本发明属于燃料电池领域,尤其涉及一种石墨-碳纳米纤维双极板的制备方法及双极板。
背景技术:
1、双极板又叫集流板,是燃料电池的核心零部件之一,也是成本较高的零部件。双极板起到分隔燃料与氧化剂、收集传导电流的作用,需要具有耐腐蚀、抗振动及抗冲击的特性。
2、双极板从材料构成上通常分为金属双极板、石墨双极板与复合双极板。金属双极板具有导电率高、轻质的特点,但是在酸性条件下易腐蚀、雕刻成本高;复合双极板兼具石墨材料的耐腐蚀性和金属材料的高强度特性,但是制备工艺较复杂。石墨双极板成本低,容易机械加工,适合批量制造,因此得到了广泛应用,石墨双极板厚度偏厚,降低其厚度对于推进燃料电池商业化具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明针对传统的石墨双极板厚度较厚,整体体积大的技术问题,提出一种超薄且有高导电性的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法及双极板。
2、为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
3、一种石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,包括以下步骤,
4、(1)、将石墨粉料与碳纳米纤维混合,溶于去离子水中并超声分散,得到浆液;
5、(2)、将分散后的浆液置于模具中,并加入阳离子表面活性剂,持续真空搅拌直至浆液中没有泡沫产生;
6、(3)、将装有浆液的模具浸渍于浓度为0.03~0.08mol/l的过渡金属离子溶液中,真空环境内浸渍40~60min;
7、(4)、取出模具,将部分浆液倒入可加热的模压腔体中,将模压腔体升温至100~150℃,使水分蒸干,此后真空排气模压,得到带有流道的双极板;
8、(5)、将双极板浸渍于0.05~0.1mol/l的丙烯酸树脂内保持24~48h,取出后真空固化1~3h,得到石墨-碳纳米纤维双极板。
9、作为优选,石墨粉料基体与碳纳米纤维的质量比为(1~5):(0.5~1)。
10、作为优选,所述碳纳米纤维直径为200~500nm。
11、作为优选,所述石墨粉料为150~300目的膨胀石墨,100~300目的微晶石墨,100~300目的鳞片石墨中的一种或多种。
12、作为优选,所述阳离子表面活性剂有十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠的一种或几种。
13、作为优选,所述过渡金属离子溶液为cu2+、fe3+、co2+溶液中的一种。
14、作为优选,所述阳离子表面活性剂的添加量为石墨粉料的3%~5%。
15、作为优选,步骤(1)中浆液中石墨和碳纳米纤维的含量为3%~20%。
16、作为优选,模压压力是5~50mpa,模压时间10~20min
17、作为优选,固化温度是200~400℃。
18、与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
19、本发明所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法通过石墨粉料与碳纤维素在水中均匀共混,在真空中利用表面活性剂分散均匀,形成石墨-碳纤维泡沫,再利用过渡金属离子的作用,使纤维发生交联,并在石墨上生长,过渡金属离子镶嵌在泡沫内外壁上,形成m-g-cnf复合材料,经模压后得到致密且超薄的双极板,该双极板具有高导电性。
1.一种石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:包括以下步骤,
2.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:石墨粉料基体与碳纳米纤维的质量比为(1~5):(0.5~1)。
3.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:所述碳纳米纤维直径为200~500nm。
4.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:所述石墨粉料为150~300目的膨胀石墨,100~300目的微晶石墨,100~300目的鳞片石墨中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:所述阳离子表面活性剂有十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:所述过渡金属离子溶液为cu2+、fe3+、co2+溶液中的一种。
7.根据权利要求6所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:所述阳离子表面活性剂的添加量为石墨粉料的3%~5%。
8.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:步骤(1)中浆液中石墨和碳纳米纤维的含量为3%~20%。
9.根据权利要求1所述的石墨-碳纳米纤维泡沫双极板的制备方法,其特征在于:模压压力是5~50mpa,模压时间10~20min。
10.一种双极板,其特征在于:通过权利要求1-9任一项所述的超薄石墨纤维素泡沫双极板的制备方法制备而成。