【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電解水制氫復合雙極板，具體涉及一種電解水制氫用復合雙極板及其制備方法與應用。
技術介紹
1、氫能是一種可再生能源，具有熱值高、無污染、可再生等一系列優點，利用可再生能源發電，進而耦合電解水制綠氫，可以在源頭上避免含碳能源的使用，實現“綠氫”高效制備。目前根據電解質的不同，電解水制氫主要分為4大類：堿液(alk)電解水制氫、陰離子交換膜(aem)電解水制氫、質子交換膜(pem)電解水制氫、固體氧化物電解水制氫(soec)。alk電解水制氫是目前商業化程度最高的電解水技術，但是存在電流密度低、能耗高，動態響應慢等缺點，而且電解液koh腐蝕性高，污染環境，需要定期更換。soec具有較高的電解效率，而且產生的余熱具有較高的回收價值，但是soec關鍵零部件耐久性差，難以適應動態啟停。
2、aem和pem兩種離子交換膜電解水制氫具有工作電流高、可快速啟停、與光伏等可再生能源耦合好等優點，被認為是極具發展前景的水電解制氫技術。目前，離子交換膜電解水制氫技術已在加氫站現場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣。但是較高的材料成本，限制了電解水制氫的進一步發展。目前離子交換膜電解水制氫的雙極板大多采用鈦雙極板兩側表面鍍鉑的技術路線，鉑層厚度在100nm以上，貴金屬用量較高，導致雙極板的成本占據電解槽系統的34%左右。同時，陰極側電位較低、氧化性較弱。
3、專利cn116855990a公開了一種tino2n-1涂層的制備方法及pem電解制氫極板，該方法是通過將一定量的tio2分散到異
4、此外，現有技術中還公開了復合石墨雙極板，但是石墨板的制備過程中采用具有惡臭氣味的苯乙烯等單體制備的熱固性樹脂，該單體揮發性強，對人體和環境的損害大，同時該樹脂粘度過高，且制備的石墨板強度和耐腐蝕性相對較差，高溫環境穩定性差。
5、綜上所述，研究開發一種兼具低成本、高穩定性的電解水制氫用雙極板具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術針對現有技術中的不足，提供一種電解水制氫用復合雙極板及其制備方法與應用，采用復合石墨板作為陰極板，替代原有的雙極板陰極側的鉑涂層，大幅降低成本，且穩定性好，制備設備和方法簡單。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術一方面提供了一種電解水制氫用復合雙極板，包括陽極板和陰極板；
3、所述陽極板為鈦陽極板，所述鈦陽極板的一側設置鉑涂層，另一側與所述陰極板結合；
4、所述陰極板包括如下質量份的組分：熱固性改性乙烯基樹脂18-30份、導電填料55-80份、功能型助劑2-8份、纖維增強材料2-8份；
5、其中，所述熱固性改性乙烯基樹脂由不飽和丙烯酸酯、不飽和丁烯酸酯、不飽和異氰酸酯中的一種或幾種單體與環氧樹脂反應形成；
6、所述熱固性改性乙烯基樹脂在25℃的粘度為400-600mpa·s，密度為1.03-1.08g/cm3，固含量為62-68%。
7、本專利技術采用復合石墨板作為陰極板，替代原有的雙極板陰極側的鉑涂層，大幅降低成本，且穩定性好、制備方法簡單。其中，復合石墨板采用熱固性改性乙烯基樹脂，由低揮發性的不飽和丙烯酸酯、不飽和丁烯酸酯、不飽和異氰酸酯中的一種或幾種單體與環氧樹脂反應形成，避免了采用具有惡臭氣味的苯乙烯等揮發性單體；同時，該熱固性改性乙烯基樹脂25℃的粘度為400-600mpa·s，密度為1.03-1.08g/cm3，較低的粘度及與水相似的密度有助于樹脂與其他組分的浸潤，界面結合力更大，62-68%較高的固含量有助于提升聚合后樹脂的分子量，進而提高強度。
8、進一步的，所述不飽和丙烯酸酯為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一種或幾種；不飽和丁烯酸酯為3-丁烯酸甲酯、3-丁烯酸乙酯、丁烯酸仲丁酯中的一種或幾種；不飽和異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種。
9、進一步的，所述熱固型改性乙烯基樹脂在120-140℃的固化時間為20-40s，且固化后的樹脂分子量為10萬-40萬、玻璃轉化溫度為140-160℃。固化速率快，提高生產效率，同時固化后的樹脂玻璃化溫度較高，在溫度較高的使用環境下依然保持較高的尺寸穩定性。
10、進一步的，所述陽極板的厚度為0.2-0.5mm；
11、和/或，所述陰極板的厚度為0.2-1.2mm；
12、和/或，所述陽極板和陰極板上均具有直流道或蛇形流道。
13、進一步的，所述導電填料為鱗片石墨、球形石墨、微晶石墨、膨脹石墨、炭黑中的一種或多種，所述導電填料的碳含量≥99.995%。
