一種燃料電池雙極板及其成型工藝制造技術

一種燃料電池雙極板，按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：40

【技術實現步驟摘要】
一種燃料電池雙極板及其成型工藝


[0001]本專利技術涉及燃料電池
，具體為一種燃料電池雙極板及其成型工藝。

技術介紹

[0002]質子交換膜燃料電池(PEM Fuel Cell)是一種電化學轉化裝置，它可以通過電化學反應將氫氣和氧氣中的化學能轉化為電能。其中雙極板是燃料電池非常重要的一個組件，它占有燃料電池30％的成本、80％的質量和幾乎全部的體積。同時雙極板還在燃料電池中起著分隔氧化劑與還原劑、收集電流、為冷卻液提供流道、電堆的“骨架”等作用。因此，就要求燃料電池雙極板具有高的導電率、良好的抗彎強度、良好的耐腐蝕性能以及良好的氣密性。
[0003]目前比較常見的雙極板有三種：石墨板、金屬板和復合材料雙極板。其中，金屬板具有良好的導電導熱性，氣密性好。但是，金屬雙極板由于金屬自身的特性以及工藝的限制，易出現腐蝕甚至銹穿，導致電池的使用壽命縮短甚至發生災難性的破壞；純石墨板具有良好的導電導熱性、化學穩定性，純石墨板一般采用傳統的機加工方法加工流道，流道就不能太窄(比如不能低于0.7mm)。如果流道過窄，加工刀具在加工過程中的磨損所引起的尺寸誤差將不能容忍。此外，純石墨板的機加工過程耗時也很長，生產效率不高，這些都導致純石墨板雙極板的加工成本偏高，甚至超過材料成本。另一方面，純石墨板性脆，其內部孔隙的存在導致其易漏氣，必須保持一定的厚度以保證其氣密性，這就制約了電堆體積比功率和重量比功率的提升。
[0004]故而目前對于復合材料雙極板的研究越來越多，但現有的復合材料雙極板，比如金屬/石墨復合板、天然石墨/樹脂復合板等，受限于工藝或者材料因素，仍主要在導電率、強度、氣密性這三個方面存在不足，所以尋求雙極板更好的制備工藝與方法，是燃料電池商業化的必經之路。

