一种燃料电池极板及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种燃料电池极板及其制备方法与应用，该制备方法以10％

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池极板及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种燃料电池极板及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]燃料电池利用燃料与氧气的化学转化产生电能，其核心组件包括膜电极单元。膜电极单元是由可传导质子的膜和分别设置在膜两侧的电极(阳极和阴极)构成的联合体。燃料电池一般由大量堆叠设置的膜电极单元构成，这些膜电极单元的电功率相互叠加。
[0003]燃料电池电堆是由多片双极板与膜电极组装而成，结构为双极板、膜电极、双极板、膜电极
……
其中双极板是燃料电池电堆的主要部件，占据电池电堆整体成本的40％以上。双极板起着分隔阳极反应物和阴极反应物、支撑整个电池系统的重要作用。燃料电池内部的微酸性环境对双极板材料的性能要求比较高，目前只有纯石墨材料能够完全满足双极板材料性能上的要求。但是，纯石墨材料的制造及加工成本都很高，而且加工困难，易于破碎，很难批量生产。目前，也有采用金属双极板制备燃料电池的，但是，金属双极板的加工成本很高，且寿命较短，长期在酸性环境下使用很容易被腐蚀。
[0004]目前，石墨基复合双极板因其加工条件及成本上的优势，应用潜力巨大。但是，石墨基复合双极板的成型强度较低，无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板的导电率较低，很难满足燃料电池电堆的使用需要。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供一种燃料电池极板及其制备方法与应用，旨在解决现有的石墨基复合双极板成型强度较低、无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板制备得到的电堆导电率较低，很难满足燃料电池电堆的使用需要等问题。本申请制备得到的极板成型强度较好，能够得到厚度较薄的双极板；采用本申请极板制得的电堆导电率较高，可以满足燃料电池电堆的使用需要。
[0006]为实现上述目的，一方面，本专利技术实施例提供一种燃料电池极板的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S01、将10％
‑
90％石墨基体、10％
‑
90％导电填充物溶解于有机溶剂中，混合均匀，得到浆料；将所述浆料涂覆于金属箔的一侧面上，烘干，得到包覆有浆料的金属箔；
[0008]S02、将5％
‑
40％粘性物和60％
‑
95％金属颗粒物混合均匀，得到导电介质，将所述导电介质涂覆到碳纤维片材的一侧面上，得到包覆有导电介质的碳纤维片材；
[0009]S03、将步骤S01中包覆有浆料的金属箔贴合于步骤S02中包覆有导电介质的碳纤维片材上，得到复合碳纤维片材；其中，步骤S02中包覆有导电介质的碳纤维片材中具有导电介质的一侧面与步骤S01中包覆有浆料的金属箔中具有浆料的一侧面相抵接；
[0010]S04、将步骤S03中复合碳纤维片材的金属箔除去，得到预制碳纤维片材；将所述预制碳纤维片材干燥后进行模压，然后热固化，得到一面为气体流场面、另一面为水流场面的
极板；
[0011]S05、将步骤S04的极板置于环氧树脂乙醇溶液中进行浸泡，然后冲洗所述极板表面后将所述极板进行固化，得到燃料电池极板；
[0012]所述百分比为重量百分比。
[0013]作为优选的实施方式，步骤S01中，
[0014]所述石墨基体为膨胀石墨、鳞片石墨和微晶石墨中的一种或者至少两种的混合物。
[0015]所述导电填充物为炭黑、碳纤维、纳米碳管和石墨烯中的一种或者至少两种的混合物。
[0016]所述有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、无水乙醇(C2H5OH)、二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或者至少两种的混合物。
[0017]所述有机溶剂的用量为30m l
‑
100m l。
[0018]所述浆料的涂覆厚度为0.05mm。
[0019]所述金属箔为铜箔或者铝箔。
[0020]所述烘干的条件为于80℃烘15mi n。
