[发明专利]一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法

说明书

本发明涉及一种导电聚合物‑石墨烯复合双极板的制备方法，其特征在于制备步骤如下：采用3D打印机将导电聚合物加工成型，制成双极板基底，对双极板基底进行脱油脱脂后，将石墨烯涂到双极板的外表面，涂布方式为喷涂，将酚醛树脂或聚氨酯溶于乙醇，质量分数为1~2%，充分溶解后加入石墨烯粉末，石墨烯粉末占总质量的3~5%，采用800W超声处理器超声10~15min，得到石墨烯胶体涂料；待表面涂层干燥固化后，既得到导电聚合物‑石墨烯复合双极板。其解决了目前燃料电池双极板物理性能、耐腐蚀性能和电性能提升的问题，特别适用于质子交换膜燃料电池。

技术领域

本发明涉及一种导电聚合物-石墨烯复合双极板，特别是涉及一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法，用于氢氧燃料电池领域。

背景技术

氢氧燃料电池中体系中，双极板是电池堆中最重要的性能元件，它负责把燃料和空气分配到两个电极表面以及电池堆散热。因此双极板必须是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点。目前采用的石墨双极板，是较早开发和利用的双极板，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。金属材料与石墨双极板相比，金属双极板具有良好的导电性、导热性、机械加工性、致密性，适合批量生产。铝、铬、镍、不锈钢等都是制造双极板的金属材料。但是金属材料存在单位密度高、易腐蚀等缺点。由于 PEMFC 要在酸性高温的环境中工作，金属有可能被腐蚀或溶解，溶解后产生的金属离子会扩散到质子交换膜，增加了被蚀双极板的电阻，降低了电池的输出功率。复合材料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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法，其解决了目前燃料电池双极板物理性能、耐腐蚀性能和电性能提升的问题，特别适用于质子交换膜燃料电池。

本发明的技术方案是这样实现的：一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法， 其特征在于制备步骤如下：

步骤1.采用计算机辅助设计绘制双极板的3D图纸，利用切片软件完成数据处理并将数据上传至3D打印机。建模软件为可生成stl文件格式的三维制图软件，生成的3D图纸stl文件采用具有路径规划功能的软件进行切片，随后进行文件存储并上传至3D打印机；

步骤2.采用3D打印技术将导电聚合物加工成型，制成双极板基底，其中导电聚合物包括聚醚醚酮、聚吡咯、聚苯硫醚中的一种；

步骤3.对双极板基底进行脱油脱脂后，将石墨烯涂到双极板的外表面，涂布方式为喷涂，具体喷涂所用的石墨烯胶体涂料制作方法为，将酚醛树脂或聚氨酯溶于乙醇，质量分数为1~2%，充分溶解后加入石墨烯粉末，石墨烯粉末占总质量的3~5%，采用800W超声处理器超声10~15min，得到石墨烯胶体涂料；

步骤4.待表面涂层干燥固化后，既得到导电聚合物-石墨烯复合双极板。

本发明的积极效果是制备方法简单、适用于大规模生产。采用本发明制成的双极板，和金属双极板相比，具有更轻的质量，同时由于具有石墨烯涂层，对于氢气的腐蚀作用的耐受性更强。和石墨双极板相比，具有更高的导热系数，更轻的质量，性能更佳；和同样工作面积的金属双极板相比,质量降低15%,和同样工作面积的石墨双极板相比,质量降低30%,和同样工作面积的石墨双极板相比,面积比电阻降低100%,和同样工作面积的石墨双极板相比,导热系数提高60%。本发明制备的双极板在1 A/cm2,80℃下连续运行4000 h后电压依然稳定,双极板未出现氢脆现象，相比同样尺寸的不锈钢双极板，同等条件下工作1300h，性能下降，电阻升高至初始电阻的3倍以上。

附图说明

图1 本发明所述的双极板模型。