一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法
【专利摘要】一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法，它涉及一种双极板及其制备方法。本发明是要解决现有方法制备的双极板电导性差、体积密度大和机械性能差的问题。本发明一种改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成；制备方法：将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中，将膨胀石墨与热塑性酚醛树脂、炭气凝胶的混合物的沸水溶液混合，减压抽滤、干燥、球磨、装模、冷压、热压、脱模，制得改性膨胀石墨基复合材料双极板。改性膨胀石墨基复合材料双极板作为质子交换膜燃料电池的关键部件用于制造质子交换膜燃料电池。
【专利说明】一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双极板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效环保、比能量和比功率高、启动快等诸多优点，被看作是未来重要的新型能源。已成为世界各国研究热点之一。双极板作为质子交换膜燃料电池的关键部件，主要作用是为实现单电池之间的连接起到收集电流的作用，为电池分配燃料和氧化剂等。目前用于生产质子交换膜燃料电池双极板的材料有石墨、金属材料和复合材料等。石墨板具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，但石墨的脆性造成了加工困难，因此加工费用较高。金属材料也可以用来制备双极板，其优点在于金属材料的导电和导热性能非常好，易于加工，选用非常薄的极板就能达到隔离反应气体的目的，金属材料的主要不足在于密度较大，接触电阻较高且易于腐蚀。目前除传统石墨材料双极板和金属双极板外，石墨/树脂复合材料双极板也得到了实际应用，复合板结合了石墨板和金属板的优点，在石墨/树脂复合材料中，树脂作为粘结剂，在增强石墨板力学强度的同时也提高了其阻气性，但复合板的电导率低，体积密度大仍然限制了双极板的商业化进程。
【发明内容】
[0003]本发明是要解决现有方法制备的双极板电导性差、体积密度大和机械性能差的问题。而提供一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法。
[0004]本发明一种改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成；所述膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66?3):1 ;所述炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的1%?4%，所述炭气凝胶的粒径为Ιμπι?5 μ m,所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g?250ml/g。
[0005]上述改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，按以下步骤进行:
[0006]一、将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂；二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为90°C?100°C的水中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液，将膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中，搅拌20min?30min，冷却至室温，过滤，将滤渣在温度为70°C?100°C的条件下干燥24h，得到改性复合材料；三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为(10?30):1球磨混合6h?18h,转速为400r/min?450r/min,得到粉末状改性复合材料；四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中，然后将模具放在手动液压机上，在室温、压力为15MPa?40MPa的条件下模压模具15min?30min ;然后在压力为IOMPa?30MPa条件下以IO0C /min?20°C /min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至140°C?200°C，并在温度为140°C?200°C、压力为IOMPa?30MPa的条件下保温模压模具15min?30min ;五、在温度为90°C?120°C的条件下脱模，冷却至室温，得到改性膨胀石墨基复合材料双极板；步骤一中所述炭气凝胶的粒径为I μ m?5 μ m ;步骤一中所述炭气凝胶的质量为步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂质量总和的1%?4% ;步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66?3):1 ;步骤二中所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g?250ml/g ;步骤三中所述球磨机的型号为QM-SB的行星式球磨机,所用磨球由直径为2cm的大球和直径为Icm的小球按照1:1的个数比组成；步骤四中所述手动液压机的型号为YSS-1型双速手动液压机。
[0007]本发明的优点:
[0008]本发明制得的改性复合材料双极板具有电导性好、体积密度小、机械性能好、润湿性能好、热稳定性能好等优点。其电导率为电导率为108.3S/cm?162.7S/cm、抗折强度53MPa?77MPa、接触角65.32。?82.78。、体积密度为1.42g/cm3?1.62g/cm3、孔隙率为
0.083g/cm3?0.122g/cm3、在燃料电池运行温度80°C时质量损失为0.53%?0.76%即热稳定性较好。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为试验四制得的炭气凝胶放大25000倍的SEM图；
[0010]图2为试验四制得的炭气凝胶放大7000倍的SEM图；
[0011]图3为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大3000倍的SEM图；
