CN101573820A - 亲水性无机聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板 - Google Patents

亲水性无机聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板 Download PDF

Info

Publication number
CN101573820A
CN101573820A CNA2006800566785A CN200680056678A CN101573820A CN 101573820 A CN101573820 A CN 101573820A CN A2006800566785 A CNA2006800566785 A CN A2006800566785A CN 200680056678 A CN200680056678 A CN 200680056678A CN 101573820 A CN101573820 A CN 101573820A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrophilic inorganic
carbon black
particle
hydroph
lic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2006800566785A
Other languages
English (en)
Inventor
金成俊
洪彰敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cheil Industries Inc
Original Assignee
Cheil Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cheil Industries Inc filed Critical Cheil Industries Inc
Publication of CN101573820A publication Critical patent/CN101573820A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/0081—Composite particulate pigments or fillers, i.e. containing at least two solid phases, except those consisting of coated particles of one compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/0081—Composite particulate pigments or fillers, i.e. containing at least two solid phases, except those consisting of coated particles of one compound
    • C09C1/0084—Composite particulate pigments or fillers, i.e. containing at least two solid phases, except those consisting of coated particles of one compound containing titanium dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/28—Compounds of silicon
    • C09C1/30—Silicic acid
    • C09C1/3045—Treatment with inorganic compounds
    • C09C1/3054—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/36—Compounds of titanium
    • C09C1/3607—Titanium dioxide
    • C09C1/3653—Treatment with inorganic compounds
    • C09C1/3661—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/40—Compounds of aluminium
    • C09C1/407—Aluminium oxides or hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/50—Agglomerated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

本文披露了一种亲水性无机聚集体、一种制备其的方法、以及分别包含其的亲水性组合材料和燃料电池双极板。该亲水性无机聚集体包含杂交颗粒，其中碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒的表面上。