技術實現思路

[0005]為了解決上述問題，本專利技術的目的是提出一種燃料電池雙極板及其成型工藝，成型工藝完全不同于現有的雙極板制備工藝，且雙極板以石墨粉為核心原料，通過復合多種性能材質，并采用冷壓成型工藝，成型出的雙極板在導電率、強度和氣密性這三方面均得到了顯著的性能提高。
[0006]本專利技術為了解決上述問題所采取的技術方案為：一種燃料電池雙極板，按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：40
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50份石墨粉；35
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45份瀝青焦粉和/或石油焦粉；8
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12份碳化硅；2
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4份石墨烯；5
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10份陶瓷粘接劑；
其中，所述陶瓷粘接劑為硅酸鹽溶液。
[0007]作為優選的，所述石墨粉的平均粒徑小于30微米。
[0008]作為優選的，所述氮化硅的平均粒徑小于15微米。
[0009]作為優選的，所述石墨烯的平均粒徑為6
?
8微米。
[0010]一種燃料電池雙極板的成型工藝，包括以下步驟：S1、將40
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50份石墨粉、35
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45份瀝青焦粉和/或石油焦粉、8
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12份碳化硅、2
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4份石墨烯分別均勻混合，攪拌均勻，得粉料混合物；S2、向S1所得粉料混合物中加入5
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10份陶瓷粘接劑，均勻攪拌混合，得基料；S3、將基料在300t壓力下冷壓成型，得到燃料電池雙極板毛坯；S4、將燃料電池雙極板毛坯在350
?
400℃下焙燒4
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5h，冷卻后即得燃料電池雙極板。
[0011]與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：一方面，本專利技術所述的燃料電池雙極板，以石墨為核心原料，其占比最大，石墨具有天然的高韌性，其能夠為成型后的雙極板提供充分的韌性保障；以瀝青焦粉或/和石油焦粉為次要原料，不論是瀝青焦粉還是石油焦粉，其在燒結后具有石墨所不具備的高強度性能，其與石墨粉混合后，能夠為成型后的雙極板提供充分的強度保障，另外，瀝青焦粉或/和石油焦粉與石墨粉混合后，還能夠很大程度上彌補石墨材料氣密性差的不足；在上述兩種原料的基礎上，添加氮化硅微分，氮化硅是十分優異的結構陶瓷材料，其化學性能十分穩定，且硬度大，本身具有潤滑性，并具有優異的抗腐蝕、抗冷熱沖擊的性能，其與石墨、焦粉混合后，能夠極大的提升成型后的雙極板的抗腐蝕性能與抗溫變性能；另外，石墨粉具有優異的導電性能，但瀝青焦粉或/和石油焦粉以及氮化硅的加入，會在一定程度上降低成型后雙極板的導電性能，而為了彌補上述先天條件的不足，加入了導電性能更佳的石墨烯，且石墨烯自身的物理性能優異，其不僅導電性能好，自身還具有極高的強度與韌性，作為復合雙極板的原料之一，能夠為成型后的雙極板提供優異的導電性保障。
具體實施方式
[0012]下面將結合本專利技術實施例，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造 性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0013]針對現有的石墨雙極板質量較重、具有較大的脆性、以及加工成本昂貴 (石墨雙極板加工費為雙極板費用的80％以上)、加工工藝復雜等缺陷，本專利技術對石墨雙極板進行材料上的優化，以及工藝上的改進，制備得到的雙極板具有良好的柔韌性和優異的力學性能及電學性能，可以滿足燃料電池雙極板的要求。
[0014]具體的，實施例1，本專利技術實施例提供一種燃料電池雙極板，按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：40份石墨粉；
35份瀝青焦粉和/或石油焦粉；8份碳化硅；2份石墨烯；5份陶瓷粘接劑；其中，所述陶瓷粘接劑為硅酸鹽溶液。
[0015]作為優選的，所述石墨粉的平均粒徑為25微米。
[0016]作為優選的，所述氮化硅的平均粒徑10微米。
[0017]作為優選的，所述石墨烯的平均粒徑為6微米。
[0018]一種燃料電池雙極板的成型工藝，包括以下步驟：S1、將40份石墨粉、3份瀝青焦粉和/或石油焦粉、8份碳化硅、2份石墨烯分別均勻混合，攪拌均勻，得粉料混合物；S2、向S1所得粉料混合物中加入5份陶瓷粘接劑，均勻攪拌混合，得基料；S3、將基料在300t壓力下冷壓成型，得到燃料電池雙極板毛坯；S4、將燃料電池雙極板毛坯在350℃下焙燒5h，冷卻后即得燃料電池雙極板。
[0019]實施例2，本專利技術實施例提供一種燃料電池雙極板，按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：50份石墨粉；45份瀝青焦粉和/或石油焦粉；12份碳化硅；4份石墨烯；10份陶瓷粘接劑；其中，所述陶瓷粘接劑為硅酸鹽溶液。
[0020]作為優選的，所述石墨粉的平均粒徑20微米。
[0021]作為優選的，所述氮化硅的平均粒徑8微米。
[0022]作為優選的，所述石墨烯的平均粒徑為8微米。
[0023]一種燃料電池雙極板的成型工藝，包括以下步驟：S1、將50份石墨粉、45份瀝青焦粉和/或石油焦粉、12份碳化硅、4份石墨烯分別均勻混合，攪拌均勻，得粉料本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種燃料電池雙極板，其特征在于：按照重量份數，所述燃料電池雙極板的原料包括：40
?
50份石墨粉；35
?
45份瀝青焦粉和/或石油焦粉；8
?
12份碳化硅；2
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4份石墨烯；5
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10份陶瓷粘接劑；其中，所述陶瓷粘接劑為硅酸鹽溶液。2.如權利要求1所述的一種燃料電池雙極板，其特征在于：所述石墨粉的平均粒徑小于30微米。3.如權利要求1所述的一種燃料電池雙極板，其特征在于：所述氮化硅的平均粒徑小于15微米。4.如權利要求1所述的一種燃料電池雙極板，其特征在于：所述石墨烯的平均粒徑為6
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【專利技術屬性】
技術研發人員：趙冬冬，紀紅偉，
申請(專利權)人：趙冬冬，
類型：發明
國別省市：