[发明专利]基于石墨烯材料的燃料电池双极板、制备方法及甲醇重整燃料电池组

说明书

本发明提供了一种基于石墨烯材料的燃料电池双极板、制备方法及甲醇重整燃料电池组，燃料电池双极板为石墨烯材料制成，石墨烯材料包括10‑90重量份石墨烯、20‑60重量份金属。本发明提供的基于石墨烯材料的燃料电池双极板具有以下优点，双极板片状体能够达到厘米级以上；该种石墨烯材料的密度为1.5至3.5克/立方厘米，使得其重量较轻；石墨烯材料的辐射系数超过0.95，金属的辐射系数仅为0.1；该石墨烯双极板能够实现结构功能的一体化，使其强度到达40MPa至300MPa，满足燃料电池的结构要求；石墨烯双极板同样拥有良好的导热性及散热性，可以避免氢气、氧气反应时造成的局部温度过高，对阳极催化剂层、质子交换膜、阴极催化剂层起到保护作用，同时也提高了燃料电池的使用寿命等。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种基于石墨烯材料的燃料电池双极板、制备方法及甲醇重整燃料电池组。

背景技术

双极板是燃料电池重要部件之一。双极板的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。

现有双极板材料大致可分为3类：炭质材料、金属材料及金属与炭质的复合材料。然而，现有双极板存在重量大、散热性差、使用寿命低等缺点。

发明内容

本发明提供了一种基于石墨烯材料的燃料电池双极板，燃料电池双极板为石墨烯材料制成，石墨烯材料包括10-90重量份石墨烯、20-60重量份金属。

优选的，金属为铜、铝、金、银、铁、钼以及锡中的任意一种或多种。

优选的，金属为铜，石墨烯材料包括55-75重量份石墨烯、25-45重量份铜。

优选的，金属为铝，石墨烯材料包括45-95重量份石墨烯、5-55重量份铝。

优选的，金属为钼，石墨烯材料包括85-95重量份石墨烯、5-15重量份钼。

本发明提供了一种制备所述的基于石墨烯材料的燃料电池双极板的方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯在去离子水中超声分散，获得氧化石墨烯水溶液；

(2)将金属粉末浸入步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液，通过水热法或化学还原法，制备孔内负载有石墨烯水凝胶的金属粉末；

(3)将步骤(2)所得的孔内负载有石墨烯水凝胶的金属粉末通过冷冻干燥，获得孔内负载有石墨烯气凝胶的金属粉末；

(4)以步骤(3)所得的孔内负载有石墨烯气凝胶的金属粉末为模板，利用化学气相沉积法，得到含基底的三维石墨烯；

(5)将步骤(4)所得的含基底的三维石墨烯通过聚合物保护后，经刻蚀、清洗，得到成型的石墨烯材料，再对石墨烯材料进行数控加工或模具压制或其他成型工艺制成的燃料电池双极板。

优选的，氧化石墨烯由以下步骤制备而成：

(1)将石墨、硝酸钠和氢氧化钠溶液混合均匀，制成混合物；

(2)将步骤(1)制得的混合物缓慢加入浓硝酸中，保持在25-40℃下搅拌1-2h，然后缓慢加入过氧化钠的水溶液，反应10-20min后密封静置4-5h，然后加入过量去离子水进行稀释，并调节pH至中性，然后加入十六烷基吡啶基溴，加热到20-40℃反应1-2h，然后进行反复过滤洗涤获得滤饼，置于真空烘箱中，在温度为100-120℃下干燥40-60h，制得氧化石墨烯。

优选的，所述步骤(1)中，氧化石墨烯水溶液浓度为0.5mg/mL–2mg/mL；