[发明专利]一种复合石墨双极板的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合石墨双极板的制备方法，包括以下步骤：以石墨矿为原料，在高温下制膨胀石墨；将树脂与辅助导电填料混合制得第一混合物；膨胀石墨与第一混合物干混制得第二混合物，将第二混合物压制成低密度预制板；低密度预制板经过模压，在上表面或上下表面压制出流场，制出包括氢气流场单极板和氧气流场单极板的半成品单极板；对半成品单极板真空浸渍；将所述氢气流场单极板和氧气流场单极板用丝网印刷技术通过粘合剂(模压)粘合，粘合为双极板，加热固化，得到复合石墨双极板。本发明采用模压成型工艺，更适于批量生产，缩短加工周期、降低生产成本；复合石墨双极板的导电性、密度、气密性、机械轻度、耐腐蚀性等各种性能指标优异。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种复合石墨双极板的制备方法。

背景技术

氢燃料电池是一种质子交换膜燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池是由双极板及膜电极组成。一个单电池电压一般在0.3～1.0V,这个电压很低，所以在实际应用中，是将几十几百个单电池串联一起使用。其中，双极板的作用主要包括：提供相邻单电池之间的电流通路，反应气的分配通道，冷却通道，分隔供给单电池的燃料、冷却剂(水)和氧化剂，分隔相邻电池的燃料气和氧化气，提供电池堆结构稳定所必须的机械强度等。

因此，要求双极板具有良好的导电性，对气体和冷却剂具有不渗透性，并且还要求对于燃料、氧化剂、电解膜具有抗腐蚀性，双极板材质需要有一定的机械强度、抗弯强度等。

现有技术中，双极板的材料多采用春柔性石墨板、金属板或者复合石墨板。金属双极板具有导电导热性高、机械强度高、阻气性强和易加工等优点，但须解决其易受腐蚀的问题。纯柔性石墨双极板厚度较金属板薄，重量轻、耐腐蚀、材料成本及制备成本低，但由于石墨板材脆、易碎、机械强度不足，在转运过程中保护要求高。现有复合石墨板由导电填料、聚合物构成，导电填料一般为天然石墨、人造石墨、膨胀石墨等，膨胀石墨具有柔性、易加工及气密性等优点，但纯膨胀石墨板的强度和气密性不能满足相应要求，需加入树脂来提高机械强度、气密性；双极板的高导电要求需要提高其石墨含量，而气密性和机械强度的要求又需要提高其树脂含量，使得石墨和树脂的比例互为矛盾。目前双极板的制作都是通过手工操作完成，无法实现制作过程的自动化或者半自动化。由于采用手工机加工操作，无法实现规模化生产，效率低，劳动强度大，大大增加了制备过程中的人力成本；而整个工艺过程对操作工的操作技能要求高，在整个制作过程中，产品质量的一致性无法得到有效的保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合石墨双极板的制备方法，包括以下步骤：

膨胀石墨制备步骤：以石墨矿为原料，在高于1000℃的高温下制得150～350ml/g的膨胀石墨；

第一混合步骤：将树脂与辅助导电填料混合，制得第一混合物，

其中，所述树脂为热固性树脂，是以下任意一种或者其组合：环氧树脂、聚丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂以及氟碳树脂；所述辅助导电填料是以下任意一种或者其组合：碳纤维、碳微球、碳纳米管、石墨烯以及炭黑；

第二混合步骤：将所述膨胀石墨与所述第一混合物干混，得到第二混合物；

压制低密度预制板步骤：将所述第二混合物压制成预设厚度和形状的低密度预制板；

模压步骤：将所述低密度预制板输送至模压机模具内，经过加压施力后，所述低密度预制板的厚度被压缩至设定值，同时在上表面或上下表面压制出所需的流场，此时制出半成品单极板，所述半成品单极板包括氢气流场单极板和氧气流场单极板；

真空浸渍步骤：对所述单极板进行加热，再将其放入浸渍装置中抽真空，再添加浸渍剂至完全淹没单极板，进行加压，浸渍预设值的时间；

丝网粘合步骤：加热模压，所述氢气流场单极板和氧气流场单极板粘合为双极板，停止加压，将所述双极板进行加热固化，使粘合剂固化，再进行保温，得到复合石墨双极板。