[發明專利]一種復合石墨樹脂碳纖維極板的制備方法

有效

• 申請號: 202310091945.8
• 申請日: 2023-02-10
• 公開（公告）號: CN115799552B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 謝佳平;朱維;尚子奇;沈軍
• 申請（專利權）人: 海卓動力（青島）能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0226;H01M8/0213
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 呂永齊

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種復合石墨樹脂碳纖維極板的制備方法。本發明提供了一種復合石墨樹脂碳纖維極板的制備方法，包括以下步驟：將碳纖維、粘結劑和第一有機溶劑混合，得到第一混合漿料；將所述第一混合漿料倒入模具，進行第一冷凍干燥，得到碳纖維板；將石墨、樹脂、導電填料和第二有機溶劑混合，得到第二混合漿料；將所述第二混合漿料涂覆在所述碳纖維板上，進行第二冷凍干燥，得到復合石墨樹脂碳纖維極板坯；將所述復合石墨樹脂碳纖維極板坯進行熱壓固化，得到所述復合石墨樹脂碳纖維極板；所述復合石墨樹脂碳纖維極板包括碳纖維板層和石墨層。該制備方法減小了復合雙極板的厚度，提升了導電率。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種復合石墨樹脂碳纖維極板的制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是燃料電池的一種，使用氫氣作為燃料的PEMFC和電解水設備相似。在電解水設備中，外加電源將水電解，產生氫和氧，而在PEMFC中，氫和氧通過電化學反應生成水，產生電能。PEMFC中完成電化學反應的最小零件單元稱為單電池，由陽極板、膜電極（MEA）、陰極板組成。單電池的使用電壓為0.6-0.85V，通常需要將多節單電池串聯提高PEMFC的輸出電壓。由單電池重復堆疊形成的集成部件稱為燃料電池電堆。

雙極板（Bipolar?plate，簡稱BPP）是燃料電池的一種核心零部件，主要作用為支撐MEA、提供氫氣、氧氣和冷卻液流體通道并分隔氫氣和氧氣、收集電子、傳導熱量。常見的雙極板材料有石墨、復合材料和金屬。金屬雙極板加工成本高，壽命短，在燃料電池酸性條件下容易腐蝕；石墨雙極板加工成本高，容易破碎。復合雙極板包括金屬基和碳基復合雙極板，其中碳基復合雙極板具有耐酸性高、強度大等優異性能，但仍存在體積過大，電導率低的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合石墨樹脂碳纖維極板的制備方法，本發明提供的制備方法減小了復合雙極板的厚度，提升了導電率和機械強度。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：本發明提供了一種復合石墨樹脂碳纖維極板的制備方法，包括以下步驟：將碳纖維、粘結劑和第一有機溶劑混合，得到第一混合漿料；將所述第一混合漿料倒入模具，進行第一冷凍干燥，得到碳纖維板；將石墨、樹脂、導電填料和第二有機溶劑混合，得到第二混合漿料；將所述第二混合漿料涂覆在所述碳纖維板上，進行第二冷凍干燥，得到復合石墨樹脂碳纖維極板坯；將所述復合石墨樹脂碳纖維極板坯進行熱壓固化，得到所述復合石墨樹脂碳纖維極板；所述復合石墨樹脂碳纖維極板包括依次層疊設置的碳纖維板層和石墨層。

優選地，所述碳纖維板層的厚度為0.1~0.3mm。

優選地，所述石墨層的厚度為0.4~0.6mm。

優選地，所述熱壓固化的壓力為5~50MPa，溫度為110~350℃，時間為10~20min。

優選地，所述第一有機溶劑和第二有機溶劑獨立地包括乙醇、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、N,N-二甲基乙酰胺、乙二醇和異丙醇中的一種或多種。

優選地，所述碳纖維包括碳纖維粉末和/或短切碳纖維；所述短切碳纖維的長度為0.5~2.5mm；所述粘結劑包括聚丙烯酸酯類粘結劑、環氧樹脂類粘結劑、聚氨酯類粘結劑、有機硅類粘結劑和聚酰亞胺類粘結劑中的一種或多種。

優選地，所述碳纖維與粘結劑的質量比為（40~60）：（1~5）。

優選地，所述石墨包括膨脹石墨、球形石墨和微晶石墨中的一種或多種；所述樹脂包括酚醛樹脂、環氧樹脂、聚偏氟乙烯樹脂、聚酰亞胺樹脂和聚亞苯基硫醚樹脂中的一種或多種；所述導電填料包括碳黑、碳納米管、科琴黑和碳納米纖維中的一種或多種。

優選地，所述石墨、樹脂和導電填料的質量比為（60~90）：（20~30）：（1~10）。