Description

亲水性无机聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板
技术领域
本发明涉及一种亲水性无机聚集体、包含其的亲水性组合材料、包含其的燃料电池双极板、及制备其的方法。更具体地，本发明涉及一种亲水性无机聚集体及制备该亲水性无机聚集体的方法，其适用于制造具有改良导电性与亲水性的燃料电池双极板。此外，本发明涉及分别包含该亲水性无机聚集体的亲水性组合材料及燃料电池双极板。
背景技术
燃料电池为一种发电系统，其经由烃物质(例如甲醇或天然气)中所含氢(H2)与空气中氧(O2)之间的电化学反应，而将化学能直接转换成电能。燃料电池为一种高效清洁能量转换器，其在无任何燃烧下，利用由燃料气与氧化气(oxidizing gas)之间的电化学反应所产生的电，以及作为其副产物的热。燃料电池由于其高效率能量转换及环境友好(即，远离污染)的优势，已吸引相当多注意以作为下一代能源。
这样的燃料电池，例如高分子电解质膜燃料电池(PEMFC)可包括由高分子(聚合物)电解质膜(也称为“质子交换膜”)组成的膜电极组件，及布置在高分子电解质膜相对侧的各个负极与正极气体扩散层，作为电极。而且，燃料电池可包括分别沉积在膜电极组件相对侧上(即正极与负极)的燃料电池负极与正极双极板。
燃料电池的主要操作机制将在以下说明。
包括氢(H2)的燃料气由在负极双极板中的气流通道供应。作为燃料气的氢(H2)在正极失去电子且变成氢离子。氢离子移动穿过高分子电解质膜至正极。从氢释放的电子也经由外部电路被传入负极。同时，包括氧(O2)的氧化气由在负极双极板中的气流通道供应。氧化气由电子还原以变成氧离子(O2-)。氧离子与被传入负极的氢离子(H+)在经由高分子电解质膜反应以产生水(H2O)。该水与剩余的氧化气一起，经由在负极双极板中的气流通道排放。在重复的电化学反应过程中，电子流过外部电路，由此产生电。
在燃料电池中，为导电板之一的双极板传输燃料气、氧化气、以及由电化学反应所产生的电子和水。另外，双极板支持全部的燃料电池堆。已知双极板必须具有理想水平的导电性及弯曲强度。
为了确保在正极产生的氢离子有利地移动，氢离子的湿度必须连续不断地调整至理想水平。另外，高分子电解质膜的湿度必须维持理想水平。为了维持湿度，双极板的亲水化可有利地影响氢的离子导电性。高分子电解质膜具有对热易损性的缺点。因此，燃料电池在相对高温下操作的情况下，除了其高分子电解质膜外，燃料电池的双极板优选进行亲水化以针对高温保护高分子电解质膜。
在电极化的燃料气转移穿过双极板中的气流通道的情况下，燃料气、极性水、及来源于由双极板所组成的聚合物的剩余离聚物(离子交联聚合物，ionomer)聚集在一起，由此提高流动通道的流体流动阻力，即水锤(water slug)。水锤引起沉淀物形成，由此使流动通道阻塞。然而，双极板的亲水化引起水薄膜在流动通道表面上形成，由此阻止水锤发生。在亲水化双极板中，从正极导入的氢离子中的湿气在负极上形成水滴，由此抑制妨碍氧化气流的水滴效应，并使水由于水膜形成能够而通过负极双极板中的气流通道有利地排放。
基于上述优势，有关于双极板的亲水化已有重复的尝试与研究。其中，已建议将亲水性无机材料简单添加至双极板。在这种情况下，添加无机材料造成双极板导电性的恶化。而且，已建议在双极板中使用以亲水性有机材料(例如磺酸)表面改性的碳黑。然而，这种双极板难以在连续不断发生的一系列氧化与还原的燃料电池内部中确保亲水性无机材料的化学稳定性。随着时间流逝，亲水性无机材料经历与碳黑分离或化学变异，由此造成双极板亲水性或导电性的恶化。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种亲水性无机聚集体，其包含：杂交颗粒，该杂交颗粒具有其中碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒表面上的结构。
在亲水性无机聚集体中，亲水性无机材料可选自由二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、及其混合物所组成的组。
碳黑颗粒的直径可以为亲水性无机颗粒直径的1/500至1/10。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造亲水性无机聚集体的方法，该方法包括通过在亲水性无机颗粒的表面上对碳黑颗粒施加物理力而形成杂交颗粒，以使碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒的表面上。
在制造亲水性无机聚集体中，杂交颗粒的形成可通过亲水性无机颗粒与碳黑颗粒之间的颗粒杂交作用进行。
根据本发明的另一个方面，提供一种亲水性组合材料，其包含：由热塑性或热固性树脂组成的树脂粘结剂、导电性填料、以及根据本发明第一个方面的亲水性无机聚集体。
亲水性组合材料可由1至45重量％的树脂粘结剂、50至98重量％的导电性填料、及0.5至45重量％的亲水性无机聚集体所组成。
