[发明专利]用于双极板的组合物和制造所述组合物的方法

说明书

本发明涉及用于双极板的新的组合物和制造所述组合物的方法。更特别地，本发明涉及制造组合物的方法，其包括以下步骤：将处于熔融状态的热塑性聚合物与第一传导填装料混合以获得传导热塑性聚合物；研磨所述传导热塑性聚合物以将其缩小成粉末；将传导热塑性聚合物粉末与第二传导填装料混合。

技术领域

本发明涉及用于双极板的新型组合物和制造所述组合物的方法。

背景技术

双极板用于燃料电池和氧化还原液流电池中。它们可由多种材料制成：金属双极板、石墨板和碳-聚合物复合板。

基于有机复合材料的双极板的原理是基于使用分散在热塑性或热固性聚合物中的传导(conductive，导电)填料(碳、石墨等)。填料为双极板提供了收集电流所需的导电性，并且聚合物基体为双极板提供了组装各种元件所需的适当机械强度。

碳-聚合物复合双极板具有有利的性质：高导电性，良好的耐腐蚀性，在高温下的良好性能，和良好的机械性质，以及相对较低的制造成本。在这些复合双极板中，热固性或热塑性聚合物用作选自石墨、碳纤维、炭黑或碳纳米管的基于碳的填料的基体。尽管复合双极板的电性能主要取决于基于碳的填料，但构成聚合物基体的材料也对复合材料的电性能产生影响。

作为复合双极板的可能的基体而研究的热固性树脂主要是环氧型树脂、酚醛树脂和乙烯基酯或聚酯型的树脂。它们具有许多优点，例如：低粘度，这使得可将它们用高含量的传导填料装载；耐腐蚀性；尺寸和热稳定性。然而，这些多孔基体是易碎的。为了改进它们的断裂机械性质，已经制备了基于并入热塑性聚合物结节(nodules)的热固性聚合物的基体；然而，两种类型的聚合物之间的粘附性仍然不足以改进聚合物基体性质。

还已经制造了具有基于热塑性聚合物的基体的双极板，如例如在Planesa E.等在Energy Procedia 20(2012)311–323中出版的出版物“Polymer composites bipolarplates for PEMFCs”中所报道的。在本上下文中列出的热塑性聚合物是聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚(苯硫醚)。使用各种热固性聚合物和聚丙烯进行的各种测试的结果使得可表征如此制造的双极板的机械和导电性质。结果，板的最终性质取决于制造聚合物基体的方法以及制造双极板的方法。

FR 3021811描述了一种由包含至少一种层状石墨和至少一种热塑性聚合物的组合物制造复合双极板的方法，所述方法包括以下步骤：对组合物进行干筛，将筛分的组合物干混，将混合的组合物沉积在模具中，以及对混合的组合物进行热压模塑。

EP 1466372和EP 1207535描述了由石墨颗粒和含氟聚合物颗粒组成的微复合材料粉末，可将其挤出或注入到用于制造双极板的压机中。

US 2005/0042496描述了一种制造基于传导复合材料(例如双极板)的成型制品的方法，其中将选自热塑性塑料和弹性体的塑料材料与石墨熔融混合，然后使熔融的物料经历模塑工艺以生产传导成型制品。然而，当在该方法中使用PVDF时，熔融组分的混合物是粘性的，因此难以实施。

需要提供一种用于制造双极板的组合物，其具有良好的导热性和导电性性质以及令人满意的机械性质，并且其可容易地实施。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及组合物的制造，其包括以下步骤：

-将熔融的热塑性聚合物与第一传导填料混合以获得传导热塑性聚合物；

-研磨所述传导热塑性聚合物以将其缩小成粉末；

-将传导热塑性聚合物粉末与第二传导填料混合。

根据一个实施方案，第二传导填料是石墨。

根据一个实施方案，第一传导填料选自：导电聚合物、炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨、碳纤维以及其混合物，第一传导填料优选为炭黑。