[發明專利]一種雙極板及其制備方法

在審

• 申請號: 201810478674.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108598519A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 深圳市晶特智造科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0213
• 分類號: H01M8/0213;H01M8/0226;B29C70/46
• 代理公司: 深圳市蘭鋒知識產權代理事務所(普通合伙) 44419
• 代理人: 曹明蘭

本發明公開了一種雙極板及其制備方法，所述雙極板包括石墨碳氈，以及填充在所述石墨碳氈的高分子樹脂，所述的雙極板中所述石墨碳氈的質量含量為40％～90％，所述樹脂材料的質量比為10％～60％；包括以下步驟：石墨碳氈預處理，將石墨碳氈依次浸入清洗劑和去離子水中超聲波震蕩清洗，取出干燥備用；將高分子樹脂熔化或者溶解成高分子樹脂液備用；將凈化的石墨碳氈完全浸入步驟(2)的樹脂液中，在常溫、常壓下浸漬處理，然后取出浸漬石墨碳氈干燥；最后，將填充樹脂的石墨碳氈置于模具中壓制即得所述雙極板。本發明的雙極板在滿足良好的導電性能的同時，還具備了良好的機械強度、耐蝕性、氣密性和經濟性，在電堆制備中具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及電堆制造領域，尤其涉及一種雙極板及其制備方法。

背景技術

目前，用于燃料電池和液流電池的雙極板主要為石墨雙極板和金屬雙極板。石墨雙極板的耐蝕性能最好，但成本高，約占50％～60％，成為限制燃料進一步推廣的瓶頸。而金屬材料雙極板的耐蝕性是一個難以徹底解決的問題，電解液的酸或堿性加劇了雙極板的化學腐蝕或電化學腐蝕速度，溶解的金屬離子進一步惡化了電池的電極反應，甚至導致整個電池反應停滯，電池報廢。近年來，人們開發了塑料導電雙極板，即通過導電填料和高分子樹脂混合、熱壓，形成具有良好強度和韌性的塑料板，但是該類雙極板的導電性較低，相對于石墨雙極板或金屬雙極板低一個數量級左右，還有待提高。而且，塑料雙極板的制備原料和工藝導致其機械性和導電性之間產生難以調和的矛盾，導致難以制備綜合性能優異的塑料導電雙極板。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種雙極板及其制備方法，在滿足良好的導電性能的同時，還具備了良好的機械強度、耐蝕性、氣密性和經濟性，在電堆制備中具有廣泛的應用前景。

本發明采用的技術手段如下：

一種雙極板，所述雙極板包括具有三維網絡結構的石墨碳氈，以及填充在所述石墨碳氈三維網絡結構內的高分子樹脂，所述的雙極板中所述石墨碳氈的質量含量為40％～90％，所述樹脂材料的質量比為10％～60％。其中作為導電骨架的具有三維網絡結構的石墨碳氈，在平面和截面兩個維度呈現均勻分布狀態，且平面和截面的導電網絡互相連通，且在雙極板的各個部分導電網絡呈現一致性，在其中的三維網絡結構里填充的高分子樹脂，使得原本柔性的石墨碳氈具備了良好的機械性、氣密性和耐腐蝕性，采用填充的方式使得石墨碳氈的三維網絡結構不被破壞，保證了石墨碳氈的良好的導電性。

優選的，所述石墨碳氈孔隙率為60％～95％，孔徑范圍為30μm～3000μm，石墨碳氈中碳含量為80％以上，石墨碳氈纖維直徑為10μm～200μm。為保證石墨碳氈的三維網絡結構能夠充分填入高分子樹脂，其孔徑大小、纖維直徑需要滿足一定的條件，本發明采用孔徑范圍差距較大的石墨碳氈是由于在填充高分子樹脂液的時候，借助大的孔徑讓高分子樹脂液在石墨碳氈流動，達到石墨碳氈的各個位置，小的孔徑則在從大的孔徑中分流得到高分子樹脂液，以便高分子樹脂液能夠達到每一個孔隙，填滿石墨碳氈的三維網絡結構，同時其纖維大小足以支撐起三維網絡結構，在填充高分子樹脂液的時候不會崩塌，保證填充完成后仍然具有三維網絡結構；高的含碳量則是保證其導電性能良好的條件。

優選的，所述高分子樹脂的分子量為40萬～100萬。大分子量的高分子樹脂能夠保證成品雙極板的機械性良好的條件。

所述雙極板在100MPa下高純氫氣的滲透率小于1.0×10^-6mol/m²s^-1Pa^-1。較小的氫氣滲透率說明本發明的雙極板具備良好的氣密性。

本發明還提供一種雙極板的制備方法，包括以下步驟：

(1)石墨碳氈預處理，將石墨碳氈依次浸入清洗劑和去離子水中超聲波震蕩清洗，取出干燥備用；

(2)將高分子樹脂熔化或者溶解成高分子樹脂液備用；