[发明专利]一种石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺

说明书

本发明属于双极板技术领域，具体涉及一种石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺。本发明石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺，包括制备碳纳米管‑石墨烯杂化热固性树脂浆料、将碳纳米管‑石墨烯杂化热固性树脂浆料、石墨粉及增强纤维制备块状模塑团料、以及对块状模塑团料模压得到石墨基纳米复合双极板的步骤，所述碳纳米管、石墨烯及增强纤维的加入量分别是石墨粉和热固性树脂浆料总重量的0.01%~10%、0.01%~10%及0.1%~15%。本发明的制备工艺通过引入碳纳米管、石墨烯和增强纤维，能够增强石墨基复合双极板的电性能与力学性能，制得的双极板兼具高导电性、高耐腐蚀性、优异的力学性能、超薄的厚度、优良的尺寸稳定性及耐高温性等优点。

技术领域

本发明属于双极板技术领域，具体涉及一种石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺。

背景技术

双极板是质子交换膜燃料电池中重量最重、成本较高的一个组件，分别约占燃料电池电堆总重量和总成本的80％及40％。因此，提高质子交换膜燃料电池的质量、减轻燃料电池的重量和降低成本是开发质子交换膜燃料电池的关键所在，特别是用于汽车和移动应用的燃料电池。制造双极板所使用的加工方法和材料决定了产品的最终性能。

用于制造质子交换膜燃料电池双极板的材料包括无孔石墨、金属材料和聚合物复合材料。

石墨是制造质子交换膜燃料电池最常用的材料，因为它具有优异的电学性能以及优异的耐腐蚀性能。然而，目前市场上通过机加工形成的石墨双极板，有较差的机械性能，良品率较难控制，生产周期较长。

金属双极板具有更高的机械强度和导电性，可大批量快速生产。然而，金属双极板在质子交换膜燃料电池中耐腐蚀性能较差，金属离子易析出导致催化剂中毒，容易损失电池性能。

由于目前现有的石墨双极板大多通过机械加工雕刻的方式，形成阴阳极双极板的流道。此种石墨双极板受限于切削工艺的限制，通常厚度很厚，加工工艺繁琐，良品率低，成本较高，机械强度低不利于组装电堆。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺。本发明的主要目的是提供一种高导电性、高耐腐蚀性、优异的力学性能、超薄的厚度、优良的尺寸稳定性及高的耐高温性的石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种石墨基纳米复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

(1)向配制好的热固性树脂浆料中加入碳纳米管和石墨烯，进行超声分散，直至碳纳米管与石墨烯均匀分散在热固性树脂浆料中，获得碳纳米管-石墨烯杂化热固性树脂浆料；

(2)将步骤(1)得到的碳纳米管-石墨烯杂化热固性树脂浆料、石墨粉及增强纤维倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得块状模塑团料，并在室温下增稠熟化；

(3)将步骤(2)中得到的块状模塑团料在50～250℃、5～50MPa下模压0.5～60min，即得到石墨基纳米复合双极板；

所述碳纳米管、石墨烯及增强纤维的加入量分别是石墨粉和热固性树脂浆料总重量的0.01％～10％、0.01％～10％及0.1％～15％。

进一步地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。

进一步地，所述石墨烯为氧化还原石墨烯、液相剥离石墨烯、化学气相沉积石墨烯或机械剥离石墨烯。

进一步地，所述增强纤维是聚丙烯腈基碳纤维或玻璃纤维，所述增强纤维的长度为0.02～10mm。

进一步地，所述石墨粉是人造石墨、天然鳞片石墨和膨胀蠕虫石墨中的一种或多种，石墨粉的粒径为1～1500μm，石墨粉的用量是石墨粉与热固性树脂浆料总重量的60％～95％。

进一步地，所述热固性树脂浆料的制备包括以下步骤：