[發明專利]一種低溫石墨化制備燃料電池雙極板的方法

在審

• 申請號: 201811255692.9
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109244487A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/96
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及燃料電池領域，公開了一種低溫石墨化制備燃料電池雙極板的方法。包括如下制備過程：（1）將活性炭粉末與催化劑粉末混合后加壓球磨，制得復合粉末；（2）將復合粉末置于模具中干壓成型，制備為帶有流場的極板前驅體；（3）將極板前驅體置于等離子體下進行熱處理，然后利用酸性水溶液反復浸泡洗滌，制得燃料電池的極板。本發明利用等離子體熱處理，通過鈉鹽被還原為金屬鈉蒸汽、鋯鹽向碳基內部遷移及作用于碳基層間的氟鹽共同作為催化劑，可以大幅降低反應所需能耗，同時所用的催化劑價格低廉，進一步降低了極板的制備成本。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，公開了一種低溫石墨化制備燃料電池雙極板的方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種清潔、環保、高效的新型能量轉換裝置，采用氫氣作為燃料，通過催化劑將氣體分解為質子和電子，穿過質子交換膜與氧氣分解產生的氧離子結合成水，從而釋放出能量并轉化為電流。極板材料是燃料電池的關鍵部件，它在燃料電池中的作用包括分配電池中的燃料和氧化劑、收集和傳導電流、輸出產生的液態水等。

燃料電池極板主要有石墨材料類、金屬材料類與復合材料類三種。其中石墨極板具有質量輕，導電性好，耐腐蝕性能好的優點，其制備難度相對較低，是工業生產中的主要選擇之一。目前采用選擇性激光燒結技術，通過激光分區域掃描，將粉末狀態的石墨材料燒結成型是加工燃料電池雙極板的有效方法。

燃料電池的極板可以采用天然石墨、合成石墨、炭黑和石墨纖維等加工而成，其中天然石墨具有良好的導電性和抗彎強度；合成石墨是一種通過高溫處理的非晶態石墨，由于球形石墨結構均勻并且具有良好的流動性，可以改善混合材料的流動性，保證激光燒結加工過程中粉末材料的均勻涂鋪；納米尺度的炭黑可以填充到石墨顆粒的空隙，提高零件的密實程度；石墨纖維起到提高機械強度的作用。

中國發明專利申請號201711136118.7公開了一種燃料電池石墨雙極板的新型加工方法。主要原料包括石油焦、煤瀝青、中間相碳微球，依次經過壓制、焙燒、浸漬、二次焙燒、石墨化、機加工等工藝步驟后制得燃料電池雙極板。該燃料電池石墨雙極板由于使用煤瀝青與中間相碳微球進行浸漬加工，因此解決了純石墨板所制雙極板存在的機械強度低，加工難度大，氣密性差等問題，并且由于未使用樹脂類粘結劑，所以所制雙極板并不會出現導電性和耐腐蝕性受影響等問題。

中國發明專利申請號200910050738.8公開了一種燃料電池技術領域的低溫催化石墨化質子交換膜燃料電池雙極板的制備方法，包括：將中間相炭微球與催化劑溶液混合后球磨0.5~5h，然后加熱77~79℃，加熱0.5~5h回收處理溶劑乙醇，再采用模壓成型法得到帶完整流道的雙極板素坯；將雙極板素坯進行低溫催化石墨化處理，然后自然冷卻至室溫，最后依次進行清洗處理和干燥處理，制成質子交換膜燃料電池雙極板。

根據上述，現有方案中用于燃料電池的石墨極板韌性較差，同時石墨化工藝的能耗非常高，需要在高溫下長時間處理，從而導致其價格十分昂貴，而現有的低溫催化制備石墨極板的方法，催化效果不佳，產品質量較差。

發明內容

目前應用較廣的燃料電池石墨極板存在韌性較差，并且石墨化工藝能耗極高，需要在高溫下長時間處理，從而導致其價格十分昂貴的缺陷，而現有的低溫催化制備石墨極板的方法不成熟，產品質量較差。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

一種低溫石墨化制備燃料電池雙極板的方法，制備的具體過程為：

（1）將活性炭粉末與催化劑粉末混合，并進行干法球磨，在球磨同時進行加壓，使活性炭粉末對催化劑粉末進行充分吸附，制得復合粉末；

（2）將步驟（1）制得的復合粉末置于模具中進行干壓成型，制備為帶有流場的極板前驅體；

（3）將步驟（2）制得的極板前驅體置于等離子體下進行熱處理，制得石墨相極板，然后使用酸性水溶液反復浸泡洗滌，除去層間殘留的催化劑，制得燃料電池的極板。