一种高性能复合双极板及其制备方法与流程

本发明属于燃料电池，尤其涉及一种高性能复合双极板及其制备方法。

背景技术：

1、石墨/树脂复合双极板弥补了纯石墨双极板脆性大、机械性能差的缺点又比金属双极板更耐腐蚀，结合了石墨和金属的优点，综合性能较好，由于质子交换膜燃料电池运行的工作环境比较苛刻，从性能角度，要求双极板材料是电与热的良导体，具有良好的强度以及气体致密性等，并要求双极板在燃料电池强酸性、强电位、高湿热工作环境下稳定运行，而复合双极板的强度和性能取决于树脂的性能，因此本发明的目的是制备一种抗张强度高，且耐高温耐85%磷酸的高性能复合双极板。

2、目前，授权公开号为cn113270605b的中国发明专利，其公开了一种冷压复合双极板的制备方法，取原料天然鳞片石墨、人造石墨或/和膨胀石墨、导电助剂、粘结树脂组合物、增韧树脂和溶剂，粘结树脂组合物由酚醛环氧树脂、固化剂和促进剂混合组成，但是其采用的环氧树脂耐热性能较低、脆性大、耐酸性能也较低，无法满足双极板在85wt%磷酸溶液环境下运行，从而影响复合双极板的强度和性能。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是针对现有技术的不足之处，提供一种高性能复合双极板，该高性能复合双极板抗张强度高，耐高温耐强酸。

2、本发明的技术解决措施如下：

3、一种高性能复合双极板，包括按重量计的以下各组分：

4、鳞片石墨50～85份；

5、树脂粉末15～50份；

6、导电助剂1～10份；

7、助剂0.01～1份。

8、作为一种优选，所述鳞片石墨的粒径为10～80μm，所述树脂粉末的粒径为10～80μm，所述导电助剂的粒径为100～200μm。

9、作为一种优选，所述鳞片石墨的纯度大于99.9%。

10、作为一种优选，所述树脂粉末为pps树脂粉末、peek树脂粉末、pvc树脂粉末中的至少一种。

11、作为一种优选，所述导电助剂为炭黑和碳纤维中的至少一种。

12、作为又一种优选，所述助剂为抗氧剂、热稳定剂、抗静电剂中的任意一种。

13、本发明的另一设计目的是提供一种高性能复合双极板的制备方法，依次包括以下步骤：

14、s1、将鳞片石墨、树脂粉末、导电助剂、助剂进行真空干燥，然后通过高速分散混合机进行搅拌混合，得到混合粉料；

15、s2、将s1中的混合粉料投入锥形同向双螺杆挤出机，通过狭缝模具初步成型为所需的板片坯；

16、s3、将s2中的板片坯经四辊压光机进行冷却定型，再在导辊架上进一步进行冷却；

17、s4、将s3中冷却后的板片坯由切边机进行切边后经牵引机的牵引，根据所需规格进行横切，得到复合双极板。

18、作为一种优选，s1中，真空温度为30～50℃，真空压力为85～100kpa，真空干燥时间为60～150min。

19、作为一种优选，s1中，搅拌混合转速为20～100r/min，搅拌混合时间为10min～30min。

20、作为又一种优选，s2中，锥形同向双螺杆挤出机的进料段温度为80～150℃，压缩段温度为160～350℃，均化段温度为160～350℃，模头温度为200～350℃，螺杆转速为10～350r/min，冷却温度30～180℃，辊压压力5mpa。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明的复合双极板它既有高分子材料耐腐蚀性和耐久性特性，又具有石墨类双极板的优良性能，具有易操作加工且制作成本低，既满足钒电池电极板耐酸、耐氧化性、无渗液的要求，又增加了电极板的强度、比表面积、导电性。

23、2. 本发明采用的pps树脂粉末、peek树脂粉末、pvc树脂粉末具有高抗张性和耐酸性，使制得的复合双极板抗张强度高，且耐高温耐强酸，并且热塑性树脂易加工，可反复加工。

24、3. 本发明通过挤出辊将极片挤压成型，此工艺简单，生产效率高，产品合格率高，可满足大批量的双极板生产。

25、综上所述，本发明的复合双极板具有抗张强度高，且耐高温耐强酸的优点，适合燃料电池技术领域。

技术特征：

1.一种高性能复合双极板，其特征在于：包括按重量计的以下各组分：

2.根据权利要求1所述的一种高性能复合双极板，其特征在于：所述鳞片石墨的粒径为10～80μm，所述树脂粉末的粒径为10～80μm，所述导电助剂的粒径为100～200μm。

3.根据权利要求1所述的一种高性能复合双极板，其特征在于：所述鳞片石墨的纯度大于99.9%。

4.根据权利要求1所述的一种高性能复合双极板，其特征在于：所述树脂粉末为pps树脂粉末、peek树脂粉末、pvc树脂粉末中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种高性能复合双极板，其特征在于：所述导电助剂为炭黑和碳纤维中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种高性能复合双极板，其特征在于：所述助剂为抗氧剂、热稳定剂、抗静电剂中的任意一种。

7.一种高性能复合双极板的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种高性能复合双极板的制备方法，其特征在于：s1中，真空温度为30～50℃，真空压力为85～100kpa，真空干燥时间为60～150min。

9.根据权利要求7所述的一种高性能复合双极板的制备方法，其特征在于：s1中，搅拌混合转速为20～100r/min，搅拌混合时间为10min～30min。

10.根据权利要求7所述的一种高性能复合双极板的制备方法，其特征在于：s2中，锥形同向双螺杆挤出机的进料段温度为80～150℃，压缩段温度为160～350℃，均化段温度为160～350℃，模头温度为200～350℃，螺杆转速为10～350r/min，冷却温度30～180℃，辊压压力5mpa。

技术总结
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种高性能复合双极板及其制备方法，本发明提供一种高性能复合双极板，包括按重量计的以下各组分：鳞片石墨50～85份、树脂粉末15～50份、导电助剂1～10份、助剂0.01～1份，本发明还提供一种高性能复合双极板的制备方法，将鳞片石墨、树脂粉末、导电助剂、助剂进行搅拌混合；将混合粉料投入锥形同向双螺杆挤出机，通过狭缝模具初步成型为所需的板片坯；将板片坯经四辊压光机进行冷却定型；将冷却后的板片坯由切边机进行切边后经牵引机的牵引，根据所需规格进行横切，得到复合双极板，本发明具有良好的导电性和抗弯强度，通过挤压成型生产效率高，产品合格率高。

技术研发人员：周志强,施丹,汤继成,陈瑶瑶,王俊霞,王钊
受保护的技术使用者：浙江华熔科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15