[发明专利]一种复合双极板的制备方法、复合双极板和燃料电池

说明书

本发明公开一种复合双极板的制备方法、复合双极板和燃料电池，其中制备方法包括将三维多孔镍泡沫网模板放进真空管式炉内，并在惰性气体环境下进行煅烧；利用化学气相沉积方法在三维多孔镍泡沫网模板上沉积一层或多层石墨烯，维持管式炉的煅烧温度，使用氢气作为载气将碳源通入管式炉进行石墨烯生长；再通过化学腐蚀去除三维多孔镍泡沫网模板中的镍，然后进行清洗和烘干，获得具有各向同性的第二多孔泡沫石墨烯；将第二多孔泡沫石墨烯放入树脂溶液中进行真空浸渍，得到泡沫石墨烯‑树脂复合板材；将复合板材在浸渍容器内静置至表面的树脂溶液沥干后，进行固化成型，最后将固化后得到的复合极板半成品进行去毛刺和表面打磨后得到复合极板成品。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种复合双极板的制备方法、复合双极板和燃料电池。

背景技术

双极板是燃料电池的关键部件，主要作用为传输和分配反应气体、收集电流、提供机械支撑、导热以及排水。燃料电池双极板一般分为石墨板、金属板和复合板三种类型。其中，石墨板具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，但是在制备的过程中需要高温处理，工艺繁琐，且纯石墨板的机械强度低、脆性大、导致其难以变轻变薄。另外，石墨板的流场加工主要依赖于精雕机雕刻方法，导致加工成本居高不下。以上缺点限制了石墨双极板在高功率密度和低成本燃料电池上的应用。金属双极板的强度高、韧性好、厚度薄，并且可以通过冲压工艺快速成型，实现低成本的批量生产。但是金属双极板的耐腐蚀性差，即使经过特殊涂层处理，其寿命仍然不足以支撑商用车和固定式发电等应用。复合双极板结合了石墨和金属双极板的优点，具有高强度、高耐腐蚀性、易成型等优点，目前已成为燃料电池双极板研究的发展重点。

在复合双极板的制备工艺中，膨胀石墨冷压浸渍成型工艺主要是通过模压或辊压一次成型膨胀石墨，形成流场板，再通过树脂浸渍、漂洗、固化，从而得到成型的双极板；或是直接利用柔性石墨板材进行树脂浸渍，先进行烘干去除有机溶剂，然后压制成型，最后进行固化保温。

图1为膨胀石墨冷压浸渍成型工艺中树脂浸渍示意图，在实现本说明书实施例的过程中，发明人发现：

1.由于膨胀石墨的孔径分布为各向异性，纵向孔径尺寸相较横向孔径有明显的降低，导致树脂浸渍的速率低，影响生产效率，是制约该工艺成本降低的瓶颈。

2.由于膨胀石墨的孔径分布为各向异性，导致树脂浸渍率低(树脂浸渍率在此定义为复合材料中树脂和膨胀石墨材料的体积比)，降低双极板的气密性。

3.由于膨胀石墨层间导电通路不足，在树脂浸渍以后，双极板的导电性也无法保障，甚至难以满足指标要求。

发明内容

本发明提供一种复合双极板的制备方法、复合双极板和燃料电池，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

根据本说明书实施例的第一方面，提供了一种复合双极板的制备方法，包括以下步骤：

将三维多孔镍泡沫网模板放进真空管式炉内，并在惰性气体环境下进行煅烧，所述惰性气体包括氩气或氮气；

利用化学气相沉积方法在所述三维多孔镍泡沫网模板上沉积一层或多层石墨烯，使石墨烯均匀沉积在所述三维多孔镍泡沫网模板的壁面上，维持所述管式炉的煅烧温度，使用氢气作为载气将碳源通入所述管式炉进行石墨烯生长，关闭碳源，使所述管式炉冷却到室温，得到第一多孔泡沫石墨烯；

通过化学腐蚀去除所述第一多孔泡沫石墨烯中的三维多孔镍泡沫网模板中的镍，再进行清洗和烘干，获得具有各向同性的第二多孔泡沫石墨烯；

将所述第二多孔泡沫石墨烯放入浸渍容器中的树脂溶液中进行真空浸渍，真空浸渍预设值的时间，得到泡沫石墨烯-树脂复合板材；

排出所述浸渍容器内的树脂溶液，将所述复合板材在所述浸渍容器内静置至表面的树脂溶液沥干后，再进行固化成型，所述固化成型具体包括以下步骤：