[發(fā)明專(zhuān)利]一種高氣體阻隔性膨脹石墨單極板的制備方法及氫燃料電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910093908.4
• 申請(qǐng)日: 2019-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109818003B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宜彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 日照市烯創(chuàng)新材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/0228
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/0228;H01M8/0282;H01M8/0213
• 代理公司: 哈爾濱龍科專(zhuān)利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種高氣體阻隔性膨脹石墨單極板的制備方法及氫燃料電池，屬于氫燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。所述方法為：模具制備：根據(jù)膨脹石墨單極板的形狀和尺寸制備相應(yīng)的模具，模具材料為高強(qiáng)石墨；對(duì)石墨烯薄膜和膨脹石墨粉的相對(duì)位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)膨脹石墨粉預(yù)壓成型；熱壓燒結(jié)成型：通過(guò)熱壓燒結(jié)將石墨烯薄膜和預(yù)壓成型的膨脹石墨組合成一個(gè)整體，得到含有石墨烯薄膜的膨脹石墨單極板。本發(fā)明在膨脹石墨單極板中增加一層石墨烯薄膜，大大提高了氫燃料電池的氫氣利用率和氧氣利用率，減少了氣體的浪費(fèi)，進(jìn)而提高氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也能提高氫燃料電池的安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高氣體阻隔性膨脹石墨單極板的制備方法及氫燃料電池。

背景技術(shù)

氫燃料電池作為一種高效、無(wú)污染的清潔能源，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。雙極板是氫燃料電池主要組成部分，由氫氣單極板、氧氣單極板和位于兩極板之間的質(zhì)子交換膜構(gòu)成。氫氣單極板與質(zhì)子交換膜的一側(cè)形成氫氣腔，內(nèi)部填充有氫氣催化劑，氧氣單極板與質(zhì)子交換膜的另一側(cè)形成氧氣腔。在氫氣腔氫氣分子氧化，產(chǎn)生電子和氫質(zhì)子，氫質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入氧氣腔，和氧離子反應(yīng)。這樣在氫氣單極板和氧氣單極板之間產(chǎn)生電流。

現(xiàn)有的單極板多采用膨脹石墨材料，膨脹石墨本身的熱導(dǎo)率較低，如果不能及時(shí)的將雙極板內(nèi)部氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的熱量散失出去，會(huì)降低電池的使用壽命，同時(shí)也存在安全性問(wèn)題。另一方面膨脹石墨的氣體阻隔性能較差，氫氣或氧氣容易從雙極板內(nèi)部泄露，導(dǎo)致氫氣利用率低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有膨脹石墨單極板的熱導(dǎo)率較低、氣體阻隔性差、氫氣利用率低等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高氣體阻隔性膨脹石墨單極板的制備方法及氫燃料電池，將制備的膨脹石墨單極板應(yīng)用于氫燃料電池中，可顯著提高氫燃料電池的氣體轉(zhuǎn)換效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種高氣體阻隔性膨脹石墨單極板的制備方法，所述的方法步驟如下：

步驟一：模具制備：根據(jù)膨脹石墨單極板的形狀和尺寸制備相應(yīng)的模具，模具材料為高強(qiáng)石墨；

步驟二：對(duì)石墨烯薄膜和膨脹石墨粉的相對(duì)位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)膨脹石墨粉預(yù)壓成型；

步驟三：熱壓燒結(jié)成型：通過(guò)熱壓燒結(jié)將石墨烯薄膜和預(yù)壓成型的膨脹石墨組合成一個(gè)整體，得到含有石墨烯薄膜的膨脹石墨單極板。

進(jìn)一步地，步驟二中，所述的石墨烯薄膜和膨脹石墨粉的相對(duì)位置為以下三種中的任意一種：

(1)底層為石墨烯薄膜，頂層為膨脹石墨粉；具體地，方法如下：在模具底部鋪一層石墨烯薄膜；將膨脹石墨粉均勻的鋪在鋪好石墨烯薄膜的模具中，表面刮平；使用壓機(jī)對(duì)膨脹石墨粉進(jìn)行預(yù)壓成型；

(2)底層為膨脹石墨粉，頂層為石墨烯薄膜；具體地，方法如下：將膨脹石墨粉均勻的鋪在模具中，表面刮平；使用壓機(jī)對(duì)膨脹石墨粉進(jìn)行預(yù)壓成型；在預(yù)成型的膨脹石墨上鋪一層石墨烯薄膜；

(3)底層和頂層為膨脹石墨粉，中間層為石墨烯薄膜；具體地，方法如下：將部分膨脹石墨粉均勻的鋪在模具中，表面刮平；使用壓機(jī)對(duì)膨脹石墨粉進(jìn)行預(yù)壓成型；使用相同方法對(duì)剩余的膨脹石墨粉進(jìn)行預(yù)壓成型；在一塊預(yù)成型的膨脹石墨上鋪一層石墨烯薄膜；再加入另一塊預(yù)成型的膨脹石墨。

一種包含上述方法制備的單極板的氫燃料電池。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：