[0012]图4为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大15000倍的SEM图；
[0013]图5为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大1000倍的SEM图；
[0014]图6为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大2000倍的SEM图；
[0015]图7为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的接触角图；
[0016]图8为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板热重图；
[0017]图9为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板差热图。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式一种改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成；所述膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66?3):1 ;所述炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的1%?4%，所述炭气凝胶的粒径为I μ m?5 μ m,所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g?250ml/g。
[0019]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为1:1。其他与【具体实施方式】一相同。
[0020]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述的膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为2:1。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0021]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三不同的是:所述的炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的2%。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0022]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，按以下步骤进行:
[0023]一、将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂；二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为90°C?100°C的水中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液，将膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中，搅拌20min?30min，冷却至室温，过滤，将滤渣在温度为70°C?100°C的条件下干燥24h，得到改性复合材料；三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为(10?30):1球磨混合6h?18h,转速为400r/min?450r/min,得到粉末状改性复合材料；四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中，然后将模具放在手动液压机上，在室温、压力为15MPa?40MPa的条件下模压模具15min?30min ;然后在压力为IOMPa?30MPa条件下以IO0C /min?20°C /min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至140°C?200°C，并在温度为140°C?200°C、压力为IOMPa?30MPa的条件下保温模压模具15min?30min ;五、在温度为90°C?120°C的条件下脱模，冷却至室温，得到改性膨胀石墨基复合材料双极板；步骤一中所述炭气凝胶的粒径为I μ m?5 μ m ;步骤一中所述炭气凝胶的质量为步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂质量总和的1%?4% ;步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66?3):1 ;步骤二中所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g?250ml/g ;步骤三中所述球磨机的型号为QM-SB的行星式球磨机,所用磨球由直径为2cm的大球和直径为Icm的小球按照1:1的个数比组成；步骤四中所述手动液压机的型号为YSS-1型双速手动液压机。
[0024]本实施方式制得的改性复合材料双极板具有电导性好、体积密度小、机械性能好、润湿性能好、热稳定性能好等优点。其电导率为电导率为108.3S/cm?162.7S/cm、抗折强度53MPa?77MPa、接触角65.32。?82.78。、体积密度为1.42g/cm3?1.62g/cm3、孔隙率为0.083g/cm3?0.122g/cm3、在燃料电池运行温度80°C时质量损失为0.53%?0.76%即热稳定性较好。
[0025]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】五不同的是:步骤二中将滤渣在温度为80°C的条件下干燥24h。其他与【具体实施方式】五相同。