在亲水性组合材料中，热塑性树脂可选自由聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、及它们的混合物所组成的组，而热固性树脂可选自环氧树脂和酚树脂(酚醛树脂，phenol resin)。
导电性填料可为选自由碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、及它们的混合物所组成的组中的一种含碳材料。
根据本发明的另一个方面，提供一种燃料电池双极板，其由根据本发明另一个方面的亲水性组合材料所制造。
根据本发明的又一个方面，提供一种燃料电池双极板，其包含：由热塑性或热固性树脂组成的树脂基体(树脂基质，resin matrix)、分散于树脂基体中的导电性填料、以及分散于树脂基体中的根据本发明一个方面的亲水性无机聚集体。
下列详细说明中包括本发明其它方面及示例性具体实施方式的细节。
附图说明
从下列连同附图的详细说明将更清楚了解上文与本发明其它方面、特征、及其它优势，其中：
图1是举例说明本发明具体实施方式的亲水性无机聚集体中所包含的杂交颗粒的结构示意图。
具体实施方式
现在，本发明的示例性具体实施方式将参考附图予以更详细说明，以使本领域技术人员可轻易实施本发明。这些具体实施方式仅提供用于说明本发明，并不应解释为限制如在所附权利要求中限定的本发明的范围和精神。
参考图1，根据本发明一个具体实施方式的亲水性无机聚集体包含杂交颗粒，该杂交颗粒具有碳黑颗粒110嵌入在亲水性无机颗粒100表面上的结构。
举例说明杂交颗粒的结构的图1仅供于举例说明的目的，其中碳黑颗粒110嵌入在亲水性无机颗粒100表面上。换言之，碳黑颗粒110的嵌入方法并无限制。更具体地，根据碳黑颗粒的形状与类型，可借助任何方法使碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒表面上而制得杂交颗粒。例如，碳黑颗粒部分或全部包覆(涂覆)在亲水性无机颗粒的表面上。
亲水性无机聚集体包含杂交颗粒，其中导电性碳黑颗粒110嵌入在亲水性无机颗粒100的表面上。在亲水性无机聚集体用于燃料电池双极板的情况下，亲水性无机聚集体能够改良亲水性，同时未造成导电性的恶化。另外，将碳黑颗粒110嵌入在亲水性无机颗粒100表面上确保两种成分之间的强力结合，并使几乎未受氧化与还原影响的亲水性无机颗粒能够在燃料电池内部维持化学稳定。因此，使用亲水性无机聚集体确保对燃料电池双极板的导电性以及亲水性的稳定改良。
在亲水性无机聚集体中，亲水性无机材料选自由二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、以及它们的混合物所组成的组。可用于亲水性无机聚集体的无机材料并无限制。在无特别限制下可使用任何无机材料，只要其熟知为亲水性且是相当化学稳定的。
因为碳黑颗粒110必须嵌入在亲水性无机颗粒100的表面上，所以碳黑颗粒具有较亲水性无机颗粒100小的直径。优选地，碳黑颗粒110的直径可以为亲水性无机颗粒100直径的1/10或更小。更优选地，碳黑颗粒110的直径可以为亲水性无机颗粒100直径的1/500至1/10。例如，碳黑颗粒具有10nm至100μm的直径。
根据本发明的另一个具体实施方式，提供一种用于制造亲水性无机聚集体的方法，该方法包括形成杂交颗粒的步骤，以使碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒的表面上，其是通过在亲水性无机颗粒的表面上对碳黑颗粒施加物理力。
在制造亲水性无机聚集体中，其中碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒表面上的杂交颗粒是通过亲水性无机颗粒与碳黑颗粒之间的颗粒杂交作用形成的。这样的颗粒杂交作用通过在亲水性无机颗粒的表面上施加物理压紧力或剪切力，将碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒的表面上。颗粒杂交作用的实例包括，但不限于：美国专利号6,892,475所披露的经由气流的颗粒杂交作用，以及美国专利号4,789,105所披露的经由叶片的颗粒杂交作用。这些美国专利中的每一个披露了用于实施颗粒杂交作用的特定方法及装置。这些熟知的颗粒杂交作用可用于本发明另一个具体实施方式的制造亲水性无机聚集体，其包含其中碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒表面上的杂交颗粒。
在无特别限制下可使用任何熟知的颗粒杂交作用，只要其适合在经由施加物理力，将碳黑颗粒嵌入在亲水性无机颗粒的表面上即可。
根据上述方法所制造的亲水性无机聚集体的组成成分与上文说明的相同。
根据本发明另一个具体实施方式，提供一种亲水性组合材料，其包含：由热塑性或热固性树脂组成的树脂粘结剂、导电性填料、以及根据本发明第一个具体实施方式的亲水性无机聚集体。
