[发明专利]一种3D打印制备燃料电池极板的方法

说明书

本发明公开了一种3D打印制备燃料电池极板的方法。所述燃料电池极板由以下步骤制得：a、将纳米合金粉末、聚乳酸、玻璃纤维、乳化剂先后加入二氯甲烷溶剂中，制得固体胶状物；b、将固体胶状物在真空下低温热处理，球磨、造粒、拉丝，制得3D打印原料；c、将3D打印原料打印成型后等离子体热处理，制得改性聚乳酸包裹合金相的核壳结构的燃料电池极板材料。所述方法具有以下有益效果：本发明的方法制得的燃料电池极板表面疏水性好，玻璃化温度高和软化温度高，导电性能好，可充分满足燃料电池的需求，同时工艺简单，产量和成本更具优势，具有规模化应用的潜质。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及电池极板的制备，尤其是涉及一种3D打印制备燃料电池极板的方法。

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。

燃料电池极板的导流槽有规则型的如蛇形流场、直通道流场、交指型流场、网状流场等，这类规则型流场加工相对容易，可以通过在极板表层直接物理加工获得。但部分非规则型流场如仿生类流场结构是模仿人体肺叶或树叶形成的非规则型流场，对于这类流场的加工，难以通过普通的物理手段获得，目前的主要加工方式为数控机床，其加工成本高，耗时长，对于规模化生产具有严重的不利影响。3D打印由于其加工简单，成本低廉，是目前异型结构材料加工的新兴技术手段。近年来，针对3D打印材料改性从而满足燃料电池极板的需求并制备为极板材料具有十分重要的商业价值。

专利申请号201711156145.0公开了一种质子交换膜燃料电池的双极板及其制备方法。此发明选用石墨粉，热固性树脂和导电聚合物制备复合材料的双极板。其中，导电聚合物具有很好地导电性能，同时，导电聚合物加热可以进行固化。从而使石墨/热固性树脂复合材料双极板在保证导电率的同时能够很好地提高强度和气密性。从而制得高电导率、高强度和良好气密性的复合材料双极板。

专利申请号201410321881.7公开了一种质子交换膜燃料电池用金属双极板的制备工艺，包括如下步骤：（1）采用钛基金属制成双极板；（2）将上述双极板加热至200~600℃，以在双极板表面上制备一层TiO₂；（3）将上述双极板在惰性气体气氛中加热到500~1100℃时，通入氢气和碳氢燃料的混合气体，使TiO₂层转变为TiC层。

专利申请号201510738137.1公开了一种提高双极板复合材料性能的方法，其特征是：采用两种不同尺寸的天然鳞片石墨进行级配，大尺寸石墨粒径为D，小尺寸石墨粒径d为0.092~0.586D，将两者按合理比例进行颗粒级配，其中大尺寸天然鳞片石墨占总量的重量百分比为60~90％，小尺寸天然鳞片石墨占总量的重量百分比为0~10％，再添加适量纳米填料导电炭黑或石墨烯复配与酚醛环氧型乙烯基树脂粘结剂制备模压料；然后将模压料在一定温度、压力、时间下模压固化制备样品。

专利申请号201711344683.2公开了一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法，其特征在于制备步骤如下：采用3D打印机将导电聚合物加工成型，制成双极板基底，对双极板基底进行脱油脱脂后，将石墨烯涂到双极板的外表面，涂布方式为喷涂，将酚醛树脂或聚氨酯溶于乙醇，质量分数为1~2%，充分溶解后加入石墨烯粉末，石墨烯粉末占总质量的3~5%，采用800W超声处理器超声10~15min，得到石墨烯胶体涂料；待表面涂层干燥固化后，既得到导电聚合物-石墨烯复合双极板。

由此可见，现有技术中用于燃料电池极板的制备工序复杂、非规则流场加工困难，而利用3D打印技术时，其原料限制较大，大多原料熔融温度较低，难以适应燃料电池中的温度，同时由于原料大多为有机聚合物材料，其导电性较差，难以满足燃料电池极板的需要。

发明内容