[发明专利]一种燃料电池双极板及其成型工艺

说明书

一种燃料电池双极板，按照重量份数，所述燃料电池双极板的原料包括：40‑50份石墨粉；35‑45份沥青焦粉和/或石油焦粉；8‑12份碳化硅；2‑4份石墨烯；5‑10份陶瓷粘接剂；其中，所述陶瓷粘接剂为硅酸盐溶液。本发明针对现有的石墨双极板质量较重、具有较大的脆性、以及加工成本昂贵(石墨双极板加工费为双极板费用的80％以上)、加工工艺复杂等缺陷，本发明对石墨双极板进行材料上的优化，以及工艺上的改进，制备得到的双极板具有良好的柔韧性和优异的力学性能及电学性能，可以满足燃料电池双极板的要求。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池双极板及其成型工艺。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEM Fuel Cell)是一种电化学转化装置，它可以通过电化学反应将氢气和氧气中的化学能转化为电能。其中双极板是燃料电池非常重要的一个组件，它占有燃料电池30％的成本、80％的质量和几乎全部的体积。同时双极板还在燃料电池中起着分隔氧化剂与还原剂、收集电流、为冷却液提供流道、电堆的“骨架”等作用。因此，就要求燃料电池双极板具有高的导电率、良好的抗弯强度、良好的耐腐蚀性能以及良好的气密性。

目前比较常见的双极板有三种：石墨板、金属板和复合材料双极板。其中，金属板具有良好的导电导热性，气密性好。但是，金属双极板由于金属自身的特性以及工艺的限制，易出现腐蚀甚至锈穿，导致电池的使用寿命缩短甚至发生灾难性的破坏；

纯石墨板具有良好的导电导热性、化学稳定性，纯石墨板一般采用传统的机加工方法加工流道，流道就不能太窄(比如不能低于0.7mm)。如果流道过窄，加工刀具在加工过程中的磨损所引起的尺寸误差将不能容忍。此外，纯石墨板的机加工过程耗时也很长，生产效率不高，这些都导致纯石墨板双极板的加工成本偏高，甚至超过材料成本。另一方面，纯石墨板性脆，其内部孔隙的存在导致其易漏气，必须保持一定的厚度以保证其气密性，这就制约了电堆体积比功率和重量比功率的提升。

故而目前对于复合材料双极板的研究越来越多，但现有的复合材料双极板，比如金属/石墨复合板、天然石墨/树脂复合板等，受限于工艺或者材料因素，仍主要在导电率、强度、气密性这三个方面存在不足，所以寻求双极板更好的制备工艺与方法，是燃料电池商业化的必经之路。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种燃料电池双极板及其成型工艺，成型工艺完全不同于现有的双极板制备工艺，且双极板以石墨粉为核心原料，通过复合多种性能材质，并采用冷压成型工艺，成型出的双极板在导电率、强度和气密性这三方面均得到了显著的性能提高。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：

一种燃料电池双极板，按照重量份数，所述燃料电池双极板的原料包括：

40-50份石墨粉；

35-45份沥青焦粉和/或石油焦粉；

8-12份碳化硅；

2-4份石墨烯；

5-10份陶瓷粘接剂；

其中，所述陶瓷粘接剂为硅酸盐溶液。

作为优选的，所述石墨粉的平均粒径小于30微米。

作为优选的，所述氮化硅的平均粒径小于15微米。

作为优选的，所述石墨烯的平均粒径为6-8微米。

一种燃料电池双极板的成型工艺，包括以下步骤：

S1、将40-50份石墨粉、35-45份沥青焦粉和/或石油焦粉、8-12份碳化硅、2-4份石墨烯分别均匀混合，搅拌均匀，得粉料混合物；

S2、向S1所得粉料混合物中加入5-10份陶瓷粘接剂，均匀搅拌混合，得基料；

S3、将基料在300t压力下冷压成型，得到燃料电池双极板毛坯；

S4、将燃料电池双极板毛坯在350-400℃下焙烧4-5h，冷却后即得燃料电池双极板。