[發明專利]一種燃料電池雙極板及其成型工藝

在審

• 申請號: 202110328087.5
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113036171A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 趙冬冬;紀紅偉
• 申請（專利權）人: 趙冬冬
• 主分類號: H01M8/0213
• 分類號: H01M8/0213;H01M8/0226;B29C43/02
• 代理公司: 鄭州銀河專利代理有限公司 41158
• 代理人: 周游

一種燃料電池雙極板，按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：40?50份石墨粉；35?45份瀝青焦粉和/或石油焦粉；8?12份碳化硅；2?4份石墨烯；5?10份陶瓷粘接劑；其中，所述陶瓷粘接劑為硅酸鹽溶液。本發明針對現有的石墨雙極板質量較重、具有較大的脆性、以及加工成本昂貴(石墨雙極板加工費為雙極板費用的80％以上)、加工工藝復雜等缺陷，本發明對石墨雙極板進行材料上的優化，以及工藝上的改進，制備得到的雙極板具有良好的柔韌性和優異的力學性能及電學性能，可以滿足燃料電池雙極板的要求。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體為一種燃料電池雙極板及其成型工藝。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEM Fuel Cell)是一種電化學轉化裝置，它可以通過電化學反應將氫氣和氧氣中的化學能轉化為電能。其中雙極板是燃料電池非常重要的一個組件，它占有燃料電池30％的成本、80％的質量和幾乎全部的體積。同時雙極板還在燃料電池中起著分隔氧化劑與還原劑、收集電流、為冷卻液提供流道、電堆的“骨架”等作用。因此，就要求燃料電池雙極板具有高的導電率、良好的抗彎強度、良好的耐腐蝕性能以及良好的氣密性。

目前比較常見的雙極板有三種：石墨板、金屬板和復合材料雙極板。其中，金屬板具有良好的導電導熱性，氣密性好。但是，金屬雙極板由于金屬自身的特性以及工藝的限制，易出現腐蝕甚至銹穿，導致電池的使用壽命縮短甚至發生災難性的破壞；

純石墨板具有良好的導電導熱性、化學穩定性，純石墨板一般采用傳統的機加工方法加工流道，流道就不能太窄(比如不能低于0.7mm)。如果流道過窄，加工刀具在加工過程中的磨損所引起的尺寸誤差將不能容忍。此外，純石墨板的機加工過程耗時也很長，生產效率不高，這些都導致純石墨板雙極板的加工成本偏高，甚至超過材料成本。另一方面，純石墨板性脆，其內部孔隙的存在導致其易漏氣，必須保持一定的厚度以保證其氣密性，這就制約了電堆體積比功率和重量比功率的提升。

故而目前對于復合材料雙極板的研究越來越多，但現有的復合材料雙極板，比如金屬/石墨復合板、天然石墨/樹脂復合板等，受限于工藝或者材料因素，仍主要在導電率、強度、氣密性這三個方面存在不足，所以尋求雙極板更好的制備工藝與方法，是燃料電池商業化的必經之路。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提出一種燃料電池雙極板及其成型工藝，成型工藝完全不同于現有的雙極板制備工藝，且雙極板以石墨粉為核心原料，通過復合多種性能材質，并采用冷壓成型工藝，成型出的雙極板在導電率、強度和氣密性這三方面均得到了顯著的性能提高。

本發明為了解決上述問題所采取的技術方案為：

一種燃料電池雙極板，按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：

40-50份石墨粉；

35-45份瀝青焦粉和/或石油焦粉；

8-12份碳化硅；

2-4份石墨烯；

5-10份陶瓷粘接劑；

其中，所述陶瓷粘接劑為硅酸鹽溶液。

作為優選的，所述石墨粉的平均粒徑小于30微米。

作為優選的，所述氮化硅的平均粒徑小于15微米。

作為優選的，所述石墨烯的平均粒徑為6-8微米。

一種燃料電池雙極板的成型工藝，包括以下步驟：

S1、將40-50份石墨粉、35-45份瀝青焦粉和/或石油焦粉、8-12份碳化硅、2-4份石墨烯分別均勻混合，攪拌均勻，得粉料混合物；

S2、向S1所得粉料混合物中加入5-10份陶瓷粘接劑，均勻攪拌混合，得基料；

S3、將基料在300t壓力下冷壓成型，得到燃料電池雙極板毛坯；

S4、將燃料電池雙極板毛坯在350-400℃下焙燒4-5h，冷卻后即得燃料電池雙極板。