[发明专利]一种气相沉积碳纳米纤维网络改性石墨复合双极板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气相沉积碳纳米纤维网络改性石墨复合双极板及其制备方法。该方法是通过浸渍法将过渡金属盐负载至膨胀石墨表面，再通过气相化学沉积在膨胀石墨碳表面催化原位生成碳纳米纤维网络，将碳纳米纤维网络改性膨胀石墨与粘结树脂经过干法混合和模压成型，得到复合双极板，该复合双极板利用气相化学沉积法在石墨颗粒表面原位沉积碳纳米纤维并构筑碳纳米纤维网络，能够有效增加复合双极板中的导电通路，增大复合双极板的电导率，减少接触电阻，同时利用碳纤维网络来提高石墨颗粒与树脂之间的结合能力，提高其力学强度，改善复合双极板的实用性和综合性能。

技术领域

本发明涉及一种复合双极板，特别涉及一种气相沉积碳纳米纤维网络改性石墨复合双极板，还涉及其制备方法，属于燃料电池材料制备技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益减少以及世界性的能源危机，加上传统能源对环境污染的日益加剧，开发新型、高效、适用范围广、环保型的电源装置迫在眉睫。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)，具有能量密度高，能量转化率高等优点，PEMFC采用氢气与氧气作为燃料生成无污染的水，不会产生二氧化碳等废气，对环境友好，符合未来对能源的要求，因此是最有潜力的未来电池之一；然而质子交换膜燃料电池由于催化剂成本高，双极板工艺复杂，扩散层制造成本高等缺点，使得其在商业化，实用化的道路上进展缓慢。尽管燃料电池的相关研究进展迅速；但是仍有许多制约燃料电池应用的因素。

作为PEMFC的重要组成结构之一，双极板不仅起着结构材料的作用，构建了整个电堆的基本骨架，还对于燃料电池的物料输送起着主导作用，双极板的流道以及双极板本身性能直接关系到燃料电池输送物料的效率；双极板的和其它部件的接触电阻也对多个燃料电池串联形成电池的内阻有着重要影响；因此双极板性能的好坏直接关系到燃料电池的综合性能；同时，目前双极板的质量约占燃料电池总质量的80％，成本能占50％以上；因此推进双极板相关技术的进步能有效加快燃料电池实用化的步伐。根据燃料电池的运行环境，双极板需要满足导电性好，抗弯强度高，酸性条件下耐腐蚀性强，氢气透过率低等几大要求。

目前有三类研究地较为成熟的双极板，依据材料分类分别为：石墨双极板，金属双极板，石墨/树脂复合双极板；由于三类双极板的基底材料性能差异较大，因此三类双极板在各类性能上有着显著差异，如石墨双极板具有导电性能良好，耐久性高等优点；金属双极板强度电导率符合要求但易腐蚀，表面处理成本较高，其使用寿命和耐久性难以满足使用需求。石墨树脂复合双极板尽管有着较低的制备成本和易加工性，但是其电导率相比前两类较低，且抗弯强度也不太理想。因此通过改性的方法提高石墨/树脂复合双极板的性能势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种气相沉积碳纳米纤维网络改性石墨复合双极板，该复合双极板利用气相化学沉积法在石墨颗粒表面原位沉积碳纳米纤维并构筑碳纳米纤维网络，能够有效增加复合双极板中的导电通路，增大复合双极板的电导率，减少接触电阻，同时利用碳纤维网络来提高石墨颗粒与树脂之间的结合能力，提高其力学强度，改善复合双极板的实用性和综合性能。

本发明的第二个目的是在于提供一种气相沉积碳纳米纤维网络改性石墨复合双极板的制备方法，该方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种气相沉积碳纳米纤维网络改性石墨复合双极板的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将膨胀石墨置于过渡金属盐溶液中浸渍，得到负载过渡金属盐的膨胀石墨；

2)在负载过渡金属盐的膨胀石墨碳表面通过气相化学沉积原位催化生成碳纳米纤维网络，得到碳纳米纤维网络改性膨胀石墨；

3)将碳纳米纤维网络改性膨胀石墨与粘结树脂经过干法混合和模压成型，得到双极板。