[发明专利]双极板的制备方法及双极板

说明书

一种石墨烯复合浆料，包括第一类氧化石墨烯、第二类氧化石墨烯、石墨烯、可溶性碳源及去离子水，在石墨烯复合浆料中，第一类氧化石墨烯、第二类氧化石墨烯、石墨烯、可溶性碳源的固含量为0.5％～30％；可溶性碳源的质量是第一类氧化石墨烯、第二类氧化石墨烯及石墨烯质量的1‰～5％；第一类氧化石墨烯的颗粒直径大于第二类氧化石墨烯的颗粒直径，第一类氧化石墨烯具有第一类官能基团，第二类氧化石墨烯具有第二类官能基团，第一类官能基团能够与第二类官能基团自组装成大小间隔的石墨烯片。本发明还提供双极板及双极板的制备方法。本发明提供的双极板的制作成本低、制备方法简单且具有高导热系数。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合浆料、双极板制备方法及双极板。

背景技术

质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)燃料电池是以氢气为燃料，空气或氧气为氧化剂，全氟磺酸聚合物为电解质的能量转化装置。其理论能量转化效率非常高，但实际系统运行的能量效率仅为40-70％，还有30-60％的化学能转化为热能。大量的热量产生易导致电池温度过高，温度过高时，燃料电池的电解质膜的含水量降低，严重时质子交换膜脱水，导致离子电导率急剧下降，电化学反应的动力学过程减缓，造成电池的使用效率和寿命的损失。温度过低时同样对电堆反应有负面的影响，低温下电化学反应缓慢，极化现象明显，造成能量转化效率低以及电堆的输出性能变差。因此，对燃料电池电堆进行必要的热管理，使其维持在一定的温度区间工作，对提升燃料电池的反应效率以及输出性能稳定性有重要意义。通常对燃料电池的热管理系统的要求如下：(1)将工作温度控制在效率较高的范围；(2)保证电池内部温度的一致性；(3)保证电池不超过温度极限。

为了达到以上热管理要求，现在燃料电池所采用的冷却方式主要依据电堆的功率和体积分为以下几种：(1)阴极反应气体冷却。(2)空气冷却。(3)循环水冷却。前两种冷却方式分别适用于功率100W和2kW以下的小型燃料电池，大功率燃料电池必须使用水冷。而循环水冷却的方式需要在燃料电池的双极板上刻画冷却流道，并需要增加外部的泵为冷却液提供动力，增大了双极板加工的成本和整个燃料电池系统运行的复杂性。

双极板是PEM燃料电池的关键组件，占据了电池约80％的重量和45％的成本。因此，除了支撑电池、输送气体、在外部电路中充当集流体之外，双极板也担负着PEM燃料电池散热的重要作用。双极板的材料包括石墨、金属和石墨-聚合物复合材料，由于石墨具有优良的导电性和化学稳定性，无孔的导电石墨板成为理想的双极板材料。且石墨单晶的面向热导率达2000W/(m·K)，被认为是一种很有发展潜力的新型高导热材料。但目前燃料电池双极板用的石墨材料热导率约为100～130W/(m·K)，其导热性并未作为优势用于双极板。这主要是因为制备热导率在500W/(m·K)以上的石墨板技术难度较大，尤其后期石墨板机加工流道的技术较为复杂，成本很高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够制作成本低、方法简单且具有高导热系数的双极板，以及用于制备双极板的石墨烯复合浆料。

还有必要提供一种双极板的制备方法。

还有必要提供一种利用如上所述的双极板的制备方法制备的双极板。

一种石墨烯复合浆料，包括第一类氧化石墨烯、第二类氧化石墨烯、石墨烯、可溶性碳源及去离子水，在所述石墨烯复合浆料中，所述第一类氧化石墨烯、第二类氧化石墨烯、石墨烯、可溶性碳源的固含量为0.5％～30％；所述第一类氧化石墨烯的颗粒直径大于所述第二类氧化石墨烯的颗粒直径，所述第一类氧化石墨烯具有第一类官能基团，所述第二类氧化石墨烯具有第二类官能基团，所述第一类官能基团能够与所述第二类官能基团自组装成大小间隔的石墨烯片；所述可溶性碳源的质量是所述石墨烯总质量的1‰～5％。

进一步地，所述可溶性碳源为聚乙烯醇、聚丙烯酸、葡萄糖及其聚合体中的至少一种。

进一步地，所述石墨烯复合浆料还包括碳纳米管，所述碳纳米管的质量是所述石墨烯材料总质量的1‰～5％。