[发明专利]高气密性高强度的石墨双极板材料及其制法与石墨双极板

说明书

本发明涉及一种高气密性高强度的石墨双极板材料及其制法与石墨双极板，属于燃料电池技术领域。本发明的石墨双极板材料包括铝镁合金相和石墨基体，通过高压注射的方式将铝镁合金相嵌入在所述石墨基体的气孔内。由于填充石墨气孔的铝镁合金为金属，组织致密度很高，塑性好，不仅可以将石墨双极板材料的孔隙率降低到0～0.5％之间，还能增加石墨双极板材料的强度和韧性，便于加工超薄双极板和批量化生产，有助于降低氢燃料电池降低电堆的重量、体积及生产成本，提高燃料电池的功率密度，满足目前市场对大功率氢燃料电池的迫切需求。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种高气密性高强度的石墨双极板材料及其制法与石墨双极板。

背景技术

双极板是燃料电池中的关键部件之一，一般情况下，双极板占电堆总质量的80％以上，占总成本约30％，而燃料电池电堆体积基本是由双极板占据。双极板起着分隔燃料与氧化剂，收集并输出电流，分导原料气体的作用。双极板性能优劣取决于极板的材料特性。在石墨、金属和复合材料三类双极板中，石墨双极板凭借良好的导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀性等特点成为当前国内燃料电池应用主流。石墨双极板要求具有良好的气密性，避免电池在工作过程中出现漏气现象，导致电堆内部空氢互串引发安全事故。石墨是一种多孔脆性材料，强度低脆性大，不能满足双极板气密性要求，一般是通过浸渍树脂的工艺进行封孔处理降低气孔率来满足双极板使用性能的要求。

制备石墨双极板的工艺主要有机械加工、模压成型和注塑成型等三种方式，机械加工工艺是国内制备石墨双极板的主流工艺，机械加工石墨双极板一般采用对石墨板原料进行浸渍树脂处理的方式，以降低其孔隙率提高气密性和强度，最后进行机械加工获得双极板。专利CN101483240B提供了一种用于燃料电池超薄型石墨双极板的加工方法，该方法是将石墨双极板坯料放入热固性树脂的溶液中进行真空浸渍，然后进行热固化处理，用机械加工方法加工流道制备石墨双极板。该方法没有解决由于树脂本身内部游离醛的存在，在树脂固化时容易逸出，形成气孔的问题。而且由于热固性树脂作为高分子材料提高石墨的强度是比较有限的，只能提高抗压强度30％左右，同时对石墨双极板的导电性有不利影响。同时机械加工的方法成本较高，不利于批量化生产，影响氢燃料电池规模化商业应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决现有技术中石墨双极板气密性、抗压性差的技术问题，提供一种高气密性高强度的石墨双极板材料及其制法与石墨双极板。

本发明第一方面提供一种石墨双极板材料，所述石墨双极板材料包括铝镁合金相和石墨基体，所述铝镁合金相嵌入在所述石墨基体的气孔内。在一些实施方式中，所述铝镁合金相的化学式为：Al_(100-x)Mg_x，其中，2≤x≤7；在该配比范围内的铝镁合金耐蚀性很好，强度也较高。优选的，x可以但不限于为2.5、3、4、5、6.5；更优选的，所述铝镁合金为Al₉₆Mg₄、Al₉₇Mg₃和Al₉₄Mg₆中的任意一种。

在一些实施方式中，所述石墨双极板材料的空气渗透系数为0.5～1.0*10^-6cm³.s^-1.cm^-2；

和/或，所述石墨双极板材料的抗折强度为90-110Mpa；

和/或，所述石墨双极板材料的电阻率2-5μΩ·m；

和/或，所述石墨双极板材料的厚度为0.4-1mm。

本发明第二方面提供一种石墨双极板材料的制备方法，包括：真空条件下，高压注射铝镁合金熔体至石墨基体形成具有铝镁合金相的石墨双极板材料。