一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于，包括以下技术步骤：a、称取计量的聚酰亚胺，酚醛树脂，碳纤维，膨胀石墨，强力机械搅拌混合均匀；b、将上述混合物装入模压成型模具中，加热至240~280℃,加压至20~35Mpa，保温100~150分钟，得到一种新型燃料电池复合材料双极板，本发明所制燃料电池复合材料双极板性能稳定、导电性好、质量轻、制造工艺简单、价格低、抗腐蚀性好。
【专利说明】 一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料领域，特别涉及一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种将燃料气体和氧化剂的化学能通过电极反应直接转化为电能的装置，具有能量转换效率高，污染物排放量和噪音较低等优点，被誉为二十一世纪的清洁能源。质子交换膜燃料电池是以全氟磺酸型离子交换膜为电解质，氢气或重(PEMFC)整气为氧化剂的燃料电池一般由许多单电池组成，每个电池通常有膜电极、扩散层和双极板三部分构成。双极板是将燃料单电池串联起来组装成电池堆的关键部件，它的一侧与一个单电池的阳极接触，另一侧与毗邻单电池的阴极接触，其作用是分隔气体并通过流场将反应气体导入燃料电池，收集并传导电流和支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热和排水功能。
[0003]目前双极板材料主要有金属材料、石墨材料和树脂/石墨复合材料。石墨材料是较早开发和利用的双极板材料，传统双极板主要采用无孔石墨板，并通过机械加工沟槽。这种石墨双极板的热膨胀系数低，热导性良好，化学性质稳定，耐腐蚀性能好，导电性较强。但是石墨的脆性造成了加工困难，同时也限制了石墨板厚度的降低，而且在制造过程中容易产生气孔，使燃料与氧化剂相互渗透，因此必须添加其它物质来提高电池性能。上海交通大学燃料电池研究所采用真空加压的方式以硅酸钠浓溶液浸溃石墨双极板方法，减少了制造过程中的气孔问题。在石墨双极板中真空加压浸人硅酸钠浓溶液，然后加酸加热使之转变为二氧化硅。通过浸溃工艺，石墨板减少了 70%以上的孔隙率。天然鳞片石墨经化学或电化学法处理，使其层间插入化合物(如浓硫酸)成为可膨胀石墨。膨胀石墨在一定条件下膨胀，由原来的鳞片状变为密度很低的蠕虫状。该蠕虫状石墨可被压制成各种形状，压制后的石墨称为柔性石墨。柔性石墨性能稳定、价格低、导电性好、耐腐蚀、易于加工，还有直密封作用。用石墨蠕虫直接压制出不同密度的柔性石墨板，比电阻率随柔性石墨密度的增大而减小，电阻明显小于含乳胶柔性石墨板的电阻，用石墨蠕虫直接压制的柔性墨板是很好的极板材料。虽然目前发展了在石墨中加入有机聚合物来降低其脆性，加入纤维来改善其机械性能同时加入金属颗粒来增强导电性等工艺，但这些处理工艺使双极板制造成本大大增加。据报道石墨双极板在PEMFC的制造成本中占有相当高的比重，而且石墨双极板较厚，电池体积较大。Ballard公司的合作伙伴Grafleeh公司在其产品的公开报道中，介绍了柔性石墨双极板的制作工艺，柔性石墨双极板在致密性、机加工性能、塑性上都有所提高，但和金属双极板相比仍有差距复合双极板结合了石墨双极板与金属双极板的优点，价格便宜、制造工艺简单、质量轻、抗腐蚀性好，但也存在如导电效果与机械性能较差的缺点。因此其生产成本的降低对PEMFC的推广有着重要的意义。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种操作工艺简单，成本较低的燃料电池复合材料双极板的制备方法。
[0005]技术方案:为实现上述发明目的，一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，包括以下技术步骤:a、称取计量的聚酰亚胺，酚醛树脂，碳纤维，膨胀石墨，强力机械搅拌混合均匀；b、将上述混合物装入模压成型模具中，加热至24(T280°C，加压至2(T35Mpa，保温100^150分钟，得到一种新型燃料电池复合材料双极板。
[0006]所述的聚酰亚胺为3，3’，4，4’一二苯酮四酸二甲酯BIDE和二元胺4，4' - 二氨基二苯甲烷MDA及封端剂5-降冰片烯-2，3- 二酸单甲酯的预聚交联形成。
[0007]所述的聚酰亚胺粒径为20-200目。
[0008]所述的磨碎碳纤维粒径为20-200目。
[0009]所述的酚醛树脂粒径为20-200目。
[0010]所述的膨胀石墨的膨胀倍数为150-450。
[0011]所述的聚酰亚胺，酚醛树脂，磨碎碳纤维，膨胀石墨的质量比为:10~30:10~15:1~15:20~65。
[0012]根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:性能稳定、导电性好、质量轻、制造工艺简单、价格低、抗腐蚀性好。
[0013]【具体实施方式】:
下面结合实施例对本发明做 进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表不的范围。
[0014]实施例1:
称取已磨碎好的聚酰亚胺(150.0kg),酹醒树脂(120.0kg),磨碎碳纤维(80.0kg)和膨胀石墨(320.0kg)，强力机械搅拌混合均匀；将上述混合物装入模压成型模具中，加热至2500C，加压至30Mpa，保温120分钟，得到一种新型燃料电池复合材料双极板。
[0015]实施例2:
称取已磨碎好的聚酰亚胺(250.0kg),酹醒树脂(120.0kg),磨碎碳纤维(80.0kg)和膨胀石墨(350.0kg)，强力机械搅拌混合均匀；将上述混合物装入模压成型模具中，加热至2800C，加压至35Mpa，保温120分钟，得到一种新型燃料电池复合材料双极板。
【权利要求】
1.一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于，包括以下技术步骤: a、称取计量的聚酰亚胺，酚醛树脂，碳纤维，膨胀石墨，强力机械搅拌混合均匀；b、将上述混合物装入模压成型模具中，加热至24(T280°C，加压至2(T35Mpa，保温10(Tl50分钟，得到一种新型燃料电池复合材料双极板。
2.如权利要求1所述一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于--聚酰亚胺为3，3’，4，4’ 一二苯酮四酸二甲酯BIDE和二元胺4，4' - 二氨基二苯甲烷MDA及封端剂5-降冰片烯-2，3- 二酸单甲酯的预聚交联形成。
3.如权利要求1或2所述一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于:磨碎碳纤维粒径为20-200目。
4.如权利要求1所述一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于:酚醛树脂粒径为20-200目。
5.如权利要求1所述一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于:膨胀石墨的膨胀倍数为150-450。
6.如权利要求1所述一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法，其特征在于--聚酰亚胺，酚醛树脂，磨碎碳纤维，膨胀石墨的质量比为10~30:10~15:1~15:20飞5。
【文档编号】H01M8/02GK103746122SQ201310703420
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】李荣华 申请人:苏州市万泰真空炉研究所有限公司