除了导电性填料外，亲水性组合材料包含亲水性无机聚集体。在亲水性组合材料用于燃料电池双极板的情况下，亲水性组合材料可展现充分的导电性。当应用于制造燃料电池双极板时，在亲水性组合材料中包含亲水性无机聚集体能够改良亲水性，同时没有造成导电性的恶化。另外，亲水性无机颗粒可在连续不断发生一系列氧化与还原的燃料电池中具有化学稳定性。因此，使用亲水性组合材料可实现燃料电池双极板有利改良的导电性与亲水性。
亲水性组合材料由1至45重量％的树脂粘结剂、50至98重量％的导电性填料、以及0.5至45重量％的亲水性无机聚集体所组成。以限定范围内的用量使用亲水性组合材料的各个组成成分，可对燃料电池双极板赋予理想特性，即导电性及亲水性。
在亲水性组合材料中，热塑性树脂选自由聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、以及它们的混合物所组成的组。热固性树脂选自环氧树脂及酚树脂。可用于亲水性组合材料的热塑性或热固性树脂并无限制。在无特别限制下可使用任何热塑性或热固性树脂，只要其熟知为适合作为燃料电池双极板的树脂基体即可。
导电性填料赋予燃料电池双极板理想的导电性，即75至100S/cm。在无特别限制下可使用任何导电性填料，只要其熟知为适合于燃料电池双极板即可。更具体地，导电性填料可为含碳导电性填料或金属性填料。含碳导电性填料选自由碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、及它们的混合物所组成的组。
根据本发明另一个具体实施方式，提供一种由本发明另一个具体实施方式的亲水性组合材料所制造的燃料电池双极板。燃料电池双极板由下列组成：由热塑性或热固性树脂组成的树脂基体、以及分别分散在树脂基体中的导电性填料和根据本发明第一个具体实施方式的亲水性无机聚集体。
由于亲水性无机聚集体的均匀分散，所以燃料电池双极板具有理想的亲水性，同时不经历导电性的恶化。燃料电池双极板的亲水性由在亲水性无机聚集体周围形成的细微孔隙所造成。另外，亲水性无机聚集体的化学稳定性能够维持燃料电池双极板的亲水性及导电性。因此，燃料电池双极板展现改良的亲水性及导电性。这些特性可被稳定地维持。
燃料电池双极板可根据用于制造树脂基双极板的传统方法获得。更具体地，燃料电池双极板可通过加热亲水性组合材料而使树脂粘合剂固化予以制造。在制造燃料电池双极板中，可使用热压机等。
可包含在燃料电池双极板中的热塑性树脂、热固性树脂、以及导电性填料的完整细节与上文说明的相同。
根据下列实施例将更好理解本发明。然而，这些实施例不应解释为限制本发明的范围。
实施例
如表1及2所示的用量使用热塑性树脂、导电性填料、及亲水性无机聚集体，制造如下列实施例1至6及比较例1至7的各个燃料电池双极板。
(1)热塑性树脂
使用聚苯硫醚树脂(PPS)作为热塑性树脂以形成燃料电池双极板的树脂基体。本文所用的聚苯硫醚为Ryton PR-
Figure A20068005667800131
(获自Chevron Phillips Chemical(CPC)Company，LLC.)，其在315.5℃与氮气压下测量具有300P的零粘度。
(2)导电性填料
使用人造石墨(平均直径：100μm)作为燃料电池双极板的含碳导电性填料。
(3)亲水性无机聚集体
使用包含杂交颗粒的亲水性无机聚集体，其中纳米级碳黑颗粒嵌入在微米级二氧化钛颗粒的表面上。纳米级碳黑颗粒根据ASTM D3037-89测量具有70m2/g表面积，并且在超声波发射器发射的超声波暴露10分钟后具有35nm的平均直径。微米级二氧化钛颗粒具有5.3μm的平均直径，其根据J.Phys.Chem.98(1994)1366所披露的方法控制水解四异丙氧化钛而获得。
杂交颗粒的制造根据美国专利号6,892,475所披露的颗粒杂交作用。
根据表1及2所示的含量，将各个组成成分(1)至(3)混合在一起以制备亲水性组合材料。此时，比较例2至4中，使用未经历任何嵌入在亲水性无机颗粒表面上的传统碳黑。比较例5至7中，单独使用二氧化钛。使用Haake混合器以制备亲水性组合材料。接着，借助于热压机，自亲水性组合材料制造实施例1至6及比较例1至7的燃料电池双极板。
各个燃料电池双极板的导电性由4针探针所测量。各个燃料电池双极板的亲水性根据吸水量(W)评估。各个燃料电池双极板的样品在80℃烘箱中干燥12小时，然后称重(W1)。接着，各个燃料电池双极板的样品在25℃下浸渍在水中8小时，然后称重(W2)。将W1与W2之间差除以W1计算吸水量，以重量百分率(％)表示，其以下列方程式(1)示范说明：
W(％)＝100×(W2-W1)/W1-------(1)
测量各个双极板的导电性及吸水量如表1及2所示。
表1
1)亲水性无机聚集体A-碳黑颗粒∶二氧化钛颗粒＝1∶1(重量/重量)
2)亲水性无机聚集体B-碳黑颗粒∶二氧化钛颗粒＝1∶2(重量/重量)
表2
Figure A20068005667800152
由表1及2的数据可发现，实施例1至6含有各亲水性无机聚集体的双极板展现改良的亲水性，而几乎没有经历导电性的恶化。同时，与比较例5至7单独使用亲水性无机材料(例如二氧化钛)的双极板相比，可证实实施例1至6的双极板展现相当大程度改良的亲水性，而经历轻微导电性的恶化。

