[發明專利]一種雙極板用連續導電纖維氈預浸料及制備方法

在審

• 申請號: 202010764826.0
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111978577A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 張旭峰;仝建峰;益小蘇
• 申請（專利權）人: 中航復材（北京）科技有限公司
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08L63/04;C08L79/08;C08K3/04;C08K7/06;H01M8/0221;H01M8/0226
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陸峰

本發明提供了一種雙極板用連續導電纖維氈預浸料及制備方法，將連續導電纖維氈浸漬導電樹脂基體形成連續的預浸片材，并用于雙極板制備，其組分主要由樹脂、增強纖維氈、導電填料及功能助劑組成，其中所述的樹脂含量占20wt～45wt％，所述導電填料占55wt～80wt％，所述的功能助劑占2?6％。采用的方法中導電纖維氈作為雙極板骨架結構形成了完整的導電網絡，可增強復合材料強度及電導率，解決目前常用復合材料雙極板兼具高電導率、高強度、高氣密性的技術難題。由預浸料片材制備雙極板具有操作工藝簡單，成品具有良好的平整度，尺寸公差可控，同時兼具高導電、高強度的性能。

技術領域

本發明涉及氫燃料電池應用領域，提供了一種導電纖維氈預浸料及制備方法，可一步法熱壓成型制備雙極板。

背景技術

氫能作為一種可儲、可電、可燃燒的清潔能源，是世界能源轉型的一個重大戰略方向。氫能在世界范圍內備受關注，氫能已經納入我國能源戰略，成為我國優化能源消費結構和保障國家能源供應安全的戰略選擇。我國已在氫能領域取得了多方面的進展，在國防領域，我國早已試驗成功的氫彈就是利用了氫的熱核反應釋放出的核能,是氫能的一種特殊應用。在航天領域使用以液氫為燃料的液體火箭,是氫用作為燃料能源的典型例子。在宇航研究中氫能具有廣闊的應用前景,如火箭發動機、氫內燃機等。在民用工業領域，燃料電池近年來也發展迅速。進入2019年，氫能產業發展速度顯著加快，各地方的氫能扶持政策、氫能產業園區如雨后春筍般涌現。

氫燃料電池(Fuel Cell,FC)技術因其具有的高效能、低污染、能源安全等特點近年來得到了各國政府、各大公司以及各研究機構的普遍重視。中國氫能聯盟發布《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》預測，2020年至2025年間，我國氫能產業產值將達到1萬億元，氫能源車數量達到5萬輛。氫燃料電池是燃料電池車的核心動力源,雙極板又是燃料電池的核心材料，約占燃料電池成本的24％。雙極板也稱做集電器，它具有收集電流、疏導反應氣體及分隔氧化劑與還原劑的作用；雙極板的性能取決于材料特性、流場設計與加工技術。目前氫燃料電池中普遍采用的是石墨雙極板和金屬雙極板。在氫燃料電池環境下，石墨的耐腐蝕性能最好，電導率也高，但成本昂貴，約占電池成本的50％～60％。金屬雙極板具有高的電導率和好的力學強度，但耐腐蝕方面成了難題。這就導致國內外眾研究機構和企業關注并研究碳纖維復合材料雙極板，該項技術兼具石墨材料的耐腐蝕性和金屬材料的高強度特性，被譽為未來氫燃料電池得以推廣應用的第三代核心技術。目前采用BMC成型工藝制備的復合材料雙極板已成功應用于氫燃料電池，但導電性差、機械強度低、加工尺寸穩定性差，這些性能有待進一步提高。

發明內容

本發明提供了一種雙極板用連續導電纖維氈預浸料及制備方法，解決目前常用復合材料雙極板兼具高電導率、高強度、高氣密性的技術難題。由預浸料片材制備雙極板具有操作工藝簡單，同時兼具高導電、高強度的性能。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種雙極板用導電纖維氈預浸料及制備方法，其特征在于將連續導電纖維氈浸漬導電樹脂基體形成連續的預浸片材，并用于雙極板制備，其組分主要由樹脂、增強纖維氈、導電填料及功能助劑組成。

所述的一種雙極板用導電纖維氈預浸料，其特征在于連續導電纖維氈主要為：瀝青基短切碳纖維氈、聚丙烯腈基碳纖維氈、玻纖/碳纖復合纖維氈、金屬纖維/碳纖復合氈、金屬纖維/玻纖復合氈、經導電改性的玻璃纖維氈、經導電改性的玄武巖纖維氈中的一種或幾種組成，纖維長度為3-5cm，纖維直徑為6-12um。

所述的一種雙極板用導電纖維氈預浸料，其特征在于樹脂基體為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯、乙烯基樹脂等。熱固性樹脂基體經熱塑性樹脂聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚吡咯烷酮、聚醚酮、聚芳砜等熱塑性樹脂改性。