CN103633340B - 一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法 - Google Patents
一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103633340B CN103633340B CN201310692603.8A CN201310692603A CN103633340B CN 103633340 B CN103633340 B CN 103633340B CN 201310692603 A CN201310692603 A CN 201310692603A CN 103633340 B CN103633340 B CN 103633340B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- expanded graphite
- charcoal
- composite material
- phenolic resin
- temperature
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
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
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- 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
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
-
- 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
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
-
- 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)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法,它涉及一种双极板及其制备方法。本发明是要解决现有方法制备的双极板电导性差、体积密度大和机械性能差的问题。本发明一种改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成;制备方法:将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中,将膨胀石墨与热塑性酚醛树脂、炭气凝胶的混合物的沸水溶液混合,减压抽滤、干燥、球磨、装模、冷压、热压、脱模,制得改性膨胀石墨基复合材料双极板。改性膨胀石墨基复合材料双极板作为质子交换膜燃料电池的关键部件用于制造质子交换膜燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种双极板及其制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效环保、比能量和比功率高、启动快等诸多优点,被看作是未来重要的新型能源。已成为世界各国研究热点之一。双极板作为质子交换膜燃料电池的关键部件,主要作用是为实现单电池之间的连接起到收集电流的作用,为电池分配燃料和氧化剂等。目前用于生产质子交换膜燃料电池双极板的材料有石墨、金属材料和复合材料等。石墨板具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性,但石墨的脆性造成了加工困难,因此加工费用较高。金属材料也可以用来制备双极板,其优点在于金属材料的导电和导热性能非常好,易于加工,选用非常薄的极板就能达到隔离反应气体的目的,金属材料的主要不足在于密度较大,接触电阻较高且易于腐蚀。目前除传统石墨材料双极板和金属双极板外,石墨/树脂复合材料双极板也得到了实际应用,复合板结合了石墨板和金属板的优点,在石墨/树脂复合材料中,树脂作为粘结剂,在增强石墨板力学强度的同时也提高了其阻气性,但复合板的电导率低,体积密度大仍然限制了双极板的商业化进程。
发明内容
本发明是要解决现有方法制备的双极板电导性差、体积密度大和机械性能差的问题。而提供一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法。
本发明一种改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成;所述膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1;所述炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4%,所述炭气凝胶的粒径为1μm~5μm,所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g。
上述改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,按以下步骤进行:
一、将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂;二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为90℃~100℃的水中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液,将膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中,搅拌20min~30min,冷却至室温,过滤,将滤渣在温度为70℃~100℃的条件下干燥24h,得到改性复合材料;三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为(10~30):1球磨混合6h~18h,转速为400r/min~450r/min,得到粉末状改性复合材料;四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中,然后将模具放在手动液压机上,在室温、压力为15MPa~40MPa的条件下模压模具15min~30min;