[發(fā)明專利]一種雙極板材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811157309.6
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109301278A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周玄全;祝飛;陳斌
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州納磐新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0221;H01M8/0206;H01M8/0213
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發(fā)明涉及一種雙極板材料及其制備方法和應(yīng)用，所述雙極板材料包括層疊體，所述層疊體包括柔性基材，以及與柔性基材接觸的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含樹脂和導(dǎo)電填料，相對于100重量份所述樹脂，所述導(dǎo)電填料的量為2?60重量份。所述柔性基材可以提供具有良好力學(xué)強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所述雙極板材料的氣密性良好，可以克服金屬雙極板的腐蝕性問題及石墨雙極板力學(xué)性能不足的缺陷，輕量化，并擴(kuò)大了碳纖維的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙極板材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種連續(xù)碳纖維雙極板材料。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的雙極板功能和要求主要有：(1)分隔氧化劑和還原劑，應(yīng)具有阻氣功能；(2)集流作用，應(yīng)是電的良導(dǎo)體；(3)必須是熱的良導(dǎo)體，保證工作溫度分布均勻并順利排除廢熱；(4)雙極板材料在其工作溫度與點(diǎn)位范圍內(nèi)，同時(shí)具有在氧化介質(zhì)和還原介質(zhì)兩種條件下的抗腐蝕能力；(5)雙極板兩側(cè)的流場應(yīng)保證氣均勻分布。

近年來研究較多的雙極板材料大致可以分為如下幾類：純石墨材料、金屬及其表面改性材料、聚合物/填料復(fù)合材料等。石墨雙極板質(zhì)量輕、耐腐蝕性能好、導(dǎo)電性較強(qiáng)，但由于石墨較脆，給組裝過程造成一定難度，而且在制造過程中容易產(chǎn)生氣孔，會使燃料與氧化劑互相滲透，還需要浸漬等后續(xù)處理。金屬雙極板具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機(jī)械加工性、致密性，適合批量生產(chǎn)。但金屬在酸性環(huán)境中工作易被腐蝕或溶解。因此，有必要在金屬表面形成導(dǎo)電且耐腐蝕的覆蓋層，增加了成本。聚合物/填料雙極板具有耐腐蝕、易成型、低成本等特點(diǎn)，但是其電阻率仍需要繼續(xù)降低。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

本發(fā)明的目的之一是解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供了一種在提高雙極板復(fù)合材料強(qiáng)度的同時(shí)，還可以滿足雙極板電阻率要求的雙極板材料，所述雙極板材料不僅具有良好的導(dǎo)電性，屬于高導(dǎo)電體，同時(shí)還具有高的機(jī)械性能。

用于解決問題的方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雙極板材料，其包括層疊體，所述層疊體包括柔性基材，以及與柔性基材接觸的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含樹脂和導(dǎo)電填料，相對于100重量份所述樹脂，所述導(dǎo)電填料的量為2-60重量份。

優(yōu)選的，所述雙極板材料包含順序?qū)盈B的至少2個層疊體，任選所述層疊體的任意表面與金屬片接觸。

優(yōu)選的，所述的基材為碳纖維織物，更優(yōu)選的，所述碳纖維編織布為平紋、斜紋、緞紋織物中一種或幾種的組合。

優(yōu)選的，所述樹脂為熱固性樹脂，更優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或幾種的組合；所述導(dǎo)電填料為碳納米管、石墨烯、金屬粉末、碳黑、碳纖維、乙炔黑、導(dǎo)電聚合物顆粒中的一種或幾種的組合。

優(yōu)選的，所述金屬片為鋁及其合金、鈦及其合金、銅及其合金中的一種或幾種的組合。

優(yōu)選的，所述復(fù)合材料還包括分散劑，所述的分散劑為丁酮、丙酮、NMP、甲醇、乙醇中的一種或幾種的組合，分散劑和樹脂的質(zhì)量比為1-10:1，優(yōu)選2-8：1，更優(yōu)選為4-6:1。

本發(fā)明的還提供了上述雙極板材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將導(dǎo)電材料和樹脂混合得到混合物；

(2)將步驟(1)得到的混合物涂覆到柔性基材表面；

(3)將步驟(2)得到的被涂覆的基材與任選存在的金屬片進(jìn)行層壓。

優(yōu)選的，所述的層壓條件為：溫度100-250℃，層壓時(shí)間為10-60min，所述的鋪層為鋪3-30層。

本發(fā)明的進(jìn)一步提供了一種上述雙極板材料在制備燃料電池中的應(yīng)用。