[0021]作为优选的实施方式，步骤S02中，
[0022]所述粘性物为酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、聚酰亚胺(P I)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)和聚醚酰亚胺(PE I)中的一种或者至少两种的混合物。
[0023]所述金属颗粒物为金属合金和非金属合金的混合物。
[0024]所述金属合金为银、铝、铜和金中的一种或至少两种的混合物。
[0025]所述非金属合金为金属氧化物和金属氮化物的一种或至少兩种的混合物。
[0026]所述导电介质的涂覆厚度为0.05mm。
[0027]作为优选的实施方式，步骤S04中，
[0028]所述干燥的条件为于80℃进行干燥；所述模压的条件为于5MPa
‑
50 MPa进行模压。
[0029]所述热固化的条件为于100℃
‑
350℃热固化为5mi n
‑
180mi n。
[0030]作为优选的实施方式，步骤S05中，
[0031]所述环氧树脂乙醇溶液是指含有重量百分比为5％
‑
30％环氧树脂的乙醇溶液。
[0032]所述浸泡的时间为1h
‑
5h。
[0033]所述固化优选在80℃水浴中进行固化。
[0034]所述燃料电池极板的抗弯强度优选为30MPa
‑
80MPa，导电率优选为100S/cm
‑
400S/cm。
[0035]所述燃料电池极板的最薄处厚度优选为0.20mm
‑
0.30mm。
[0036]另一方面，本申请实施例还提供由上述制备方法得到的燃料电池极板。
[0037]再一方面，本申请实施例还提供所述燃料电池极板的应用，所述燃料电池极板可以应用于燃料电池碳纤维电堆双极板中。
[0038]通过本申请，能够解决现有的石墨基复合双极板成型强度较低、无法压制厚度较薄的双极板，而且石墨基复合双极板制备得到的电堆导电率较低，很难满足燃料电池电堆的使用需要等问题。本申请制备得到的极板成型强度较好，能够得到厚度较薄的双极板；采用本申请极板制得的电堆导电率较高，可以满足燃料电池电堆的使用需要。本专利技术的制备
方法简单，生产成本较低，生产效率较高，易于批量化或大规模生产。
[0039]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S01、将10％
‑
90％石墨基体、10％
‑
90％导电填充物溶解于有机溶剂中，混合均匀，得到浆料；将所述浆料涂覆于金属箔的一侧面上，烘干，得到包覆有浆料的金属箔；S02、将5％
‑
40％粘性物和60％
‑
95％金属颗粒物混合均匀，得到导电介质，将所述导电介质涂覆到碳纤维片材的一侧面上，得到包覆有导电介质的碳纤维片材；S03、将步骤S01中包覆有浆料的金属箔贴合于步骤S02中包覆有导电介质的碳纤维片材上，得到复合碳纤维片材；其中，步骤S02中包覆有导电介质的碳纤维片材中具有导电介质的一侧面与步骤S01中包覆有浆料的金属箔中具有浆料的一侧面相抵接；S04、将步骤S03中复合碳纤维片材的金属箔除去，得到预制碳纤维片材；将所述预制碳纤维片材干燥后进行模压，然后热固化，得到一面为气体流场面、另一面为水流场面的极板；S05、将步骤S04的极板置于环氧树脂乙醇溶液中进行浸泡，然后冲洗所述极板表面后将所述极板进行固化，得到燃料电池极板；所述百分比为重量百分比。2.根据权利要求1所述的燃料电池极板的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述石墨基体为膨胀石墨、鳞片石墨和微晶石墨中的一种或者至少两种的混合物；所述导电填充物为炭黑、碳纤维、纳米碳管和石墨烯中的一种或者至少两种的混合物；所述有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、无水乙醇和二甲基甲酰胺中的一种或者至少两种的混合物。3.根据权利要求1所述的燃料电池极板的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述有机溶剂的用量为30ml
‑
100ml；所述浆料的涂覆厚度为0.05mm；所述金属箔为铜箔...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏然，李建毅，田洋名，
申请(专利权)人：深圳市雄韬电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：