[發明專利]一種氣相沉積碳納米纖維網絡改性石墨復合雙極板及其制備方法

在審

• 申請號: 202210317288.X
• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114976085A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 梁伊麗;李文凱;江澤峰
• 申請（專利權）人: 廣東氫發新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0202
• 分類號: H01M8/0202
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種氣相沉積碳納米纖維網絡改性石墨復合雙極板及其制備方法。該方法是通過浸漬法將過渡金屬鹽負載至膨脹石墨表面，再通過氣相化學沉積在膨脹石墨碳表面催化原位生成碳納米纖維網絡，將碳納米纖維網絡改性膨脹石墨與粘結樹脂經過干法混合和模壓成型，得到復合雙極板，該復合雙極板利用氣相化學沉積法在石墨顆粒表面原位沉積碳納米纖維并構筑碳納米纖維網絡，能夠有效增加復合雙極板中的導電通路，增大復合雙極板的電導率，減少接觸電阻，同時利用碳纖維網絡來提高石墨顆粒與樹脂之間的結合能力，提高其力學強度，改善復合雙極板的實用性和綜合性能。

技術領域

本發明涉及一種復合雙極板，特別涉及一種氣相沉積碳納米纖維網絡改性石墨復合雙極板，還涉及其制備方法，屬于燃料電池材料制備技術領域。

背景技術

隨著化石能源的日益減少以及世界性的能源危機，加上傳統能源對環境污染的日益加劇，開發新型、高效、適用范圍廣、環保型的電源裝置迫在眉睫。質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)，具有能量密度高，能量轉化率高等優點，PEMFC采用氫氣與氧氣作為燃料生成無污染的水，不會產生二氧化碳等廢氣，對環境友好，符合未來對能源的要求，因此是最有潛力的未來電池之一；然而質子交換膜燃料電池由于催化劑成本高，雙極板工藝復雜，擴散層制造成本高等缺點，使得其在商業化，實用化的道路上進展緩慢。盡管燃料電池的相關研究進展迅速；但是仍有許多制約燃料電池應用的因素。

作為PEMFC的重要組成結構之一，雙極板不僅起著結構材料的作用，構建了整個電堆的基本骨架，還對于燃料電池的物料輸送起著主導作用，雙極板的流道以及雙極板本身性能直接關系到燃料電池輸送物料的效率；雙極板的和其它部件的接觸電阻也對多個燃料電池串聯形成電池的內阻有著重要影響；因此雙極板性能的好壞直接關系到燃料電池的綜合性能；同時，目前雙極板的質量約占燃料電池總質量的80％，成本能占50％以上；因此推進雙極板相關技術的進步能有效加快燃料電池實用化的步伐。根據燃料電池的運行環境，雙極板需要滿足導電性好，抗彎強度高，酸性條件下耐腐蝕性強，氫氣透過率低等幾大要求。

目前有三類研究地較為成熟的雙極板，依據材料分類分別為：石墨雙極板，金屬雙極板，石墨/樹脂復合雙極板；由于三類雙極板的基底材料性能差異較大，因此三類雙極板在各類性能上有著顯著差異，如石墨雙極板具有導電性能良好，耐久性高等優點；金屬雙極板強度電導率符合要求但易腐蝕，表面處理成本較高，其使用壽命和耐久性難以滿足使用需求。石墨樹脂復合雙極板盡管有著較低的制備成本和易加工性，但是其電導率相比前兩類較低，且抗彎強度也不太理想。因此通過改性的方法提高石墨/樹脂復合雙極板的性能勢在必行。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是在于提供一種氣相沉積碳納米纖維網絡改性石墨復合雙極板，該復合雙極板利用氣相化學沉積法在石墨顆粒表面原位沉積碳納米纖維并構筑碳納米纖維網絡，能夠有效增加復合雙極板中的導電通路，增大復合雙極板的電導率，減少接觸電阻，同時利用碳纖維網絡來提高石墨顆粒與樹脂之間的結合能力，提高其力學強度，改善復合雙極板的實用性和綜合性能。

本發明的第二個目的是在于提供一種氣相沉積碳納米纖維網絡改性石墨復合雙極板的制備方法，該方法操作簡單，成本低，有利于大規模生產。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種氣相沉積碳納米纖維網絡改性石墨復合雙極板的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)將膨脹石墨置于過渡金屬鹽溶液中浸漬，得到負載過渡金屬鹽的膨脹石墨；

2)在負載過渡金屬鹽的膨脹石墨碳表面通過氣相化學沉積原位催化生成碳納米纖維網絡，得到碳納米纖維網絡改性膨脹石墨；

3)將碳納米纖維網絡改性膨脹石墨與粘結樹脂經過干法混合和模壓成型，得到雙極板。