[发明专利]一种石墨基复合材料双极板的制备方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种石墨基复合材料双极板的制备方法。本发明燃料电池石墨复合材料双极板通过热固性树脂与复合石墨粉末的混合材料模压成型（BMC）的方法制备而成，其中复合石墨粉末主要构成介质为石墨和碳纳米管，石墨的粒径为25‑400网目，其中碳纳米管经过Fenton试剂法进行表面处理后作为复合石墨粉末材料的增强体，通过空气氧化法钝化碳纳米管，使其表面光洁，并无互相缠绕的现象发生，从而提高碳纳米管的纯度，提高复合石墨粉末的性能。本发明的制备方法可显著提升石墨基复合材料双极板的导电性能、机械性能、防腐蚀性能和阻气性能，并且制造成本更低。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种石墨基复合材料双极板的制备方法。

背景技术

石墨具有较好且优异的化学稳定性能，导电性能，最早被应用于制造质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板。双极板的主要类型主要有三种：石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。石墨双极板，石墨较脆且易碎，可通过CNC加工出特定的流场和形状，但加工时间较长，且质量难以保证，无法大规模量产，对设备的要求很高，成本难以控制，是一种用于科研的加工工艺。

石墨双极板是将炭粉、石墨粉与可石墨化的树脂相混合，机压成型后在高温下进行石墨化，之后将石墨板进行浸渍封孔处理，再采用CNC雕刻加工工艺加工而成，工艺复杂、成本高，需要专用的CNC设备在特殊环境下加工，通常流道只有0.1～0.5mm的宽度和深度，使得加工时间较长，由于石墨材料较脆，加工中容易崩碎石墨，所以成品合格率低，石墨材料在CNC中加工时容易产生微小的石墨颗粒，对机器零部件的寿命有一定的影响。在特定环境下加工石墨双极板原料，石墨在CNC中加工时需要轻刀快走，需要保持高的主轴转速(＞10000r/min)以及较快的刀具进给速度(＞4000mm/min)。在CNC加工中容易产生灰尘，这些灰尘可能会进入机床的导轨丝杠及主轴等机床精密零部件，因而要求加工设备需要有处理石墨灰尘的装置。

金属双极板则由于质量偏重且质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部的电解质溶液呈酸性，金属的耐腐蚀能力较差易使催化剂发生中毒，这样会导致催化剂产生不可逆转的损伤，从而导致燃料电池的性能和寿命显著下降。

复合材料双极板又分为金属基复合双极板和石墨基复合双极板。金属基双极板主要是对金属双极板的表面进行表面处理和改性，从而降低双极板的接触电阻并提高其耐腐蚀能力。但金属双极板表面处理工艺较为复杂且成本较高，依旧无法进行大规模量产。

石墨基双极板多采用机加工成型石墨基双极板，其成型办法通常是将炭粉或石墨粉与可石墨化的树脂相混合，机压成型后在高温下进行石墨化，之后，将石墨板进行浸渍封孔处理，再采用数控机床在其表面加工所需的气体液体流道，但其机加工过程会造成石墨基双极板成本过高的问题，机加工过程的加工成本占据了整个石墨基双极板成本的50％，且良品率不高，无法大批量进行量产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种石墨基复合材料双极板的制备方法。本发明制备的石墨基复合材料双极板采用石墨与热固性树脂、碳纳米管混合的复合材料制备而成，兼具高导电性、高耐腐蚀性、优异的机械性能、良好的尺寸稳定性及高热稳定性。

为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种石墨基复合材料双极板的制备方法，包含以下步骤：

(1)向石墨粉末中加入碳纳米管，混合使二者形成均质的复合石墨粉末，按质量分数计，所述复合石墨粉末中包含10％-15％的碳纳米管；

(2)将热固性树脂与自由基聚合引发剂混合得到混合物A，混合物A与脱模剂混合得到混合物B，混合物B与收缩剂混合得到混合物C，混合物C与增粘剂混合得到混合物D，混合物D溶于溶剂中得到含有热固性树脂的混合物E；

(3)混合搅拌步骤(1)中的复合石墨粉末与步骤(2)中含有热固性树脂的混合物E，使二者形成均质的模压混合物，其中模压混合物中包含50％-95％的复合石墨粉末；