午夜毛片免费看,老师老少妇黄色网站,久久本道综合久久伊人,伊人黄片子

一種柔性石墨雙極板及其制備方法

文檔序號:6804854閱讀:1151來源:國知局
專利名稱:一種柔性石墨雙極板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種純?nèi)嵝允剂想姵仉p極板及其制備方法。屬于燃料電池雙極板材料與制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)的雙極板(Bipolar Plates),也稱集流板,起著分隔氧化劑與還原劑的作用,并將反應(yīng)物通過板面的流場均勻分配到電極各處,與電極催化劑層進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。
因此,為了有效的分隔氧化劑與還原劑,雙極板要求具有很好的阻氣功能;雙極板具有集流作用,要求雙極板必須是電的良導(dǎo)體;確保電池在工作時溫度分布均勻并使電池的廢熱順利排除,雙極板必須是熱的良導(dǎo)體;而且雙極板必須具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力,因為燃料電池電解質(zhì)為酸性條件;同時,雙極板兩側(cè)應(yīng)加工或置有使反應(yīng)氣體均勻分布的通道(即所謂的流場),以確保反應(yīng)氣在整個電極各處的均勻分布,因此雙極板應(yīng)具有良好的加工性能和機(jī)械性能;為了提高電池的體積功率和質(zhì)量功率,雙極板還應(yīng)具有密度小、質(zhì)量輕、體積小的優(yōu)點。這樣,作為質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池雙極板的基本要求為耐腐蝕,導(dǎo)電性能好,透氣率低,重量輕。
目前雙極板主要采用的材料有金屬材料、不透性石墨(人造石墨)、炭—炭復(fù)合材料。
采用人造石墨制造的雙極板導(dǎo)電及耐腐蝕性均好。缺點是人造石墨的制作程序復(fù)雜而嚴(yán)格,耗工費時。而且,由于人造石墨質(zhì)脆,因此要求雙極板的厚度較大,一般為3mm左右,不利于電池體積比功率的提高,同時使得流場加工困難,成本極高,不利于批量商業(yè)化生產(chǎn)。目前人造石墨多使用于燃料電池性能測試和燃料電池研究。
金屬材料制造的雙極板,厚度小(一般可達(dá)到0.1~0.5mm),有利于體積比功率的提高;可采用沖壓沖剪等機(jī)械化生產(chǎn)方法加工孔道與流場,加工成本低、方法簡單,適于商業(yè)化大批量生產(chǎn)。但是,金屬材料雙極板經(jīng)過長期使用易受腐蝕,腐蝕后產(chǎn)生氧化膜,造成導(dǎo)電率降低,因此必須解決金屬板的腐蝕問題。目前,多采用的是金屬表面改性。通過改性,不但可防止輕微腐蝕的產(chǎn)生,而且可以使接觸電阻保持恒定,不隨時間而增大。如專利US6,426,161介紹了利用鎂、鋁制造燃料電池雙極板,并且提出了利用電鍍、電化學(xué)沉積或其它方法在金屬表面合成薄膜,如金屬—聚四氟乙烯;專利US5,776,624介紹了利用黃銅制備質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板,并且提出雙極板由幾層構(gòu)成,表面為一種合金,含有鎳、鉻、鈦;專利WO2001/28020-A1提出在金屬表面鍍(PVD)TixAlyN耐蝕導(dǎo)電涂層,并用非晶石墨封孔制備燃料電池雙極板。還有利用柔性石墨紙與不銹鋼板一起模壓制造金屬材料雙極板??傊?,其主要目的是增強(qiáng)金屬板的耐腐蝕性,但是這些保護(hù)膜會影響金屬的導(dǎo)電性并且使雙極板的成本大大提高。因此,金屬材料制造質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池雙極板還需要深入的研究。
近年來,國內(nèi)外還開發(fā)了一系列炭類雙極板材料,如專利US6,248,467-B1提出模壓乙烯基樹脂+石墨粉末制造PEMFC雙極板;專利CN1282349提出了用10~30wt%低粘度熱固性樹脂和70~90wt%導(dǎo)電骨料模壓制造復(fù)合材料雙極板;專利EP1192032-A1提出用膨脹石墨和熱塑性樹脂制備燃料電池雙極板;還有專利提出用樹脂浸漬改善硬石墨材料,使流場容易加工,并且采用模壓、注塑等快速成型方法,或者用石墨填充聚合物的方法等等。這些雙極板多采用炭與樹脂作基體材料,利用注塑、熱壓成型的方法,可以大大降低雙極板的制造成本,但是其導(dǎo)電性能、雙極板厚度、重量方面都不是很理想。
柔性石墨具有雙極板所需的耐腐蝕,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好,密度低等基本優(yōu)點,因此有專利提出柔性石墨與樹脂或金屬板復(fù)合,但是一方面成本較高,另一方面仍會出現(xiàn)導(dǎo)電率不好的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明的目的在于提出一種耐腐蝕,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好、且制備工藝簡單、成本低的柔性石墨雙極板及其制備方法。
本發(fā)明提出的一種柔性石墨雙極板,其特征在于它主要含有膨脹石墨蠕蟲和添加劑,所述石墨蠕蟲中含碳量不小于99wt%。
在上述柔性石墨雙極板中,所述膨脹石墨蠕蟲用電化學(xué)法插層鱗片制備,也可用已有方法制備膨脹石墨,并且在900~1000℃下膨化制備膨脹石墨蠕蟲。
本發(fā)明提出的一種柔性石墨雙極板的制備方法,其特征在于所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)將石墨蠕蟲填入模具中,在30~100MPa壓力下直接成型,一步形成流場及進(jìn)、出氣、水孔;(2)濃度為5~20wt%的硼酸溶液、膠類聚合物中的一種或兩種浸漬雙極板,并在100~200℃進(jìn)行熱處理1~2小時。