14、進一步的，所述功能型助劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、納米炭黑、納米銀粉、高嶺土中的兩種及以上的組合。功能型助劑可提高產品的可加工性（流動性，剪切粘度等），并改善制品的性能（電導率，接觸電阻，良品率等）。
15、進一步的，纖維增強材料為短切碳纖維、玻璃纖維、聚醚醚酮纖維、聚苯硫醚纖維、聚砜纖維、碳納米管中的一種或多種；
16、其中，纖維的長度為0.5-4mm，直徑為5-20μm，且通過濕法氧化和/或電芬頓氧化對纖維表面進行氧化處理。
17、本專利技術第二方面提供一種第一方面所述的電解水制氫用復合雙極板的制備方法，包括如下步驟：
18、s1、將導電填料、功能型助劑、纖維增強材料裝入攪拌桶，攪拌預分散后加入熱固性改性乙烯基樹脂，通過攪拌槳和捏合槳攪拌捏合20-120min后得到復合石墨料；
19、其中，所述攪拌漿為上下兩面鋸齒型結構，且鋸齒之間的間隙為1-3mm，鋸齒的前角為45-60°；所述捏合漿的形狀為雙麻花狀，槳葉之間的間隙為2-4mm，槳葉與攪拌桶的桶壁之間的間隙為0.5-3mm；優選的，攪拌槳和捏合槳的運動軌跡均采用數模分析，兩者分別為獨立電機運行控制，互相不接觸，可保證在物料筒中的運動軌跡無死角，攪拌均勻；
20、s2、將所述復合石墨料模壓至鈦陽極板無涂層側，于120-140℃固化20-50s，形成鉑涂層、鈦陽極板和復合陰極板順序疊層設置的復合雙極板；
21、s3、將所述復合雙極板進行等離子體處理或激光燒結處理，得到所述電解水制氫用復合雙極板。
22、進一步的，所述攪拌槳和捏合槳表面熱噴涂氧化鋯或特氟龍涂層，且涂層厚度為20-200μm，粗糙度≤0.05μm。
23、進一步的，s2前，將所述陽極板無涂層側進行表面粗糙化和電暈處理，去除潛在的氧化物薄膜，并提高與石墨等材料的結合力；
24、其本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，包括陽極板和陰極板；
2.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述熱固型改性乙烯基樹脂在120-140℃的固化時間為20-40s，且固化后的樹脂分子量為10萬-40萬、玻璃轉化溫度為140-160℃。
3.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述陽極板的厚度為0.2-0.5mm；
4.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述導電填料為鱗片石墨、球形石墨、微晶石墨、膨脹石墨、炭黑中的一種或多種，所述導電填料的碳含量≥99.995%。
5.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述功能型助劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、納米炭黑、納米銀粉、高嶺土中的兩種及以上的組合。
6.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，纖維增強材料為短切碳纖維、玻璃纖維、聚醚醚酮纖維、聚苯硫醚纖維、聚砜纖維、碳納米管中的一種或多種；
7.如權利要求1-6任一項所述的電解水制氫用復合雙極板的制備方法，其特征在于，包括如下
8.如權利要求7所述的電解水制氫用復合雙極板的制備方法，其特征在于，所述攪拌槳和捏合槳表面熱噴涂氧化鋯或特氟龍涂層，且涂層厚度為20-200μm，粗糙度≤0.05μm。
9.如權利要求7所述的電解水制氫用復合雙極板的制備方法，其特征在于，S2前，將所述陽極板無涂層側進行表面粗糙化和電暈處理；
10.一種權利要求1-6任一項所述的復合雙極板在電解水制氫中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，包括陽極板和陰極板；
2.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述熱固型改性乙烯基樹脂在120-140℃的固化時間為20-40s，且固化后的樹脂分子量為10萬-40萬、玻璃轉化溫度為140-160℃。
3.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述陽極板的厚度為0.2-0.5mm；
4.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述導電填料為鱗片石墨、球形石墨、微晶石墨、膨脹石墨、炭黑中的一種或多種，所述導電填料的碳含量≥99.995%。
5.如權利要求1所述的電解水制氫用復合雙極板，其特征在于，所述功能型助劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、納米炭黑、納米銀粉、高嶺...
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