然后在压力为10MPa~30MPa条件下以10℃/min~20℃/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至140℃~200℃,并在温度为140℃~200℃、压力为10MPa~30MPa的条件下保温模压模具15min~30min;五、在温度为90℃~120℃的条件下脱模,冷却至室温,得到改性膨胀石墨基复合材料双极板;步骤一中所述炭气凝胶的粒径为1μm~5μm;步骤一中所述炭气凝胶的质量为步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4%;步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1;步骤二中所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g;步骤三中所述球磨机的型号为QM-SB的行星式球磨机,所用磨球由直径为2cm的大球和直径为1cm的小球按照1:1的个数比组成;步骤四中所述手动液压机的型号为YSS-1型双速手动液压机。
本发明的优点:
本发明制得的改性复合材料双极板具有电导性好、体积密度小、机械性能好、润湿性能好、热稳定性能好等优点。其电导率为电导率为108.3S/cm~162.7S/cm、抗折强度53MPa~77MPa、接触角65.32°~82.78°、体积密度为1.42g/cm3~1.62g/cm3、孔隙率为0.083g/cm3~0.122g/cm3、在燃料电池运行温度80℃时质量损失为0.53%~0.76%即热稳定性较好。
附图说明
图1为试验四制得的炭气凝胶放大25000倍的SEM图;
图2为试验四制得的炭气凝胶放大7000倍的SEM图;
图3为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大3000倍的SEM图;
图4为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大15000倍的SEM图;
图5为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大1000倍的SEM图;
图6为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大2000倍的SEM图;
图7为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的接触角图;
图8为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板热重图;
图9为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板差热图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种改性膨胀石墨基复合材料双极板由膨胀石墨、热塑性酚醛树脂和炭气凝胶制成;所述膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1;所述炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4%,所述炭气凝胶的粒径为1μm~5μm,所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为1:1。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:所述的膨胀石墨与热塑性酚醛树脂的质量比为2:1。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三不同的是:所述的炭气凝胶的质量为膨胀石墨与热塑性酚醛树脂质量总和的2%。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,按以下步骤进行:
一、将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂;二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为90℃~100℃的水中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液,将膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中,搅拌20min~30min,冷却至室温,过滤,将滤渣在温度为70℃~100℃的条件下干燥24h,得到改性复合材料;三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为(10~30):1球磨混合6h~18h,转速为400r/min~450r/min,得到粉末状改性复合材料;四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中,然后将模具放在手动液压机上,在室温、压力为15MPa~40MPa的条件下模压模具15min~30min;然后在压力为10MPa~30MPa条件下以10℃/min~20℃/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至140℃~200℃,并在温度为140℃~200℃、压力为10MPa~30MPa的条件下保温模压模具15min~30min;五、在温度为90℃~120℃的条件下脱模,冷却至室温,得到改性膨胀石墨基复合材料双极板;步骤一中所述炭气凝胶的粒径为1μm~5μm;步骤一中所述炭气凝胶的质量为步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4%;步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1;步骤二中所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g;步骤三中所述球磨机的型号为QM-SB的行星式球磨机,所用磨球由直径为2cm的大球和直径为1cm的小球按照1:1的个数比组成;步骤四中所述手动液压机的型号为YSS-1型双速手动液压机。
