[發明專利]一種復合材料雙極板及其制備工藝

有效

• 申請號: 202210329140.8
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114628714B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 林紀峰;袁佳林
• 申請（專利權）人: 江蘇國氫氫能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0202
• 分類號: H01M8/0202;H01M8/0245
• 代理公司: 無錫市興為專利代理事務所(特殊普通合伙) 32517
• 代理人: 屠志力

1.一種復合材料雙極板，其特征在于，所述雙極板為分層式復合結構，包括改性碳纖維預浸料復合層（1）及位于其兩側的增韌導電模塑料層（2），所述增韌導電模塑料層（2）的外表面形成流道結構；

所述改性碳纖維預浸料復合層（1）的厚度為0.15~0.6mm，所述增韌導電模塑料層（2）的厚度為0.2~1.2mm；

所述改性碳纖維預浸料復合層（1）包括三-十層改性碳纖維預浸料層（10），所述改性碳纖維預浸料層（10）的纖維取向角度θ為+90°、﹣90°、+45°、﹣45°、0°中的至少三種；

所述改性碳纖維預浸料層（10）包括碳纖維布（100）及位于其表面的預浸料層（101），所述預浸料層（101）由改性熱固性樹脂漿料制成，所述改性熱固性樹脂漿料包括以下組分：熱固性樹脂、導電填料、增稠劑、自由基引發劑及促進劑；

所述熱固性樹脂、導電填料、增稠劑、自由基引發劑及促進劑的加入量分別占所述改性熱固性樹脂漿料重量的20%~60%、40%~80%、0.1%~10%、0.1%~10%、0.1%~5%；所述導電填料為石墨粉、碳納米管和石墨烯；

所述增韌導電模塑料層（2）包括碳納米管、石墨烯、增韌彈性體、低收縮劑、自由基引發劑、增稠劑、內脫模劑、促進劑、熱固性樹脂及石墨粉；

所述導電填料中石墨粉粒徑為1~20μm。

2.權利要求1所述的復合材料雙極板的制備方法，其特征在于，所述復合材料雙極板經熱模壓制成型，包含以下步驟：

Ⅰ、改性碳纖維預浸料復合層（1）的制備

ⅰ、改性熱固性樹脂漿料的制備：

按所需的配比將熱固性樹脂、導電填料、增稠劑、自由基引發劑及促進劑在混合機中進行混合，得到改性熱固性樹脂漿料；

ⅱ、改性碳纖維預浸料層（10）的制備：

在涂布機上將制得的改性熱固性樹脂漿料均勻地涂覆于離型紙上形成改性熱固性樹脂膠膜，并將所述改性熱固性樹脂膠膜與所述碳纖維布（100）進行復合預浸得到改性碳纖維預浸料層（10），最后經冷卻平臺、牽引輥，將改性碳纖維預浸料層（10）卷取在相應的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纖維預浸料復合層的制備：

采用疊層層壓工藝，將制備的改性碳纖維預浸料層（10）按不同纖維取向角度θ依次堆疊三~十層，在50?~100°C下，層壓成型，得到改性碳纖維預浸料復合層（1）；

Ⅱ、增韌導電模塑料層（2）的制備：

1）將碳納米管、石墨烯、增韌彈性體、低收縮劑、自由基引發劑、增稠劑、內脫模劑及促進劑在攪拌下混合分散在熱固性樹脂中，得到增韌導電漿料；

2）將石墨粉及步驟1）制得的增韌導電漿料倒入捏合機中進行捏合攪拌，獲得增韌導電模塑料，得到的增韌導電模塑料在室溫下增稠熟化，即得到增韌導電模塑料層（2）；

Ⅲ、復合材料雙極板的制備

A、在50?~250°C的模具內從下至上依次放置增韌導電模塑料層（2）、改性碳纖維預浸料復合層（1）及增韌導電模塑料層（2），堆疊形成三明治結構；

B、將步驟A中得到的三明治結構在5~50MPa的壓力下壓制成型，壓制成型過程中排氣三次，保壓0.5~10min，即得到復合材料雙極板。

3.根據權利要求2所述的復合材料雙極板的制備方法，其特征在于，步驟Ⅱ中所述碳納米管為多壁碳納米管、單壁碳納米管中的一種或多種，所述碳納米管添加量是所述增韌導電漿料總重量的0.01%~10%；

所述石墨烯為氧化還原石墨烯、液相剝離石墨烯、化學氣相沉積石墨烯、機械剝離石墨烯中的一種或多種，所述石墨烯的添加量是所述增韌導電漿料總重量的0.01%~10%；

所述增韌彈性體為聚氨酯、聚乙烯、聚乙烯和乙烯-丙烯-二烯單體雜化體系中的一種或多種，所述增韌彈性體的加入量是所述增韌導電漿料總重量的3%~30%。

4.根據權利要求2所述的復合材料雙極板的制備方法，其特征在于，步驟Ⅱ中所述石墨粉包含以下條件中的任一項或多項：

（1）所述石墨粉為人造石墨和/或天然鱗片石墨；

（2）所述石墨粉的粒徑為30?~180μm；

（3）所述石墨粉的加入量為石墨粉與增韌導電漿料總重量的60%~95%。