[發明專利]一種導電聚合物-石墨烯復合雙極板的制備方法

有效

• 申請號: 201711344683.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108199058B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 張斌;姜濤;陳慧明;米新艷;張克金;李軍澤
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0223;H01M8/0228
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 董鶴維

本發明涉及一種導電聚合物?石墨烯復合雙極板的制備方法，其特征在于制備步驟如下：采用3D打印機將導電聚合物加工成型，制成雙極板基底，對雙極板基底進行脫油脫脂后，將石墨烯涂到雙極板的外表面，涂布方式為噴涂，將酚醛樹脂或聚氨酯溶于乙醇，質量分數為1~2%，充分溶解后加入石墨烯粉末，石墨烯粉末占總質量的3~5%，采用800W超聲處理器超聲10~15min，得到石墨烯膠體涂料；待表面涂層干燥固化后，既得到導電聚合物?石墨烯復合雙極板。其解決了目前燃料電池雙極板物理性能、耐腐蝕性能和電性能提升的問題，特別適用于質子交換膜燃料電池。

技術領域

本發明涉及一種導電聚合物-石墨烯復合雙極板，特別是涉及一種導電聚合物-石墨烯復合雙極板的制備方法，用于氫氧燃料電池領域。

背景技術

氫氧燃料電池中體系中，雙極板是電池堆中最重要的性能元件，它負責把燃料和空氣分配到兩個電極表面以及電池堆散熱。因此雙極板必須是電、熱的良導體，具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，較低密度，耐腐蝕性好等特點。目前采用的石墨雙極板，是較早開發和利用的雙極板，傳統雙極板主要采用無孔石墨板，并通過機械加工溝槽。這種石墨雙極板的熱膨脹系數低，熱導性良好，化學性質穩定，耐腐蝕性能好，導電性較強。但是石墨的脆性造成了加工困難，同時也限制了石墨板厚度的降低，而且在制造過程中容易產生氣孔，使燃料與氧化劑相互滲透。金屬材料與石墨雙極板相比，金屬雙極板具有良好的導電性、導熱性、機械加工性、致密性，適合批量生產。鋁、鉻、鎳、不銹鋼等都是制造雙極板的金屬材料。但是金屬材料存在單位密度高、易腐蝕等缺點。由于?PEMFC?要在酸性高溫的環境中工作，金屬有可能被腐蝕或溶解，溶解后產生的金屬離子會擴散到質子交換膜，增加了被蝕雙極板的電阻，降低了電池的輸出功率。復合材料復合雙極板結合了石墨雙極板與金屬雙極板的優點，價格便宜、制造工藝簡單、質量輕、抗腐蝕性好，但也存在如導電效果與機械性能較差的缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導電聚合物-石墨烯復合雙極板的制備方法，其解決了目前燃料電池雙極板物理性能、耐腐蝕性能和電性能提升的問題，特別適用于質子交換膜燃料電池。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種導電聚合物-石墨烯復合雙極板的制備方法，?其特征在于制備步驟如下：

步驟1.采用計算機輔助設計繪制雙極板的3D圖紙，利用切片軟件完成數據處理并將數據上傳至3D打印機。建模軟件為可生成stl文件格式的三維制圖軟件，生成的3D圖紙stl文件采用具有路徑規劃功能的軟件進行切片，隨后進行文件存儲并上傳至3D打印機；

步驟2.采用3D打印技術將導電聚合物加工成型，制成雙極板基底，其中導電聚合物包括聚醚醚酮、聚吡咯、聚苯硫醚中的一種；

步驟3.對雙極板基底進行脫油脫脂后，將石墨烯涂到雙極板的外表面，涂布方式為噴涂，具體噴涂所用的石墨烯膠體涂料制作方法為，將酚醛樹脂或聚氨酯溶于乙醇，質量分數為1~2%，充分溶解后加入石墨烯粉末，石墨烯粉末占總質量的3~5%，采用800W超聲處理器超聲10~15min，得到石墨烯膠體涂料；

步驟4.待表面涂層干燥固化后，既得到導電聚合物-石墨烯復合雙極板。

本發明的積極效果是制備方法簡單、適用于大規模生產。采用本發明制成的雙極板，和金屬雙極板相比，具有更輕的質量，同時由于具有石墨烯涂層，對于氫氣的腐蝕作用的耐受性更強。和石墨雙極板相比，具有更高的導熱系數，更輕的質量，性能更佳；和同樣工作面積的金屬雙極板相比,質量降低15%,和同樣工作面積的石墨雙極板相比,質量降低30%,和同樣工作面積的石墨雙極板相比,面積比電阻降低100%,和同樣工作面積的石墨雙極板相比,導熱系數提高60%。本發明制備的雙極板在1?A/cm2,80℃下連續運行4000?h后電壓依然穩定,雙極板未出現氫脆現象，相比同樣尺寸的不銹鋼雙極板，同等條件下工作1300h，性能下降，電阻升高至初始電阻的3倍以上。

附圖說明

圖1?本發明所述的雙極板模型。