[發明專利]膨脹石墨摻雜石墨烯制備高導電氫燃料電池雙極板用低密度柔性石墨板的方法

有效

• 申請號: 201910055729.1
• 申請日: 2019-01-19
• 公開（公告）號: CN109574004B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 張勇
• 申請（專利權）人: 青島杜科新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/225
• 分類號: C01B32/225;C04B41/85;H01M4/88;H01M4/86;H01M4/96
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 葉新平

本發明公開了一種膨脹石墨摻雜石墨烯制備高導電氫燃料電池雙極板用低密度柔性石墨板的方法，包括以下步驟：S1、高溫膨脹處理：將可膨脹石墨進行高溫膨化處理；S2、石墨烯噴涂：向膨脹石墨上均勻噴涂固含量為5%?10%的石墨烯；S3、微波干燥：將噴涂石墨烯的膨脹石墨在400?500℃下干燥3?5min；S4、模壓成型：將干燥后的膨脹石墨置于傳輸帶上，采用滾筒壓制方式，制得低密度石墨板，傳輸帶的傳輸速度為10?20m/min，滾筒壓力為1?10MPa。本發明的膨脹石墨摻雜石墨烯制備高導電氫燃料電池雙極板用低密度柔性石墨板的方法具有加工簡單，且制備出的石墨板電導率低，導電率增大，電能損耗降低的優點。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，更具體地說，它涉及一種膨脹石墨摻雜石墨烯制備高導電氫燃料電池雙極板用低密度柔性石墨板的方法。

背景技術

燃料電池發電原理是將氫氣和氧氣的化學能經電化學反應方式產生電能，氫氣在陽極解離為H⁺，通過質子交換膜后，在陰極與氧氣反應生成水，電子從陽極通過外電路到達陰極，在外電路上形成電流回路。這種方式不受卡諾循環限制，由于其能量轉化率高40％-60％，并且具有清潔、無污染、無噪聲、無紅外等特點，被認為是21世紀首選的高效、潔凈的發電技術，同時也是一種理想的移動電源技術，可被廣泛應用于汽車交通、軍事備用電源、水下航潛器等諸多領域。

雙極板作為燃料電池的關鍵組件之一，占據燃料電池電堆重量的80％和成本的45％，其主要作用是分配反應物氣體、輸運反應物產物、收集并傳導電流、支撐膜電極、傳遞多余熱量等。

目前氫燃料電池用雙極板主要使用材料包括四種：傳統人造雙極板、金屬表面改性雙極板、復合材料雙極板和柔性膨脹石墨雙極板，其中柔性膨脹石墨雙極板由柔性石墨板依次經過壓制和樹脂浸漬制得，而柔性石石墨板由天然鱗片經氧化插層、高溫膨脹后壓制而成，具有耐腐蝕、良好導電導熱、阻氣隔氣等特點，蠕蟲狀膨脹石墨條在壓制后相互嚙合，形成具有柔性強度的低密度石墨板，而膨脹石墨在低密度狀態下成蓬松狀態，內部存在很多間隙的空洞且充滿氣體，使得石墨板在通電后的電導率較高，導電率較小，電能損耗較大。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的第一個目的在于提供一種膨脹石墨摻雜石墨烯制備高導電氫燃料電池雙極板用低密度柔性石墨板的方法，其具有加工簡單，且制備出的石墨板電導率低，導電率增大，電能損耗降低的優點。

為實現上述第一個目的，本發明提供了如下技術方案：一種膨脹石墨摻雜石墨烯制備氫燃料電池用低密度石墨板的方法，包括以下步驟：

S1、高溫膨脹處理：選用純度為99-99.9％的可膨脹石墨，將可膨脹石墨置于800-960℃的環境下，進行高溫膨化處理3-5s；

S2、石墨烯噴涂：將經過高溫膨脹處理的膨脹石墨平鋪在傳輸帶上，向膨脹石墨上均勻噴涂固含量為5％-10％的石墨烯，每千克膨脹石墨的噴涂量為2％-5％；

S3、微波干燥：將噴涂石墨烯的膨脹石墨在400-500℃下干燥3-5min，微波頻率為2400- 2500MHz；

S4、模壓成型：將干燥后的膨脹石墨置于傳輸帶上，采用滾筒壓制方式，制得低密度石墨板，傳輸帶的傳輸速度為10-20m/min，滾筒壓力為1-10MPa。