在上述制備方法中,步驟(1)可采用分步成型方法,即先將石墨蠕蟲填入模具中,在10~20MPa壓力下成型柔性石墨平板,然后放入上下模芯及烘干后的平板,在30~100MPa壓力下成型雙極板,直接形成流場及進(jìn)、出氣、水孔。
在上述制備方法中,步驟(2)所述膠類聚合物為502膠、聚醋酸乙酯、導(dǎo)電膠中的任何一種。
利用本發(fā)明的方法制備的燃料電池雙極板密度為1.5~1.8g/cm3,厚度為1.0~3.0mm。直接成型的純石墨蠕蟲雙極板抗拉強(qiáng)度為6~15MPa,經(jīng)過浸漬處理的雙極板強(qiáng)度為8~20MPa。浸漬后的雙極板具有耐腐蝕,與電極、電解質(zhì)不發(fā)生作用、重量輕、厚度小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好,防透氣性能好,且制備工藝簡單、成本低等優(yōu)點。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明實施例11)將膨脹石墨蠕蟲填入模具中,放入上、下模芯,在40±10MPa壓力下直接成型雙極板;2)浸漬聚醋酸乙酯,150℃熱處理2小時;3)所得雙極板厚度為1.0~3.0mm,密度為1.2~1.5g/cm3,導(dǎo)電率為1.0×104S/m~1.0×105S/m,導(dǎo)熱率大于90W/m·k。
實施例21)將膨脹石墨蠕蟲填入模具中,在10~20MPa壓力下成型柔性石墨平板;2)放入上下模芯及平板,在80±10MPa壓力下,成型雙極板;3)表面涂502膠,100℃熱處理1小時;4)所得雙極板厚度為1.0~3.0mm,密度為1.5~1.7g/cm3,導(dǎo)電率為1.0×104S/m~1.0×105S/m,導(dǎo)熱率大于100W/m·k。
實施例31)利用120℃、10wt%硼酸溶液浸漬電化學(xué)插層得到的可膨脹石墨半小時;2)在900~1000℃下膨化制備膨脹石墨蠕蟲;3)將膨脹石墨蠕蟲填入模具中,在15MPa壓力下成型柔性石墨平板;4)浸漬聚醋酸乙酯,200℃熱處理2小時;5)放入上下模芯及平板,在50±10MPa壓力下,成型雙極板;6)所得雙極板厚度為1.0~3.0mm,密度為1.2~1.6g/cm3,導(dǎo)電率大于1.0×104S/m,導(dǎo)熱率大于80W/m·k。
實施例41)將膨脹石墨蠕蟲填入模具中,在10~20MPa壓力下成型柔性石墨平板;2)取出平板,并將平板放入120℃,10wt%硼酸溶液中浸漬半小時;3)放入上下模芯及平板,在60±10MPa壓力下成型雙極板;4)浸漬聚醋酸乙酯,120℃熱處理2小時;5)所得雙極板厚度為1.0~3.0mm,密度為1.3~1.6g/cm3,導(dǎo)電率大于1.0×104S/m,導(dǎo)熱率大于80W/m·k。
實施例51)將膨脹石墨蠕蟲填入模具中,在10~20MPa壓力下成型柔性石墨平板;2)放入上下模芯,在70±10MPa壓力下成型雙極板;3)浸漬導(dǎo)電膠,180℃熱處理2小時;4)所得雙極板厚度為1.0~3.0mm,密度為1.5~1.7g/cm3,導(dǎo)電率大于1.0×104S/m,導(dǎo)熱率大于80W/m·k。
權(quán)利要求
1.一種柔性石墨雙極板,其特征在于它主要含有膨脹石墨蠕蟲,所述石墨蠕蟲中含碳量不小于99wt%。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種柔性石墨雙極板,其特征在于所述膨脹石墨蠕蟲用電化學(xué)法插層鱗片制備,也可用已有方法制備膨脹石墨,并且在900~1000℃下膨化制備膨脹石墨蠕蟲。
3.一種柔性石墨雙極板的制備方法,其特征在于所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)將石墨蠕蟲填入模具中,在30~100MPa壓力下直接成型,一步形成流場及進(jìn)、出氣、水孔;(2)用濃度為5~20wt%的硼酸溶液、膠類聚合物中的一種或兩種浸漬雙極板,并在100~200℃進(jìn)行熱處理1~2小時。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種柔性石墨雙極板的制備方法,其特征在于步驟(1)可采用分步成型方法,即先將石墨蠕蟲填入模具中,在10~20MPa壓力下成型柔性石墨平板,然后放入上下模芯及烘干后的平板,在30~100MPa壓力下成型雙極板,直接形成流場及進(jìn)、出氣、水孔。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種柔性石墨雙極板的制備方法,其特征在于步驟(2)所述膠類聚合物為502膠、聚醋酸乙酯、導(dǎo)電膠中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純?nèi)嵝允剂想姵仉p極板及其制備方法,屬于燃料電池雙極板材料技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于整個雙極板是由石墨蠕蟲組成,并且利用浸漬和直接添加的方法在蠕蟲中混和少量添加劑,或者利用直接涂抹的方法在雙極板表面形成薄膜。具體制備方法是將石墨蠕蟲填加入模具中,采用模壓或輥壓的方法直接成型或分步成型雙極板,成型壓力為30~100MPa。本發(fā)明制備的燃料電池雙極板密度為1.2~1.7g/cm
文檔編號H01M4/96GK1560947SQ20041000846
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者鄭永平, 武濤, 沈萬慈, 康飛宇 申請人:清華大學(xué)
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1