本实施方式制得的改性复合材料双极板具有电导性好、体积密度小、机械性能好、润湿性能好、热稳定性能好等优点。其电导率为电导率为108.3S/cm~162.7S/cm、抗折强度53MPa~77MPa、接触角65.32°~82.78°、体积密度为1.42g/cm3~1.62g/cm3、孔隙率为0.083g/cm3~0.122g/cm3、在燃料电池运行温度80℃时质量损失为0.53%~0.76%即热稳定性较好。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式五不同的是:步骤二中将滤渣在温度为80℃的条件下干燥24h。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式五或六不同的是:步骤一中所述的炭气凝胶的制备方法如下:①向质量分数为20%~31%的间苯二酚溶液中加入新配制的质量分数为10%的氢氧化钙溶液,搅拌均匀,逐滴加入质量分数为38%的甲醛溶液,继续搅拌后密封静置20h~25h后,得到密封溶液;②将密封溶液在温度为35℃~40℃的条件下水浴20h~25h,然后在温度为55℃~60℃的条件下水浴20h~25h,最后在温度为95℃~100℃的条件下水浴70h~75h,得到水凝胶;③将水凝胶在常温常压下干燥,利用丙酮浸泡40h~50h,除去水分,得到有机气凝胶;④将有机气凝胶在真空管式炉中进行焙烧,以氮气作为保护气,以5℃/min~8℃/min的速度升温至900℃,在900℃维持1.5h~2h后,自然冷却至室温,得到炭气凝胶;步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述新配制的氢氧化钙溶液的体积比为(0.5~1):1,步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述甲醛溶液的体积比为1:(0.2~0.5)。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式七不同的是:步骤④得到的炭气凝胶为球型炭气凝胶。其他与具体实施方式七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是:步骤一中所述的热塑性酚醛树脂的制备方法如下:向液态苯酚中加入质量分数为38%的甲醛溶液,搅拌10min~20min,冷却至室温,水浴2h~3h,在温度为80℃干燥箱中干燥24h,得到热塑性酚醛树脂;所述的液态苯酚是将固态苯酚放在水浴锅中使其融化呈液态;所述的液态苯酚与甲醛溶液的质量比为1:(0.5~0.85)。其他与具体是实施方式五至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是:步骤一中所述的膨胀石墨的制备方法如下:①将目数为100目~150目的鳞片石墨、质量分数为70%的高氯酸、质量分数为80%的浓磷酸和重铬酸钾的混合物在65℃的水浴中搅拌30min~50min;②然后抽滤,抽滤的同时用蒸馏水水洗滤渣至洗液为中性,停止抽滤,得到滤渣;③将滤渣放在温度为60℃干燥箱内干燥18h~20h,然后将滤渣放入坩埚中,再将坩埚放在微波炉中以800W的功率微波加热10s~15s,得到膨胀石墨;步骤①中所述鳞片石墨与重铬酸钾的质量比为1:(0.4~0.6),鳞片石墨与高氯酸的质量比为1:(1~3),鳞片石墨与浓磷酸的质量比为1:(1~3)。其他与具体实施方式五至九之一相同。
本实施方式所述的膨胀石墨的膨胀倍数为150ml/g~250ml/g;所述的膨胀石墨的膨胀倍数为所得膨胀石墨的体积与所得膨胀石墨的质量的比值。
通过以下试验验证本发明的效果:
试验一:一、将0.06g的炭气凝胶加入到2.0g热塑性酚醛树脂中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂;二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为100℃的水中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液,将2.0g膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中,搅拌20min,冷却至室温,过滤,将滤渣在温度为90℃的条件下干燥24h,得到改性复合材料;三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为10:1球磨混合12h,转速为400转/分,得到粉末状改性复合材料;四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中,然后将模具放在手动液压机上,在室温、压力为25MPa的条件下模压模具20min;然后在压力为20MPa的条件下以10℃/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至165℃,然后在温度为165℃、压力为20MPa的条件下保温模压模具20min;五、在温度为100℃的条件下脱模,冷却至室温,得到改性膨胀石墨基复合材料双极板。
试验二:一、将质量为0.08g的炭气凝胶加入到1.6g热塑性酚醛树脂中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂;二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为100℃的水中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液,将2.4g的膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中,搅拌20min,冷却至室温,过滤,将滤渣在温度为90℃的条件下干燥24h,得到改性复合材料;三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为10:1球磨混合15h,转速为400转/分,得到粉末状改性复合材料;四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中,然后将模具放在手动液压机上,在室温、压力为20MPa的条件下模压模具25min;然后在压力为15MPa的条件下以12℃/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至170℃,然后在温度为170℃、压力为15MPa的条件下保温模压模具25min;五、在温度为110℃的条件下脱模,冷却至室温,得到改性膨胀石墨基复合材料双极板。
