[发明专利]一种冷压复合双极板的制备方法

说明书

本发明公开了一种冷压复合双极板的制备方法，其特征是：取原料天然鳞片石墨、人造石墨或/和膨胀石墨、导电助剂、粘结树脂组合物、增韧树脂和溶剂，粘结树脂组合物由酚醛环氧树脂、固化剂和促进剂混合组成，增韧树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂；原料经分散、捏合、密炼、干燥等工序制得粉料，在常温高压下利用模具成型后经固化即制得到冷压复合双极板。本发明制备的冷压复合双极板具有气体渗透率低、厚度薄、强度高、耐腐蚀性能优良、电阻率低、生产能耗低、效率高等特点，适用作质子交换膜燃料电池的双极板。

技术领域

本发明属于转变化学能为电能的装置的部件，涉及一种冷压复合双极板的制备方法，具体涉及一种质子交换膜燃料电池用复合双极板的冷压制备工艺。本发明制备的冷压复合双极板适用于质子交换膜燃料电池的双极板(即电池装配的中间极片)。

背景技术

众多燃料电池中，得到大规模商用的是质子交换膜燃料电池(简称 PEMFC)，质子交换膜燃料电池具有效率高、比功率大、工作温度范围宽、启动快速等优点，在乘用车辆、货运车辆、航空航天等领域均得到了广泛运用。双极板在PEMFC中，起到连接单电池、提供气体/液体流动通路、传递电流等作用，这就要求双极板拥有良好的强度，较低的电阻率和气体渗透率以及酸性环境下具有良好的抗腐蚀能力，同时燃料电池的大部分重量也来源于双极板，这就要求其在满足上述性能的同时应尽可能降低厚度以减轻重量。

现有技术中，用于质子交换膜燃料电池的双极板主要有石墨双极板、金属双极板、热压复合双极板。石墨双极板是在石墨板上进行机加工制造的带流道的双极板，应用最早，其电阻率低、耐腐蚀性能好，但加工困难，难以做薄减重，导致了其较低的功率密度。金属双极板适用金属辊压冲压等方法制造，以不锈钢为主，其加工性能好、强度高、易做薄、功率密度大，但需要解决酸性条件下金属耐腐蚀差的特点，而喷镀耐腐蚀涂层又会显著增加电阻率。热压复合双极板是通过在专用的模具内放入提前配制好的热压用双极板团料，在温度140℃以上、压力20MPa以上的高温高压下成型，得到带流道的双极板，其固化时间为几分钟至几十分钟不等，存在生产能耗高、生产效率低、难以实现全自动化生产等缺点。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种冷压复合双极板的制备方法。从而提供一种具有气体渗透率低、厚度薄、强度高、耐腐蚀性能优良、电阻率低、生产能耗低、效率高等优点，用于质子交换膜燃料电池的冷压复合双极板的制备方法。

本发明的内容是：一种冷压复合双极板的制备方法，其特征之处是包括下列步骤：

a、配料：按天然鳞片石墨(或称天然石墨)50～80重量份、人造石墨(人造石墨粒径较好的是小于100微米)5～20重量份或/和膨胀石墨5～ 10重量份、导电助剂5～20重量份、粘结树脂组合物5～15重量份、增韧树脂(或称增韧剂)5～15重量份、溶剂40～100重量份(溶剂的具体用量以粘结树脂组份和增韧树脂的混合物的粘度下降到利于分散导电助剂为准)取各组分原料，备用；

所述粘结树脂组合物由重量百分比为74％～92％酚醛环氧树脂、7％～ 25％固化剂和0.3％～1％促进剂混合组成；

所述导电助剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的混合物；

所述固化剂为双氰胺、二氨基二苯砜中的任一种；

所述促进剂为咪唑、2-乙基-4甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-甲基咪唑等中的任一种；

所述增韧树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂(简称PVB，四川东材科技股份有限公司等生产)；

b、原料混合分散制备湿润粉料：将酚醛环氧树脂、固化剂、促进剂和增韧树脂加入到溶剂中混合(以降低粘度)，(待充分)溶解后加入导电助剂，用(高速)分散机(使其均匀)分散，制得浆料；将浆料、天然鳞片石墨、以及人造石墨或/和膨胀石墨加入到捏合机中捏合(至混合均匀)，得到(湿润的、有一定粘性的)湿润粉料；