[發(fā)明專利]一種導電材料及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010183853.5
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN101986392A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發(fā)明（設計）人: 李平;張世淵;吳一寧;徐晶;韓一帆;周興貴
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學
• 主分類號: H01B1/24
• 分類號: H01B1/24;H01B13/00;H01M4/86
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池鄰域，特別涉及可用作燃料電池雙極板的導電材料及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池是直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，是一項高效利用能源而又不污染環(huán)境的新技術(shù)。燃料電池由許多單電池組成，每個單電池通常由膜電極、擴散層和雙極板三部分構(gòu)成。雙極板是將燃料單電池串聯(lián)起來組裝成電池堆的關(guān)鍵部件，它的一側(cè)與一個單電池的陽極接觸，另一側(cè)與毗鄰單電池的陰極接觸，其作用是分隔氣體并通過流場將反應氣體導入燃料電池，收集并傳導電流和支撐膜電極，同時還擔負起整個電池系統(tǒng)的散熱和排水功能。因此，雙極板在燃料電池中的地位舉足輕重，需同時具備高導電導熱性、高化學穩(wěn)定性、高力學性、低透氣性等特點。

目前廣泛應用的雙極板材料主要有金屬、石墨及復合材料三種。其中石墨基復合材料雙極板適合于大規(guī)模生產(chǎn)。用于制造石墨基復合材料雙極板的聚合物材料有熱塑性和熱固性兩類，材料復合工藝有濕混和干混兩種。為了增強熱塑性樹脂(如聚丙烯、聚醚或聚偏氟乙烯)或熱固性樹脂(如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯)與石墨的混合效果，大多采用濕混技術(shù)，但是濕混過程需消耗大量有毒溶劑和添加劑，不但產(chǎn)生浪費、增加成本，還會造成嚴重的環(huán)境污染。如羅曉寬等(電源技術(shù)，2008，32(3)：174-176)選用高分子雙酚A型環(huán)氧樹脂及線型酚醛樹脂與膨脹石墨制作復合材料，需用乙醇做溶劑，與樹脂混合配成溶液，在一定的壓力條件下將溶液灌入膨脹石墨，而后再將所得材料在烘箱中加溫蒸發(fā)除去溶劑。中國專利CN101252029公開了一種以石墨為基體，環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂為黏結(jié)劑，采用干混熱壓工藝制備導電復合材料的方法，可用于雙極板制造。Q.Yin等(J?Power?Sources，2007，165(2)：717-721)以酚醛樹脂粉和石墨粉末為原料，通過熱壓法制備雙極板，研究了模壓溫度、時間及樹脂含量對雙極板的導電性能、彎曲強度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著樹脂用量的增大，導電性能下降，彎曲強度增大。

然而，目前的石墨基復合材料雙極板仍存在著諸如導電性差、強度低、易透氣、穩(wěn)定性差、制造工藝復雜、成本高等問題。因此，本領(lǐng)域迫切需要提供一種能克服這些缺陷的新型石墨基復合材料雙極板及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供新型的石墨基復合材料雙極板及其制造方法。

本發(fā)明的另一個目的是提供中間相瀝青和聚芳基乙炔的新用途。

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種導電材料，所述導電材料的組成為石墨和聚合物，所述的聚合物是中間相瀝青、和/或聚芳基乙炔；所述石墨和聚合物的重量比為1∶0.05-1∶5；更佳地，所述石墨和聚合物的重量比為1∶0.1-1∶1.5。

在另一優(yōu)選例中，中間相瀝青和聚芳基乙炔的重量比例為1∶0-0∶1；更佳地，中間相瀝青和聚芳基乙炔的重量比例為1∶0.1-0.1∶1。

所述導電材料是以石墨為基體，以聚合物為粘結(jié)劑。

在本發(fā)明的第二方面，提供了一種如上所述的本發(fā)明提供的導電材料的制備方法，所述的方法包括步驟：將石墨和聚合物按比例混合形成的混合物進行熱壓成型，得到如上所述的本發(fā)明提供的導電材料；所述的聚合物是中間相瀝青、和/或聚芳基乙炔。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物的粒徑為1-100μm。

在另一優(yōu)選例中，所述熱壓成型是在5-40Mpa和80-320℃，保溫0.1-3小時的條件下進行。

在本發(fā)明的第三方面，提供了一種如上所述的本發(fā)明提供的導電材料的用途，用于制備燃料電池、和/或用作燃料電池雙極板。

據(jù)此，本發(fā)明提供了一種能克服這些缺陷的新型石墨基復合材料雙極板及其制造方法。

具體實施方式

發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，發(fā)現(xiàn)可以使用一種低成本高性能的聚合物，通過簡單有效的復合成型工藝，從而獲得導電性好、強度高、透氣性差、穩(wěn)定性好的導電材料。

具體地，發(fā)明人使用的聚合物是中間相瀝青、和/或聚芳基乙炔，同石墨以一定的重量比經(jīng)過干混熱壓后形成的復合材料致密不透氣，因而可用于制造新型的石墨基復合材料雙極板。

導電材料

本發(fā)明提供的導電材料中包括石墨和聚合物，其重量比為1∶0.05-1∶5，優(yōu)選1∶0.1-1∶1.5，更佳地為1∶0.5-1∶1.5。所述的聚合物是中間相瀝青、和/或聚芳基乙炔，中間相瀝青和聚芳基乙炔的重量比例為1∶0-0∶1，優(yōu)選1∶0.1-0.1∶1，更佳地為1∶0.1-0.5∶1。