Claims (15)

1.一种亲水性无机聚集体，包含：杂交颗粒，其具有其中碳黑颗粒嵌入在所述亲水性无机颗粒表面上的结构。
2.根据权利要求1所述的亲水性无机聚集体，其中，所述亲水性无机材料选自由二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、及它们的混合物所组成的组。
3.根据权利要求1所述的亲水性无机聚集体，其中，所述碳黑颗粒的直径为所述亲水性无机颗粒直径的1/500至1/10。
4.一种用于制造亲水性无机聚集体的方法，所述方法包括：
通过在亲水性无机颗粒的表面上对碳黑颗粒施加物理力，形成杂交颗粒，以使所述碳黑颗粒嵌入在所述亲水性无机颗粒的表面上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述杂交颗粒的形成通过所述亲水性无机颗粒与所述碳黑颗粒之间的颗粒杂交作用进行。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述亲水性无机材料选自由二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、及它们的混合物所组成的组。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述碳黑颗粒的直径为所述亲水性无机颗粒直径的1/500至1/10。
8.一种亲水性组合材料，包含：
由热塑性或热固性树脂组成的树脂粘结剂；
导电性填料；以及
根据权利要求1所述的亲水性无机聚集体。
9.根据权利要求8所述的亲水性组合材料，其中，所述亲水性组合材料由下列组成：
1至45重量％的所述树脂粘结剂；
50至98重量％的所述导电性填料；以及
0.5至45重量％的所述亲水性无机聚集体。
10.根据权利要求8所述的亲水性组合材料，其中，所述热塑性树脂选自由聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、及它们的混合物所组成的组，而所述热固性树脂选自环氧树脂和酚树脂。
11.根据权利要求8所述的亲水性组合材料，其中，所述导电性填料是选自由碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、及它们的混合物所组成的组中的一种含碳材料。
12.一种燃料电池双极板，其由根据权利要求8所述的亲水性组合材料制造。
13.一种燃料电池双极板，包含：
由热塑性或热固性树脂组成的树脂基体；
分散在所述树脂基体中的导电性填料；以及
分散在所述树脂基体中的根据权利要求1所述的亲水性无机聚集体。
14.根据权利要求13所述的燃料电池双极板，其中，所述热塑性树脂选自由聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、及它们的混合物所组成的组，而所述热固性树脂选自环氧树脂和酚树脂。
15.根据权利要求13所述的燃料电池双极板，其中，所述导电性填料是选自由碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、及它们的混合物所组成的组中的一种含碳材料。
CNA2006800566785A 2006-12-20 2006-12-28 亲水性无机聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板 Pending CN101573820A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060131388A KR100801596B1 (ko) 2006-12-20 2006-12-20 친수성 무기물 결집체 및 이의 제조 방법과, 이를 포함하는친수성 복합재 및 연료 전지용 바이폴라 플레이트
KR1020060131388 2006-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101573820A true CN101573820A (zh) 2009-11-04

