[發(fā)明專利]一種復合材料雙極板及其制備工藝

有效

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• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114628714B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及一種復合材料雙極板及其制備工藝，其中復合材料雙極板為分層式復合結(jié)構，包括改性碳纖維預浸料復合層及位于其兩側(cè)的增韌導電模塑料層，所述增韌導電模塑料層的外表面形成流道結(jié)構；所述改性碳纖維預浸料復合層的厚度為0.15~0.6mm，所述增韌導電模塑料層的厚度為0.2~1.2mm。制備復合材料雙極板時，依次將增韌導電模塑料層、改性碳纖維預浸料復合層、增韌導電模塑料層堆疊在模具中，形成的三明治結(jié)構經(jīng)過熱壓成型制備得到復合材料雙極板。本發(fā)明的復合材料雙極板采用三明治堆疊結(jié)構，滿足了復合雙極板對高導電性、高機械強度、低透氣率、低成本、精密成型性能的要求，引入高強改性碳纖維預浸料復合層，提高了復合材料雙極板的機械強度及導電性能。

技術領域

本發(fā)明屬于雙極板技術領域，具體涉及一種復合復合材料雙極板及其制備工藝。

背景技術

近年來，基于固體氧化物、熔融碳酸鹽、磷酸、堿性和質(zhì)子交換膜的燃料電池技術不斷發(fā)展。在這些不同的燃料電池系統(tǒng)中，由于具有高效、高功率密度、高工作溫度、快速的啟動高溫(HT)，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)已被應用于發(fā)電和汽車等方面。

質(zhì)子交換膜燃料電池包含許多部件，雙極板是燃料電池電堆中最重要的部件之一，因為雙極板占燃料電池電堆重量的50％～80％，制造成本占燃料電池電堆的30％～50％。因此燃料電池雙極板必須保證最低的允許厚度和密度進行開發(fā)，并使用低成本的材料進行大規(guī)模生產(chǎn)。

石墨是制造質(zhì)子交換膜燃料電池最常用的材料，因為它具有優(yōu)異的電學性能以及優(yōu)異的耐腐蝕性能。然而，目前市場上通過機加工形成的石墨雙極板機械性能較差，良品率較難控制，并且生產(chǎn)周期較長。

金屬雙極板具有更高的機械強度和導電性，可大批量快速生產(chǎn)。然而，金屬雙極板在質(zhì)子交換膜燃料電池中耐腐蝕性能較差，金屬離子易析出導致催化劑中毒，容易損失電池性能。

由于具有成本效益高、制造過程穩(wěn)定等優(yōu)點，石墨基聚合物雙極板很可能取代傳統(tǒng)石墨雙極板，然而石墨基聚合物雙極板中的石墨含量必須與聚合物量相平衡，雖然聚合物能夠賦予其機械強度，但其導電性能會受到較大影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種復合材料雙極板及其制備工藝。本發(fā)明制備的復合材料雙極板具有高導電性、高耐腐蝕性、優(yōu)異的力學性能、超薄的厚度、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性及耐高溫性等優(yōu)點。

為實現(xiàn)以上技術目的，本發(fā)明實施例采用的技術方案是：

一種復合材料雙極板，所述雙極板為分層式復合結(jié)構，包括改性碳纖維預浸料復合層及位于其兩側(cè)的增韌導電模塑料層，所述增韌導電模塑料層的外表面形成流道結(jié)構；

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

進一步地，所述改性碳纖維預浸料復合層包括三-十層改性碳纖維預浸料層，所述改性碳纖維預浸料層包括碳纖維布及位于其表面的預浸料層。

優(yōu)選地，所述碳纖維布為單向帶碳纖維布、單向織物碳纖維中的一種或多種，厚度為0.05～0.5mm之間。

進一步地，所述預浸料層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(fā)劑及促進劑；

所述熱固性樹脂、導電填料、增稠劑、自由基引發(fā)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％。

一種復合材料雙極板的制備方法，所述復合材料雙極板經(jīng)熱模壓制成型，包含以下步驟：

Ⅰ、改性碳纖維預浸料復合層的制備

ⅰ、改性熱固性樹脂漿料的制備：