试验三:一、将质量为0.1g炭气凝胶加入到2.4g热塑性酚醛树脂中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂;二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为100℃的水中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液,将1.6g膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中,搅拌20min,冷却至室温,过滤,将滤渣在温度为90℃的条件下干燥24h,得到改性复合材料;三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为10:1球磨混合18h,转速为400转/分,得到粉末状改性复合材料;四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中,然后将模具放在手动液压机上,在室温、压力为15MPa的条件下模压模具30min;然后在压力为10MPa的条件下以15℃/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至180℃,并在温度为180℃、压力为10MPa的条件下保温模压模具30min;五、在温度为120℃的条件下脱模,冷却至室温,得到改性膨胀石墨基复合材料双极板。
试验四:试验一、试验二和试验三步骤一中所述的炭气凝胶的制备方法如下:①向6g质量分数为25%的间苯二酚溶液中加入40ml新配制的质量分数为10%的氢氧化钙溶液,搅拌均匀,逐滴加入10ml质量分数为38%的甲醛溶液,继续搅拌后密封静置20h后,得到密封溶液;②将密封溶液在温度为35℃的条件下水浴24h,然后在温度为55℃的条件下水浴24h,最后在温度为95℃的条件下水浴72h,得到水凝胶;③将水凝胶在常温常压下干燥,利用丙酮浸泡48h,除去水分,得到有机气凝胶;④、将有机气凝胶在真空管式炉中进行焙烧,以氮气作为保护气,以5℃/min的速度升温至900℃,在900℃维持1.5h后,自然冷却至室温,得到炭气凝胶。
试验五:试验一、试验二和试验三步骤一中所述的热塑性酚醛树脂的制备方法如下:向15g液态苯酚中加入10g质量分数为38%的甲醛溶液,搅拌20min,冷却至室温,水浴2.5h,在温度为80℃干燥箱中干燥24h,得到热塑性酚醛树脂。
试验六:试验一、试验二和试验三步骤一中所述的膨胀石墨的制备方法如下:①将2g目数为100目的鳞片石墨、3g质量分数为70%的高氯酸、4g质量分数为80%的浓磷酸和0.8g重铬酸钾的混合物在65℃的水浴中搅拌30min;②然后抽滤,抽滤的同时用蒸馏水水洗滤渣至洗液为中性,停止抽滤,得到滤渣;③将滤渣放在温度为60℃干燥箱内干燥18h,然后将滤渣放入坩埚中,再将坩埚放在微波炉中以800W的功率微波加热15s,得到膨胀石墨。
图1为试验四制得的炭气凝胶放大25000倍的SEM图,图2为试验四制得的型炭气凝胶放大7000倍的SEM图,从图1和图2可以看出试验四制得的炭气凝胶呈球型,且为多孔结构,分散较均匀,球型炭气凝胶粒径为1mm~5mm,体积较小,表面积较大,有利于增大导电粒子的接触面积,有助于提高改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率。图3为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大3000倍的SEM图,图4为试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的表面放大15000倍的SEM图,从图3和图4可以看出本发明制备的改性膨胀石墨基复合材料双极板表面光滑、平整且致密性良好,从而降低了本发明制备的改性膨胀石墨基复合材料双极板的孔隙率,提高了本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的机械强度。试验一制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率为108.3S/cm、抗折强度77MPa、接触角72.35°、体积密度为1.48g/cm3、孔隙率为0.083g/cm3、其在燃料电池运行温度80℃时热重损失为0.62%。图5为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大1000倍的SEM图,图6为试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面放大2000倍的SEM图,从图5和图6可以看出本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的断面成网状排列,导电粒子间接触面积较大,微片被树脂完全的包覆,两者进行了交联,复合较充分,从而提高了本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率和机械强度,降低了本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板接触角。试验二制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率为162.7S/cm、抗折强度53MPa、接触角82.78°、体积密度为1.42g/cm3、孔隙率为0.097g/cm3、其在燃料电池运行温度80℃时热重损失为0.76%。图7为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的接触角图,从图7可以看出试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板接触角为65.32°,说明本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的润湿性能优良。图8为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板热重图,图9为试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板差热图,从图8和图9可以看出试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板在燃料电池运行温度80℃时热重损失为0.53%,说明本发明制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板热稳定性能良好。试验三制得的改性膨胀石墨基复合材料双极板的电导率为143.27S/cm、抗折强度47MPa、接触角65.32°、体积密度为1.62g/cm3、孔隙率为0.122g/cm3、其在燃料电池运行温度80℃时热重损失为0.53%。
