[发明专利]一种塑料双极板及其制备方法

说明书

本发明涉及电源用双极板制备领域，特别是一种塑料双极板及其制备方法。该双极板由导电材料、树脂材料和功能材料三部分构成。主要步骤为将一定比例的导电材料、树脂材料和功能材料在高速球磨机中进行强制混合，混合均匀的材料在模具中进行高温下压制成型，获得新型塑料双极板。本发明技术可以解决传统塑料双极板的导电性和机械性间的矛盾，在提高双极板强度和耐蚀性的同时，进一步改善了双极板的导电性，且该方法制备双极板具有工艺简单、原料和设备成本低的特点，易于实现大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及化学电源用双极板制备领域，特别是一种塑料双极板及其制备方法。

背景技术

大型燃料电池组是将数个或数十个单体燃料电池通过一定方式串联或并联组合而成，以满足该电堆输出制定大小的工作电流密度电流或工作电压。不同单体电池间相互连接的组件即为双极板，也称集流板。双极板作为特殊导线将不同单体电池的正、负极相互连通，同时，其致密性能够完全隔离单体电池中强氧化性材料和强还原性材料，避免它们接触而造成电池短路。以上所述功能对双极板性能提出如下要求：(1)高的导电性，以减小电堆内接触电阻，改善电堆的电压效率；(2)高的机械强度，满足电堆装配过程外部压力对组件的挤压；(3)高的致密性，以避免正、负极活性材料间的相互扩散；(4)高的耐腐蚀性，以保证电堆具有足够长的运行寿命，使用过程电堆性能衰减小；(5)高的热传递性，以保证电堆在良好的状态下运行；(6)低的成本。

针对如上所述几点要求，广大研究者先后开发了不同类型的双极板材料，典型的如金属双极板、塑料双极板及石墨双极板。金属双极板的机械性和导电性明显优于其他类型双极板，同时也具有良好的机械加工性，但材料成本高、耐化学蚀性差等一系列问题限制了其一部分应用市场，在短时间内很难实现大规模应用；塑料双极的成本较低，通过调控树脂和导电填料的比例即可调控双极板的性能，但该类双极板的导电性和机械强度间存在难以调和的矛盾，难于获得综合性能优异的双极板；石墨双极板完全由石墨类材料通过一定的成型工艺制备，导电性好，但是生产工艺相对复杂，制备成本较高，在大规模储能电堆领域也难以推广。

鉴于现有双极板的特点，通过优化结构设计，借助材料性能互补效应来打破常规双极板性能的限制，实现双极板导电性、强度、耐蚀性和成本等性能的综合改善十分值得探索的，将为解决大规模储能技术发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塑料双极板及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种塑料双极板主要由导电材料、树脂材料和功能材料三部分构成。导电材料为双极板提供高的电子导电性，满足电堆大电流工作的需要，树脂材料赋予双极板足够的致密性，防止双极板两侧材料相互渗透，功能材料能够增强双极板的耐腐蚀性和机械强度。

导电材料为易分散的金属导电材料或炭类导电材料，导电材料的结构可以为粉末状、纤维状、片状等多种形式，其电导率高于100S/cm。所述的金属导电材料可以是银、铜、不锈钢、钛等金属材料中的一种或多种，结构可以为颗粒、纤维或片状中的一种或多种；炭类导电材料包括石墨烯、活性炭、碳管及人造石墨等炭类材料中的一种或多种。

树脂材料为机械强度和熔融性良好的高分子材料，其熔化温度为120℃～350℃，其熔融指数大于15，包括聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯及聚偏氟乙烯等材料中的一种或多种。

功能材料为耐蚀性良好的异形材料，其尺寸为0.5mm×0.5mm～6mm×6mm，包括星形、纤维状以及片层状的陶瓷材料、金属材料或上述不同种类、不同尺寸材料的混合物。所述的功能材料可以是星形氧化镁粉末、氧化锆粉末，氧化锆、氧化锌纳米纤维，不锈钢、铜纳米线，铝、锡纳米片中的一种或多种。

所述的导电材料、树脂材料及功能材料在整个双极板中的百分含量分别为10％～80％、25％～75及5％～35％。