Family

ID=39342574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2006800566785A Pending CN101573820A (zh) 2006-12-20 2006-12-28 亲水性无机聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100035094A1 (zh)
EP (1) EP2109908B1 (zh)
JP (1) JP5450088B2 (zh)
KR (1) KR100801596B1 (zh)
CN (1) CN101573820A (zh)
TW (1) TW200849702A (zh)
WO (1) WO2008075813A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103531829A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 江苏中靖新能源科技有限公司 一种氢燃料电池极板及其制备方法
CN104157882A (zh) * 2014-08-08 2014-11-19 大连交通大学 导电陶瓷/Cr复合改性的聚合物电解质膜燃料电池金属双极板
CN104201391A (zh) * 2014-08-11 2014-12-10 宋福唐 一种低温成型树脂碳板及其制备方法
CN107834072A (zh) * 2017-10-26 2018-03-23 山东大学 一种新型绿色环保锂离子电池粘结剂

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100790423B1 (ko) * 2006-12-20 2008-01-03 제일모직주식회사 친수성 카본블랙 결집체 및 이의 제조 방법과, 이를포함하는 친수성 복합재 및 연료 전지용 바이폴라 플레이트
EP3081377A4 (en) * 2013-12-13 2016-12-07 Fujimi Inc ARTICLE WITH A METAL OXIDE FILM

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0421980B1 (en) * 1986-04-18 1993-08-25 Hosokawa Micron Corporation Particulate material treating apparatus
JPH05213611A (ja) * 1991-08-09 1993-08-24 Asahi Glass Co Ltd 黒鉛質粉体および黒鉛粉体の親水化処理方法
US5246897A (en) * 1991-08-09 1993-09-21 Asahi Glass Company Ltd. Powder mixture for monolithic refractories containing graphite and a method of making thereof
US5403462A (en) * 1993-06-24 1995-04-04 Yissum Research Development Company Of The Hebrew Univeristy Of Jerusalem Electrochemical electrodes and methods for the preparation thereof
JP3577129B2 (ja) * 1995-03-22 2004-10-13 大日本印刷株式会社 非導電性炭素質粉体及びその製造方法
US5942347A (en) * 1997-05-20 1999-08-24 Institute Of Gas Technology Proton exchange membrane fuel cell separator plate
KR19990053899A (ko) * 1997-12-24 1999-07-15 신현준 흑연의 표면개질방법
JP3433169B2 (ja) 2000-09-22 2003-08-04 本田技研工業株式会社 固体高分子型燃料電池
US7022426B2 (en) * 2000-09-22 2006-04-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Solid polymer fuel cell
JP2002133639A (ja) * 2000-10-27 2002-05-10 Hitachi Maxell Ltd 磁気記録媒体
JP2002324557A (ja) 2001-04-27 2002-11-08 Mitsubishi Electric Corp 固体高分子型燃料電池
KR100906032B1 (ko) * 2001-10-29 2009-07-02 가부시키가이샤 나라기카이세이사쿠쇼 분립체의 회전 유동 처리 장치
US6746982B2 (en) * 2001-12-27 2004-06-08 Utc Fuel Cells, Llc Porous carbon body for a fuel cell having an electronically conductive hydrophilic agent
JP4438925B2 (ja) * 2003-02-17 2010-03-24 戸田工業株式会社 改質カーボンブラック粒子粉末及びその製造法、当該改質カーボンブラック粒子粉末を含有する塗料及び樹脂組成物
JP2005004816A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Toda Kogyo Corp 磁気記録媒体用フィラー材及び磁気記録媒体
JP2005004817A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Toda Kogyo Corp 磁気記録媒体
JP2005129507A (ja) * 2003-10-02 2005-05-19 Jfe Chemical Corp 燃料電池セパレータ用黒鉛質粉末および燃料電池セパレータ
KR20120056900A (ko) * 2004-03-15 2012-06-04 캐보트 코포레이션 개질 탄소 제품 및 이의 응용