[0026]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】五或六不同的是:步骤一中所述的炭气凝胶的制备方法如下:①向质量分数为20%?31%的间苯二酚溶液中加入新配制的质量分数为10%的氢氧化钙溶液，搅拌均匀，逐滴加入质量分数为38%的甲醛溶液，继续搅拌后密封静置20h?25h后，得到密封溶液将密封溶液在温度为35°C?40°C的条件下水浴20h?25h，然后在温度为55°C?60°C的条件下水浴20h?25h，最后在温度为95°C?IOO0C的条件下水浴70h?75h，得到水凝胶；③将水凝胶在常温常压下干燥，利用丙酮浸泡40h?50h，除去水分，得到有机气凝胶将有机气凝胶在真空管式炉中进行焙烧，以氮气作为保护气，以5°C /min?8 V /min的速度升温至900°C，在900°C维持1.5h?2h后，自然冷却至室温，得到炭气凝胶；步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述新配制的氢氧化钙溶液的体积比为(0.5?I):1，步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述甲醛溶液的体积比为1: (0.2?0.5)。其他与【具体实施方式】五或六相同。
[0027]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】七不同的是:步骤④得到的炭气凝胶为球型炭气凝胶。其他与【具体实施方式】七相同。
[0028]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】五至八之一不同的是:步骤一中所述的热塑性酚醛树脂的制备方法如下:向液态苯酚中加入质量分数为38%的甲醛溶液，搅拌IOmin?20min，冷却至室温，水浴2h?3h，在温度为80°C干燥箱中干燥24h，得到热塑性酚醛树脂；所述的液态苯酚是将固态苯酚放在水浴锅中使其融化呈液态；所述的液态苯酚与甲醛溶液的质量比为1: (0.5?0.85)。其他与具体是实施方式五至八之一相同。
[0029]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】五至九之一不同的是:步骤一中所述的膨胀石墨的制备方法如下:①将目数为100目?150目的鳞片石墨、质量分数为70%的高氯酸、质量分数为80%的浓磷酸和重铬酸钾的混合物在65°C的水浴中搅拌30min?50min ;②然后抽滤，抽滤的同时用蒸馏水水洗滤渣至洗液为中性，停止抽滤，得到滤渣将滤渣放在温度为60°C干燥箱内干燥18h?20h，然后将滤渣放入坩埚中，再将坩埚放在微波炉中以800W的功率微波加热IOs?15s，得到膨胀石墨；步骤①中所述鳞片石墨与重铬酸钾的质量比为1: (0.4?0.6)，鳞片石墨与高氯酸的质量比为1: (I?3)，鳞片石墨与浓磷酸的质量比为1: (I?3)。其他与【具体实施方式】五至九之一相同。
[0030]本实施方式所述的膨胀石墨的膨胀倍数为150ml/g?250ml/g ;所述的膨胀石墨的膨胀倍数为所得膨胀石墨的体积与所得膨胀石墨的质量的比值。
[0031]通过以下试验验证本发明的效果:
[0032]试验一:一、将0.06g的炭气凝胶加入到2.0g热塑性酚醛树脂中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂；二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为100°C的水中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液，将2.0g膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中，搅拌20min，冷却至室温，过滤，将滤渣在温度为90°C的条件下干燥24h，得到改性复合材料；三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为10:1球磨混合12h，转速为400转/分，得到粉末状改性复合材料；四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中，然后将模具放在手动液压机上，在室温、压力为25MPa的条件下模压模具20min ;然后在压力为20MPa的条件下以10°C/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至165°C，然后在温度为165°C、压力为20MPa的条件下保温模压模具20min ;五、在温度为100°C的条件下脱模，冷却至室温，得到改性膨胀石墨基复合材料双极板。
[0033]试验二:一、将质量为0.0Sg的炭气凝胶加入到1.6g热塑性酚醛树脂中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂；二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为100°c的水中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液，将2.4g的膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中，搅拌20min，冷却至室温，过滤，将滤渣在温度为90°C的条件下干燥24h，得到改性复合材料；三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为10:1球磨混合15h，转速为400转/分，得到粉末状改性复合材料；四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中，然后将模具放在手动液压机上，在室温、压力为20MPa的条件下模压模具25min ;然后在压力为15MPa的条件下以12°C /min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至170°C，然后在温度为170°C、压力为15MPa的条件下保温模压模具25min ；五、在温度为110°C的条件下脱模，冷却至室温，得到改性膨胀石墨基复合材料双极板。
[0034]试验三:一、将质量为0.1g炭气凝胶加入到2.4g热塑性酚醛树脂中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂；二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为100°c的水中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液，将1.6g膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中，搅拌20min，冷却至室温，过滤，将滤渣在温度为90°C的条件下干燥24h，得到改性复合材料；三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为10:1球磨混合18h，转速为400转/分，得到粉末状改性复合材料；四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中，然后将模具放在手动液压机上，在室温、压力为15MPa的条件下模压模具30min ;然后在压力为IOMPa的条件下以15°C /min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至180°C，并在温度为180°C、压力为IOMPa的条件下保温模压模具30min ;五、在温度为120°C的条件下脱模，冷却至室温，得到改性膨胀石墨基复合材料双极板。