Claims (4)
1.一种改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,其特征在于改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,是按以下步骤进行:
一、将炭气凝胶加入到热塑性酚醛树脂中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂;二、将步骤一得到的炭气凝胶/热塑性酚醛树脂放入温度为90℃~100℃的水中,得到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液,将膨胀石墨加入到炭气凝胶/热塑性酚醛树脂水溶液中,搅拌20min~30min,冷却至室温,过滤,将滤渣在温度为70℃~100℃的条件下干燥24h,得到改性复合材料;三、将步骤二得到的改性复合材料放入球磨机中按球料比为(10~30):1球磨混合6h~18h,转速为400r/min~450r/min,得到粉末状改性复合材料;四、将步骤三得到的粉末状改性复合材料放入模具中,然后将模具放在手动液压机上,在室温、压力为15MPa~40MPa的条件下模压模具15min~30min;然后在压力为10MPa~30MPa条件下以10℃/min~20℃/min的升温速度使热压炉内的温度从室温升温至140℃~200℃,并在温度为140℃~200℃、压力为10MPa~30MPa的条件下保温模压模具15min~30min;五、在温度为90℃~120℃的条件下脱模,冷却至室温,得到改性膨胀石墨基复合材料双极板;步骤一中所述炭气凝胶的粒径为1μm~5μm;步骤一中所述炭气凝胶的质量为步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂质量总和的1%~4%;步骤二中所述膨胀石墨与步骤一中所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.66~3):1;步骤二中所述膨胀石墨的膨胀系数为150ml/g~250ml/g;步骤三中所述球磨机的型号为QM-SB的行星式球磨机,所用磨球由直径为2cm的大球和直径为1cm的小球按照1:1的个数比组成;步骤四中所述手动液压机的型号为YSS-1型双速手动液压机;
步骤一中所述的炭气凝胶的制备方法如下:①向质量分数为20%~31%的间苯二酚溶液中加入新配制的质量分数为10%的氢氧化钙溶液,搅拌均匀,逐滴加入质量分数为38%的甲醛溶液,继续搅拌后密封静置20h~25h后,得到密封溶液;②将密封溶液在温度为35℃~40℃的条件下水浴20h~25h,然后在温度为55℃~60℃的条件下水浴20h~25h,最后在温度为95℃~100℃的条件下水浴70h~75h,得到水凝胶;③将水凝胶在常温常压下干燥,利用丙酮浸泡40h~50h,除去水分,得到有机气凝胶;④将有机气凝胶在真空管式炉中进行焙烧,以氮气作为保护气,以5℃/min~8℃/min的速度升温至900℃,在900℃维持1.5h~2h后,自然冷却至室温,得到炭气凝胶;步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述新配制的氢氧化钙溶液的体积比为(0.5~1):1,步骤①所述间苯二酚溶液与步骤①所述甲醛溶液的体积比为1:(0.2~0.5);步骤④得到的炭气凝胶为球型炭气凝胶。
2.根据权利要求1所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,其特征在于步骤二中将滤渣在温度为80℃的条件下干燥24h。
3.根据权利要求1所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,其特征在于步骤一中所述的热塑性酚醛树脂的制备方法如下:向液态苯酚中加入质量分数为38%的甲醛溶液,搅拌10min~20min,冷却至室温,水浴2h~3h,在温度为80℃干燥箱中干燥24h,得到热塑性酚醛树脂;所述的液态苯酚是将固态苯酚放在水浴锅中使其融化呈液态;所述液态苯酚与所述甲醛溶液的质量比为1:(0.5~0.85)。
4.根据权利要求1所述的改性膨胀石墨基复合材料双极板的制备方法,其特征在于步骤二中所述的膨胀石墨的制备方法如下:①将目数为100目~150目的鳞片石墨、质量分数为70%的高氯酸、质量分数为80%的浓磷酸和重铬酸钾的混合物在65℃的水浴中搅拌30min~50min;②然后抽滤,抽滤的同时用蒸馏水水洗滤渣至洗液为中性,停止抽滤,得到滤渣;③将滤渣放在温度为60℃干燥箱内干燥18h~20h,然后将滤渣放入坩埚中,再将坩埚放在微波炉中以800W的功率微波加热10s~15s,得到膨胀石墨;步骤①中所述鳞片石墨与重铬酸钾的质量比为1:(0.4~0.6),鳞片石墨与高氯酸的质量比为1:(1~3),鳞片石墨与浓磷酸的质量比为1:(1~3)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310692603.8A CN103633340B (zh) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | 一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310692603.8A CN103633340B (zh) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | 一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103633340A CN103633340A (zh) | 2014-03-12 |