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103531829A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 江苏中靖新能源科技有限公司 一种氢燃料电池极板及其制备方法
CN104157882A (zh) * 2014-08-08 2014-11-19 大连交通大学 导电陶瓷/Cr复合改性的聚合物电解质膜燃料电池金属双极板
CN104157882B (zh) * 2014-08-08 2016-04-06 大连交通大学 导电陶瓷/Cr复合改性的聚合物电解质膜燃料电池金属双极板
CN104201391A (zh) * 2014-08-11 2014-12-10 宋福唐 一种低温成型树脂碳板及其制备方法
CN107834072A (zh) * 2017-10-26 2018-03-23 山东大学 一种新型绿色环保锂离子电池粘结剂
CN107834072B (zh) * 2017-10-26 2020-09-04 山东大学 一种锂离子电池粘结剂

Also Published As

Publication number Publication date
TW200849702A (en) 2008-12-16
KR100801596B1 (ko) 2008-02-11
US20100035094A1 (en) 2010-02-11
WO2008075813A1 (en) 2008-06-26
EP2109908B1 (en) 2014-10-08
JP2010513209A (ja) 2010-04-30
EP2109908A4 (en) 2011-10-05
JP5450088B2 (ja) 2014-03-26
EP2109908A1 (en) 2009-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101589116B (zh) 亲水性碳黑聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板
JP4000651B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
JP4855134B2 (ja) イオン伝導性無機膜とその製造方法、イオン伝導性有機無機複合膜とその製造方法、膜電極接合体および燃料電池
JP5623036B2 (ja) 燃料電池セパレータ用成形材料
JP4847578B2 (ja) 電極バインダ、電極、膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池
KR101451803B1 (ko) 연료전지용 막전극 접합체, 그 제조방법 및 이를 포함한연료전지
CN101573820A (zh) 亲水性无机聚集体、制备其的方法、包含其的亲水性组合材料及用于燃料电池的双极板
WO2003059812A1 (fr) Matiere carbonee et dispersion contenant cette matiere
CN103165921B (zh) 燃料电池隔板以及包含该隔板的燃料电池
Gu et al. Superhydrophobic carbon functionalized by chemical grafting of fluoroalkylsilane enables an efficient microporous layer for proton-exchange membrane fuel cells
JP2011060667A (ja) 燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータ
Wang et al. Engineering of Siloxanes for Stabilizing Silicon Anode Materials
EP2091100B1 (en) Method for producing separator material for solid polymer fuel cell
JP4956866B2 (ja) シリカゲル電解質膜およびその製造方法、ならびに燃料電池
WO2009154305A1 (en) Ion conductive material, ion conducting polymer composite membrane, membrane electrode assembly, fuel cell, method of producing ion conductive material, and method of producing ion conducting polymer composite membrane
KR101826857B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 전극 집전체
JP2005339953A (ja) 燃料電池用プリプレグ及びこの燃料電池用プリプレグから成る燃料電池用セパレータ、並びにその製造方法
JP2004119346A (ja) 固体高分子形燃料電池セパレーター用成形材料とその製造方法、及び固体高分子形燃料電池セパレーター
JP2004022393A (ja) プロトン伝導性電解質およびこれを用いた固体電解質膜と燃料電池、ならびにこれらの製造方法
JP2001313044A (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法および燃料電池用セパレータ
JP2006156421A (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
JP2006012448A (ja) 電解質膜および該電解質膜を用いた燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20091104