[0035]试验四:试验一、试验二和试验三步骤一中所述的炭气凝胶的制备方法如下:①向6g质量分数为25%的间苯二酚溶液中加入40ml新配制的质量分数为10%的氢氧化钙溶液，搅拌均匀，逐滴加入IOml质量分数为38%的甲醛溶液，继续搅拌后密封静置20h后，得到密封溶液将密封溶液在温度为35°C的条件下水浴24h，然后在温度为55°C的条件下水浴24h，最后在温度为95°C的条件下水浴72h，得到水凝胶；③将水凝胶在常温常压下干燥，利用丙酮浸泡48h，除去水分，得到有机气凝胶、将有机气凝胶在真空管式炉中进行焙烧，以氮气作为保护气，以5°C /min的速度升温至900°C，在900°C维持1.5h后，自然冷却至室温，得到炭气凝胶。
[0036]试验五:试验一、试验二和试验三步骤一中所述的热塑性酚醛树脂的制备方法如下:向15g液态苯酹中加入IOg质量分数为38%的甲醒溶液,搅拌20min,冷却至室温,水浴
2.5h，在温度为80°C干燥箱中干燥24h，得到热塑性酚醛树脂。
[0037]试验六:试验一、试验二和试验三步骤一中所述的膨胀石墨的制备方法如下:①将2g目数为100目的鳞片石墨、3g质量分数为70%的高氯酸、4g质量分数为80%的浓磷酸和0.8g重铬酸钾的混合物在65°C的水浴中搅拌30min ;②然后抽滤，抽滤的同时用蒸馏水水洗滤渣至洗液为中性，停止抽滤，得到滤渣；③将滤渣放在温度为60°C干燥箱内干燥18h，然后将滤渣放入坩埚中，再将坩埚放在微波炉中以800W的功率微波加热15s，得到膨胀石墨。
[0038]图1为试验四制得的炭气凝胶放大25000倍的SEM图，图2为试验四制得的型炭气凝胶放大7000倍的SEM图，从图1和图2可以看出试验四制得的炭气凝胶呈球型，且为多孔结构，分散较均勻，球型炭气凝胶粒径为Imm?5mm,体积较小,表面积较大,有利于增大导电粒子的接触面积，有助于提高改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率。图3为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大3000倍的SEM图，图4为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大15000倍的SEM图，从图3和图4可以看出本发明制备的改性膨胀石墨基复合材料双极板表面光滑、平整且致密性良好，从而降低了本发明制备的改性膨胀石墨基复合材料双极板的孔隙率，提高了本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的机械强度。试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率为108.3S/cm、抗折强度77MPa、接触角72.35。、体积密度为1.48g/cm3、孔隙率为0.083g/cm3、其在燃料电池运行温度80°C时热重损失为0.62%。图5为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大1000倍的SEM图，图6为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大2000倍的SEM图，从图5和图6可以看出本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面成网状排列，导电粒子间接触面积较大，微片被树脂完全的包覆，两者进行了交联，复合较充分，从而提高了本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率和机械强度，降低了本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板接触角。试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率为162.7S/cm、抗折强度53MPa、接触角82.78°、体积密度为1.42g/cm3、孔隙率为0.097g/cm3、其在燃料电池运行温度8(TC时热重损失为0.76%。图7为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的接触角图，从图7可以看出试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板接触角为65.32°，说明本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的润湿性能优良。图8为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板热重图，图9为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板差热图，从图8和图9可以看出试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板在燃料电池运行温度80°C时热重损失为0.53%，说明本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板热稳定性能良好。试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率为143.27S/cm、抗折强度47MPa、接触角65.32°、体积密度为1.62g/cm3、孔隙率为0.122g/cm3、其在燃料电池运行温度80°C时热重损失为0.53%。
【权利要求】
1.一种改性膨胀石墨基复合材料双极板，其特征在于改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成；所述膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1 ;所述炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4%，所述炭气凝胶的粒径为I μ m~5 μ m,所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g。