CN103633340B true CN103633340B (zh) | 2016-06-08 |
Family
ID=50214129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310692603.8A Expired - Fee Related CN103633340B (zh) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | 一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103633340B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111916782B (zh) * | 2020-06-29 | 2021-12-14 | 青岛杜科新材料有限公司 | 一种可快速冷压成型的超薄石墨复合双极板基料及其制备方法 |
CN112290040A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-29 | 江苏清能新能源技术股份有限公司 | 一种复合石墨双极板的制备方法 |
CN112310427A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-02 | 江苏清能新能源技术股份有限公司 | 一种复合石墨双极板的制备系统 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100336258C (zh) * | 2005-08-01 | 2007-09-05 | 南通大学 | 凝胶反应注射成型质子交换膜燃料电池双极板的装置 |
CN101041430A (zh) * | 2007-04-23 | 2007-09-26 | 华东理工大学 | 一种球状炭气凝胶的制备方法 |
CN101593837B (zh) * | 2009-06-30 | 2010-12-01 | 哈尔滨工业大学 | 膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板及其制备方法 |
CN102294255B (zh) * | 2010-06-25 | 2014-08-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种炭凝胶催化剂及其应用 |
CN102244271B (zh) * | 2011-06-01 | 2014-03-26 | 南通大学 | 质子交换膜燃料电池复合材料双极板及生产方法 |
-
2013
- 2013-12-17 CN CN201310692603.8A patent/CN103633340B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103633340A (zh) | 2014-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105958079B (zh) | 一种石墨烯复合涂层铝箔及应用该铝箔的锂离子电池 | |
CN105932296B (zh) | 一种高分散性石墨烯复合浆料的制备方法 | |
CN1330026C (zh) | 一种质子交换膜燃料电池双极板制备工艺 | |
CN102569825B (zh) | 导电塑料复合电极及其制作方法 | |
CN103420352A (zh) | 一种高氟含量氟化石墨烯及其制备方法 | |
CN101961644B (zh) | 一种氯化物-碳质骨架复合吸附剂及其制备方法 | |
CN109514962B (zh) | 一种用于燃料电池的复合双极板及其制备方法与应用 | |
CN103943860B (zh) | 锂离子动力与储能电池用负极材料及其制备方法和电池 | |
CN103145124B (zh) | 高性能石墨烯纸及其制备方法 | |
CN103633340B (zh) | 一种改性膨胀石墨基复合材料双极板及其制备方法 | |
CN104559936A (zh) | 一种中温用相变蓄热材料及其制备方法 | |
CN109810435B (zh) | 一种磷酸掺杂氧化石墨烯及聚偏氟乙烯复合膜的制备方法 | |
CN101771155A (zh) | 一种用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法 | |
CN106517158B (zh) | 由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法、石墨烯泡沫材料及其用途 | |
CN101593837B (zh) | 膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板及其制备方法 | |
CN102838777B (zh) | 一种speek/pani/pma复合质子交换膜的回收方法 | |
CN106115697A (zh) | 一种表面富含花瓣状石墨烯的活性炭的制备方法 | |
CN109546160B (zh) | 一种燃料电池用复合双极板及其制备方法与应用 | |
CN1472833A (zh) | 水基流延工艺制备高性能碳材料的方法 | |
CN102315458A (zh) | 燃料电池石墨双极板的制作方法 | |
CN114891485B (zh) | 基于三维垂直排列石墨烯骨架导热复合材料及其制备方法 | |
CN101974207B (zh) | 一种基于纳米石墨片的高导电率复合材料及其制备方法 | |
CN107887612B (zh) | 一种燃料电池石墨双极板的加工方法 | |
CN110279277A (zh) | 一种石墨烯基保温地毯 | |
CN115322516A (zh) | 一种高性能燃料电池双极板基材及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160608 Termination date: 20161217 |