工方法。主要原料包括石油焦、煤沥青、中间相碳微球，依次经过压制、焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、机加工等工艺步骤后制得燃料电池双极板。该燃料电池石墨双极板由于使用煤沥青与中间相碳微球进行浸渍加工，因此解决了纯石墨板所制双极板存在的机械强度低，加工难度大，气密性差等问题，并且由于未使用树脂类粘结剂，所以所制双极板并不会出现导电性和耐腐蚀性受影响等问题。

中国发明专利申请号200910050738.8公开了一种燃料电池技术领域的低温催化石墨化质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，包括：将中间相炭微球与催化剂溶液混合后球磨0.5~5h，然后加热77~79℃，加热0.5~5h回收处理溶剂乙醇，再采用模压成型法得到带完整流道的双极板素坯；将双极板素坯进行低温催化石墨化处理，然后自然冷却至室温，最后依次进行清洗处理和干燥处理，制成质子交换膜燃料电池双极板。

根据上述，现有方案中用于燃料电池的石墨极板韧性较差，同时石墨化工艺的能耗非常高，需要在高温下长时间处理，从而导致其价格十分昂贵，而现有的低温催化制备石墨极板的方法，催化效果不佳，产品质量较差。

发明内容

目前应用较广的燃料电池石墨极板存在韧性较差，并且石墨化工艺能耗极高，需要在高温下长时间处理，从而导致其价格十分昂贵的缺陷，而现有的低温催化制备石墨极板的方法不成熟，产品质量较差。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种低温石墨化制备燃料电池双极板的方法，制备的具体过程为：

（1）将活性炭粉末与催化剂粉末混合，并进行干法球磨，在球磨同时进行加压，使活性炭粉末对催化剂粉末进行充分吸附，制得复合粉末；

（2）将步骤（1）制得的复合粉末置于模具中进行干压成型，制备为带有流场的极板前驱体；

（3）将步骤（2）制得的极板前驱体置于等离子体下进行热处理，制得石墨相极板，然后使用酸性水溶液反复浸泡洗涤，除去层间残留的催化剂，制得燃料电池的极板。