2.根据权利要求1所述的一种改性膨胀石墨基复合材料双极板，其特征在于所述的膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种改性膨胀石墨基复合材料双极板，其特征在于所述的膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为2:1。
4.根据权利要求1所述的一种改性膨胀石墨基复合材料双极板，其特征在于所述的炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的2%。
5.如权利要求1所述的一种改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，其特征在于改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，是按以下步骤进行: 一、将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂；二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为90°C~100°C的水中，得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液，将膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中，搅拌20min~30min，冷却至室温，过滤，将滤渣在温度为70°C~100°C的条件下干燥24h，得到改性复合材料；三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为(10~30):1球磨混合6h~18h,转速为400r/min~450r/min,得到粉末状改性复合材料；四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中，然后将模具放在手动液压机上，在室温、压力为15MPa~40MPa的条件下模压模具15min~30min ;然后在压力为IOMPa~30MPa条件下以IO0C /min~20°C /min的 升温速度使热压炉内的温度从室温升温至140°C~200°C，并在温度为140°C~200°C、压力为IOMPa~30MPa的条件下保温模压模具15min~30min ;五、在温度为90°C~120°C的条件下脱模，冷却至室温，得到改性膨胀石墨基复合材料双极板；步骤一中所述炭气凝胶的粒径为I μ m~5 μ m ;步骤一中所述炭气凝胶的质量为步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4% ;步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1 ;步骤二中所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g ;步骤三中所述球磨机的型号为QM-SB的行星式球磨机,所用磨球由直径为2cm的大球和直径为Icm的小球按照1:1的个数比组成；步骤四中所述手动液压机的型号为YSS-1型双速手动液压机。
6.根据权利要求5所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，其特征在于步骤二中将滤渣在温度为80°C的条件下干燥24h。
7.根据权利要求5所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的炭气凝胶的制备方法如下:①向质量分数为20%~31%的间苯二酚溶液中加入新配制的质量分数为10%的氢氧化钙溶液，搅拌均匀，逐滴加入质量分数为38%的甲醛溶液，继续搅拌后密封静置20h~25h后，得到密封溶液将密封溶液在温度为35 V~40°C的条件下水浴20h~25h，然后在温度为55°C~60°C的条件下水浴20h~25h，最后在温度为95°C~100°C的条件下水浴70h~75h，得到水凝胶；③将水凝胶在常温常压下干燥，利用丙酮浸泡40h~50h，除去水分，得到有机气凝胶；④将有机气凝胶在真空管式炉中进行焙烧，以氮气作为保护气，以5°C /min~8°C /min的速度升温至900°C，在900°C维持`1.5h~2h后，自然冷却至室温，得到炭气凝胶；步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述新配制的氢氧化钙溶液的体积比为(0.5~I):1，步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述甲醛溶液的体积比为1: (0.2~0.5)。
8.根据权利要求7所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，其特征在于步骤④得到的炭气凝胶为球型炭气凝胶。
9.根据权利要求5所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的热塑性酚醛树脂的制备方法如下:向液态苯酚中加入质量分数为38%的甲醛溶液，搅拌IOmin~20min，冷却至室温，水浴2h~3h，在温度为80°C干燥箱中干燥24h，得到热塑性酚醛树脂；所述的液态苯酚是将固态苯酚放在水浴锅中使其融化呈液态；所述液态苯酚与所述甲醛溶液的质量比为1: (0.5~0.85)。
10.根据权利要求5所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的膨胀石墨的制备方法如下:①将目数为100目~150目的鳞片石墨、质量分数为70%的高氯酸、质量分数为80%的浓磷酸和重铬酸钾的混合物在65°C的水浴中搅拌30min~50min ;②然后抽滤，抽滤的同时用蒸馏水水洗滤渣至洗液为中性，停止抽滤，得到滤洛；③将滤洛放在温度为60°C干燥箱内干燥18h~20h，然后将滤洛放入坩埚中，再将坩埚放在微波炉中以800W的功率微波加热IOs~15s，得到膨胀石墨；步骤①中所述鳞片石墨与重铬酸钾的质量比为1: (0.4~0.6)，鳞片石墨与高氯酸的质量比为1: (I~3)，鳞片石墨与浓磷酸的质量比为1: (I~3)。
【文档编号】H01M4/96GK103633340SQ201310692603
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】王进福, 王慧, 戴长松, 韩喜江 申请人:哈尔滨工业大学