[发明专利]一种石墨双极板及包括该石墨双极板的电化学电池

说明书

本申请提供一种石墨双极板，所述石墨双极板由碳基复合物制成，所述碳基复合物包括：石墨；和全芳香族热致性聚酯液晶或聚酯酰胺；其中，所述石墨至少部分填充于所述全芳香族热致性聚酯液晶或所述聚酯酰胺中。构成该种石墨双极板可以由碳基复合物制成。该石墨双极板具有更高石墨掺入量，以解决现有情况下成本高、导电性能低等问题。

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种石墨双极板及包括该石墨双极板的电化学电池。

背景技术

近年来，对非化石燃料清洁电力的需求急剧增加。这一需求集中在许多技术上，其中就包括以氢为燃料的发电和供热系统。上述的系统被称为质子交换(PEM)膜燃料电池。根据电解质和燃料不同,燃料电池分为六类：质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)。

其中，质子交换膜燃料电池单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，由于质子交换膜燃料电池拥有较高转化率及分子密度的特征，因此在氢燃料汽车中受到广泛运用，并逐渐成为最主流的一种燃料电池模式。

目前，质子交换膜燃料电池一般分为低温质子交换膜(60～80℃)和高温质子交换膜(120～160℃)两大类。

在高温质子交换膜燃料电池发展到某个阶段时，提高电池组的耐用性和降低成本是非常必要的。

当前技术所需成本较高的一个原因是，双极板(PEM燃料电池堆的组成部分)的成本相对较高。双极板通常由导电石墨制成，用于分离电堆中的单个电池，向阳极气体扩散电极提供氢气，向阴极气体扩散电极提供氧气或空气。因为这个关键功能的存在，板的一侧将有气流通道，板的另一侧将存在与第一个气流通道正交的另一个气流通道。在理想情况下，板是无孔的。这些板可以使用多种工艺制造，包括但不限于雕刻、布线、压缩或注塑石墨与化学性能和热性能均稳定的热塑性聚合物复合，基本上就是可熔化的工程塑料。由于注塑成型往往比挤压成型更有效率，注塑成型已成为制版的首选工艺。有几种塑料与石墨一起用于这些成型工艺，但目前最先进的粘合剂通常使用聚苯硫醚(PPS)，其以约20％的质量占比掺入成型复合物中。聚苯硫醚相对便宜，其化学性能和热性能均稳定。然而，成品板中含有质量占比20％的非导电材料聚苯硫醚，与100％石墨板相比，其导电性降低。

发明内容

本申请提供一种石墨双极板，构成该种石墨双极板可以由碳基复合物制成。该石墨双极板具有更高石墨掺入量，以解决现有情况下成本高、导电性能低等问题。

根据本申请一个方面，本申请所提供的石墨双极板由碳基复合物制成，所述碳基复合物包括：石墨；全芳香族热致性聚酯液晶或聚酯酰胺；其中，所述石墨至少部分填充于所述全芳香族热致性聚酯液晶或所述聚酯酰胺中。

进一步地，在上述石墨双极板中，复合物中的全芳香族热致性聚酯液晶与聚酯酰胺为填充有石墨或未填充状态，填充有石墨是指：全芳香族热致性聚酯液晶与聚酯酰胺中混有石墨，比如混有10％质量百分比的石墨；未填充状态是指：全芳香族热致性聚酯液晶与聚酯酰胺中未混有石墨。

根据本申请一些实施例，所述石墨占所述碳基复合物的质量分数为 70～95wt.％，优选为85～95wt.％，更优选为90～95wt.％。

根据本申请一些实施例，所述碳基复合物中的所述石墨的粒径为 0.01～50微米，优选为0.05～10微米，更优选为0.1～1微米。

根据本申请一些实施例，所述全芳香族热致性聚酯液晶，包括：聚 4-羟基苯甲酸-共聚-6-羟基-2-萘甲酸。

根据本申请一些实施例，所述聚4-羟基苯甲酸-共聚-6-羟基-2-萘甲酸的聚合单体包括：对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸。