CN113013432A

CN113013432A - 一种制备石墨双极板的方法

Info

Publication number: CN113013432A
Application number: CN201911323825.6A
Authority: CN
Inventors: 赵利平; 李昂; 李丽; 张翼翀
Original assignee: Shanghai Shen Li High Tech Co Ltd
Current assignee: Shanghai Shenli Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-22

Abstract

本申请涉及一种制备石墨双极板的方法，所述方法包括：将柔性石墨坯预辊压，形成石墨板材；将形成的石墨板材放入其中容纳树脂溶液的浸渍容器中；将浸渍之后的石墨板材在排空树脂溶液后的所述浸渍容器内静置滴液；以及将静置后的石墨板材取出，放入模具中直接模压并固化成型。所述制备石墨双极板的方法不会产生有机废液、废气等污染，并且缩短了工序，节省了制备工艺的时间，同时所获得的石墨双极板的机械性能和气密性得到提高。

Description

一种制备石墨双极板的方法

技术领域

本申请涉及电池领域，特别是涉及一种制备石墨双极板的方法。

背景技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池主要由电极、电解质隔膜、双极板等部分组成。双极板是燃料电池的关键部件之一，其主要作用是收集、传导反应产生的电流、热量和水，并且分隔氧化剂和还原剂同时引导氧化剂和还原剂在电池内表面流动。

作为燃料电池堆的关键部件，双极板的重量约占整个燃料电池总质量的70％～80％，成本约占其总成本的40％～60％。重量大、制造成本过高是燃料电池商业化的主要瓶颈。因此，需要选择合适的双极板材料、合理的双极板制备工艺，以提高燃料电池的整体质量和降低其制造成本。

目前，燃料电池普遍采用的双极板具有金属板、纯石墨和复合板三种类型。金属双极板不仅强度高、韧性好，而且导电和导热性能好、致密性高，易于批量生产，但在燃料电池的运行过程中耐腐蚀性差、使用寿命短，需要进行特殊的表面改性处理，因此成本很高。纯石墨双极板具有良好的导电性与耐腐蚀性，但由于制造过程中需要石墨化处理，工艺复杂，且纯石墨双极板的机械强度低、脆性大，流场加工成本太高从而限制其在燃料电池中的应用。复合型双极板结合了石墨板和金属板的优点，具有耐腐蚀、体积小、质量轻、强度高、易成形等优点，目前已成为双极板的发展重点。

目前，利用柔性石墨板来制备双极板主要有两种方法。一种是将柔性石墨板通过模压或辊压一次成型，形成流场板，再通过树脂浸渍、漂洗、固化，从而得到成型的双极板。该制备工艺中，树脂浸渍获得的效果经常不理想，导致影响材料的气体渗透性能和机械性能，并且漂洗、固化的过程中会有大量废水产生。另一种是直接利用柔性石墨板材进行树脂浸渍，先进行烘干去除有机溶剂，然后压制成型，最后进行固化保温。该制备工艺周期长，且溶剂的挥发将产生污染。

综上可见，目前利用柔性石墨板来制备双极板的工艺存在如下缺陷：

1.石墨板制备过程有废水、有机溶剂产生，增加废水、废气的处理成本，有环境污染的风险；

2.制备工序多、周期长；

3.得到的石墨双极板的气密性不理想和机械强度不足。

发明内容

本申请的目的旨在提供一种制备石墨双极板的方法。

根据本公开的一方面，提供了一种制备石墨双极板的方法，所述方法包括：将柔性石墨坯预辊压，形成石墨板材；将形成的石墨板材放入其中容纳树脂溶液的浸渍容器中；将浸渍之后的石墨板材在排空树脂溶液后的所述浸渍容器内静置滴液；以及将静置后的石墨板材取出，放入模具中直接模压并固化成型。

进一步地，形成的所述石墨板材的厚度是0.5毫米至2毫米。

进一步地，所述树脂是无溶剂丙烯酸系列树脂。

进一步地，形成的所述石墨板材在其中容纳树脂溶液的所述浸渍容器中浸渍1小时至5小时。

进一步地，将浸渍之后的所述石墨板材在所述浸渍容器内静置10分钟至60分钟；以及回收滴液所获得的树脂溶液。

进一步地，在所述将静置后的石墨板材模压并固化成型的步骤中包括：将所述石墨板材放入模具中，将所述模具移入被预热的真空压机中，并且将所述模具内抽成真空。

进一步地，在所述将静置后的石墨板材模压并固化成型的步骤中还包括：保持模压压力并维持5分钟至20分钟。

进一步地，所述模压压力是20兆帕至100兆帕。

根据本申请的实施例中所提供的制备石墨双极板的方法，不会产生有机废液、废气等污染，并且缩短了工序，节省了制备工艺的时间，同时所获得的石墨双极板的机械性能和气密性得到提高。

附图说明

图1示出了根据本申请的实施例的制备石墨双极板的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本申请的实施例的制备石墨双极板的方法的流程图。该图仅为示例，并不意图限制本申请所请求保护的范围。

如图所示，在步骤S110中，将柔性石墨坯预辊压形成石墨板材。该柔性石墨坯的厚度可以是3mm～9mm。通过将柔性石墨坯预辊压，可以减小石墨板的厚度，形成厚度约为0.5～2.0mm的石墨板材。

在步骤S120中，将形成的石墨板材放入树脂浸渍容器中。通过浸渍，使得树脂进入该石墨板材的内部孔隙中。其中，该树脂可以是低粘度的无溶剂丙烯酸系列树脂。在浸渍约1～5h之后，可以排出树脂溶液。

在步骤S130中，将浸渍之后的石墨板材在排空树脂溶液后的浸渍容器内静置。这一过程持续大约10～60min，使得沥干该石墨板材表面的树脂溶液。通过在空的浸渍容器内滴液，可以将树脂溶液回收并再次使用，因此在这一步骤中，将不会产生树脂废液。

在步骤S140中，将静置后的石墨板材模压固化成型。在这一步骤中，首先将沥干后的石墨板材放入模具中，然后将该模具移入温度为100℃～150℃的真空压机中，合模，在预热的同时用约10～60秒的时间将模具内抽成真空，使得模具内的真空度约为-0.096MPa。这一过程的目的是通过加热并保持真空的方式，去除该石墨板材内残余的气体。最后，缓慢地施加压力，保持模压压力约为20-100MPa并维持约5～20分钟，然后释放真空并移出该模具，在冷却降温之后开模，即可得到成型的柔性石墨双极板。

相比现有的制作石墨双极板的方案，本发明的技术方案可以获得如下的有益技术效果：

(1)在制备石墨双极板的整个工艺中，不需要漂洗，无有机废水和有机溶剂产生，可以实现无污染；

(2)现有的制作石墨双极板的方案中，成型和固化的过程是在不同步骤中实现的；而在本申请的方案中，石墨板的成型和固化是一次完成的，这缩短了工序，节省了制备工艺的时间；

(3)通过使树脂填充石墨双极板内的孔隙，使得石墨双极板的机械性能及气密性得到提高。通过本申请中的技术方案，所获得的石墨双极板的抗弯强度达到30～60MPa，抗压强度达到50～100MPa，并且石墨双极板的气密性低于5.8×10^-6cm³cm^-2s^-1。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种制备石墨双极板的方法，包括：

将柔性石墨坯预辊压，形成石墨板材；

将形成的石墨板材放入其中容纳树脂溶液的浸渍容器中；

将浸渍之后的石墨板材在排空树脂溶液后的所述浸渍容器内静置滴液；

将静置后的石墨板材取出，放入模具中直接模压并固化成型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

形成的所述石墨板材的厚度是0.5毫米至2毫米。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述树脂是无溶剂丙烯酸系列树脂。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

形成的所述石墨板材在其中容纳树脂溶液的所述浸渍容器中浸渍1小时至5小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

将浸渍之后的所述石墨板材在所述浸渍容器内静置10分钟至60分钟；以及

回收滴液所获得的树脂溶液。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述将静置后的石墨板材模压并固化成型的步骤中包括：

将所述石墨板材放入模具中，将所述模具移入被预热的真空压机中，并且将所述模具内抽成真空。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述将静置后的石墨板材模压并固化成型的步骤中还包括：

保持模压压力并维持5分钟至20分钟。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：

所述模压压力是20兆帕至100兆帕。