[發(fā)明專利]一種冷壓復(fù)合雙極板的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110439706.8
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113270605B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李先德;王鴻飛;李冬梅;楊敏;師強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 四川東材科技集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0213
• 分類號: H01M8/0213;H01M8/0226;B29C43/02;B29K63/00;B29K507/04
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

本發(fā)明公開了一種冷壓復(fù)合雙極板的制備方法，其特征是：取原料天然鱗片石墨、人造石墨或/和膨脹石墨、導(dǎo)電助劑、粘結(jié)樹脂組合物、增韌樹脂和溶劑，粘結(jié)樹脂組合物由酚醛環(huán)氧樹脂、固化劑和促進(jìn)劑混合組成，增韌樹脂為聚乙烯醇縮丁醛樹脂；原料經(jīng)分散、捏合、密煉、干燥等工序制得粉料，在常溫高壓下利用模具成型后經(jīng)固化即制得到冷壓復(fù)合雙極板。本發(fā)明制備的冷壓復(fù)合雙極板具有氣體滲透率低、厚度薄、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能優(yōu)良、電阻率低、生產(chǎn)能耗低、效率高等特點(diǎn)，適用作質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的裝置的部件，涉及一種冷壓復(fù)合雙極板的制備方法，具體涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用復(fù)合雙極板的冷壓制備工藝。本發(fā)明制備的冷壓復(fù)合雙極板適用于質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板(即電池裝配的中間極片)。

背景技術(shù)

眾多燃料電池中，得到大規(guī)模商用的是質(zhì)子交換膜燃料電池(簡稱 PEMFC)，質(zhì)子交換膜燃料電池具有效率高、比功率大、工作溫度范圍寬、啟動快速等優(yōu)點(diǎn)，在乘用車輛、貨運(yùn)車輛、航空航天等領(lǐng)域均得到了廣泛運(yùn)用。雙極板在PEMFC中，起到連接單電池、提供氣體/液體流動通路、傳遞電流等作用，這就要求雙極板擁有良好的強(qiáng)度，較低的電阻率和氣體滲透率以及酸性環(huán)境下具有良好的抗腐蝕能力，同時燃料電池的大部分重量也來源于雙極板，這就要求其在滿足上述性能的同時應(yīng)盡可能降低厚度以減輕重量。

現(xiàn)有技術(shù)中，用于質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板主要有石墨雙極板、金屬雙極板、熱壓復(fù)合雙極板。石墨雙極板是在石墨板上進(jìn)行機(jī)加工制造的帶流道的雙極板，應(yīng)用最早，其電阻率低、耐腐蝕性能好，但加工困難，難以做薄減重，導(dǎo)致了其較低的功率密度。金屬雙極板適用金屬輥壓沖壓等方法制造，以不銹鋼為主，其加工性能好、強(qiáng)度高、易做薄、功率密度大，但需要解決酸性條件下金屬耐腐蝕差的特點(diǎn)，而噴鍍耐腐蝕涂層又會顯著增加電阻率。熱壓復(fù)合雙極板是通過在專用的模具內(nèi)放入提前配制好的熱壓用雙極板團(tuán)料，在溫度140℃以上、壓力20MPa以上的高溫高壓下成型，得到帶流道的雙極板，其固化時間為幾分鐘至幾十分鐘不等，存在生產(chǎn)能耗高、生產(chǎn)效率低、難以實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種冷壓復(fù)合雙極板的制備方法。從而提供一種具有氣體滲透率低、厚度薄、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能優(yōu)良、電阻率低、生產(chǎn)能耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，用于質(zhì)子交換膜燃料電池的冷壓復(fù)合雙極板的制備方法。

本發(fā)明的內(nèi)容是：一種冷壓復(fù)合雙極板的制備方法，其特征之處是包括下列步驟：

a、配料：按天然鱗片石墨(或稱天然石墨)50～80重量份、人造石墨(人造石墨粒徑較好的是小于100微米)5～20重量份或/和膨脹石墨5～ 10重量份、導(dǎo)電助劑5～20重量份、粘結(jié)樹脂組合物5～15重量份、增韌樹脂(或稱增韌劑)5～15重量份、溶劑40～100重量份(溶劑的具體用量以粘結(jié)樹脂組份和增韌樹脂的混合物的粘度下降到利于分散導(dǎo)電助劑為準(zhǔn))取各組分原料，備用；

所述粘結(jié)樹脂組合物由重量百分比為74％～92％酚醛環(huán)氧樹脂、7％～ 25％固化劑和0.3％～1％促進(jìn)劑混合組成；

所述導(dǎo)電助劑為導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯中的一種或兩種以上的混合物；

所述固化劑為雙氰胺、二氨基二苯砜中的任一種；

所述促進(jìn)劑為咪唑、2-乙基-4甲基咪唑、1-芐基-2-甲基咪唑、2-甲基咪唑等中的任一種；

所述增韌樹脂為聚乙烯醇縮丁醛樹脂(簡稱PVB，四川東材科技股份有限公司等生產(chǎn))；

b、原料混合分散制備濕潤粉料：將酚醛環(huán)氧樹脂、固化劑、促進(jìn)劑和增韌樹脂加入到溶劑中混合(以降低粘度)，(待充分)溶解后加入導(dǎo)電助劑，用(高速)分散機(jī)(使其均勻)分散，制得漿料；將漿料、天然鱗片石墨、以及人造石墨或/和膨脹石墨加入到捏合機(jī)中捏合(至混合均勻)，得到(濕潤的、有一定粘性的)濕潤粉料；