[发明专利]一种燃料电池极板及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种燃料电池极板及其制备方法与应用，该制备方法以10％‑90％石墨基体和10％‑90％导电填充物制备浆料，通过浆料获得包覆有浆料的金属箔；以5％‑40％粘性物和60％‑95％金属颗粒物制备导电介质，通过导电介质获得包覆有导电介质的碳纤维片材；然后将包覆有浆料的金属箔贴合于包覆有导电介质的碳纤维片材上，得到复合碳纤维片材，除去金属箔，得到预制碳纤维片材；最后将预制碳纤维片材进行模压、热固化和浸泡处理等，得到燃料电池极板。本申请制得的极板成型强度较好，能够得到厚度较薄的双极板；采用本申请极板制得的电堆导电率较高，可以满足电堆的使用需要。本发明的制备方法简单，易于批量化或大规模生产。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池极板及其制备方法与应用。

背景技术

燃料电池利用燃料与氧气的化学转化产生电能，其核心组件包括膜电极单元。膜电极单元是由可传导质子的膜和分别设置在膜两侧的电极(阳极和阴极)构成的联合体。燃料电池一般由大量堆叠设置的膜电极单元构成，这些膜电极单元的电功率相互叠加。

燃料电池电堆是由多片双极板与膜电极组装而成，结构为双极板、膜电极、双极板、膜电极……其中双极板是燃料电池电堆的主要部件，占据电池电堆整体成本的40％以上。双极板起着分隔阳极反应物和阴极反应物、支撑整个电池系统的重要作用。燃料电池内部的微酸性环境对双极板材料的性能要求比较高，目前只有纯石墨材料能够完全满足双极板材料性能上的要求。但是，纯石墨材料的制造及加工成本都很高，而且加工困难，易于破碎，很难批量生产。目前，也有采用金属双极板制备燃料电池的，但是，金属双极板的加工成本很高，且寿命较短，长期在酸性环境下使用很容易被腐蚀。

目前，石墨基复合双极板因其加工条件及成本上的优势，应用潜力巨大。但是，石墨基复合双极板的成型强度较低，无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板的导电率较低，很难满足燃料电池电堆的使用需要。

发明内容

基于此，本发明提供一种燃料电池极板及其制备方法与应用，旨在解决现有的石墨基复合双极板成型强度较低、无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板制备得到的电堆导电率较低，很难满足燃料电池电堆的使用需要等问题。本申请制备得到的极板成型强度较好，能够得到厚度较薄的双极板；采用本申请极板制得的电堆导电率较高，可以满足燃料电池电堆的使用需要。

为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供一种燃料电池极板的制备方法，包括如下步骤：

S01、将10％-90％石墨基体、10％-90％导电填充物溶解于有机溶剂中，混合均匀，得到浆料；将所述浆料涂覆于金属箔的一侧面上，烘干，得到包覆有浆料的金属箔；

S02、将5％-40％粘性物和60％-95％金属颗粒物混合均匀，得到导电介质，将所述导电介质涂覆到碳纤维片材的一侧面上，得到包覆有导电介质的碳纤维片材；

S03、将步骤S01中包覆有浆料的金属箔贴合于步骤S02中包覆有导电介质的碳纤维片材上，得到复合碳纤维片材；其中，步骤S02中包覆有导电介质的碳纤维片材中具有导电介质的一侧面与步骤S01中包覆有浆料的金属箔中具有浆料的一侧面相抵接；

S04、将步骤S03中复合碳纤维片材的金属箔除去，得到预制碳纤维片材；将所述预制碳纤维片材干燥后进行模压，然后热固化，得到一面为气体流场面、另一面为水流场面的极板；

S05、将步骤S04的极板置于环氧树脂乙醇溶液中进行浸泡，然后冲洗所述极板表面后将所述极板进行固化，得到燃料电池极板；

所述百分比为重量百分比。

作为优选的实施方式，步骤S01中，

所述石墨基体为膨胀石墨、鳞片石墨和微晶石墨中的一种或者至少两种的混合物。

所述导电填充物为炭黑、碳纤维、纳米碳管和石墨烯中的一种或者至少两种的混合物。