CN113690456B - 用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法 - Google Patents

用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113690456B
CN113690456B CN202110904479.1A CN202110904479A CN113690456B CN 113690456 B CN113690456 B CN 113690456B CN 202110904479 A CN202110904479 A CN 202110904479A CN 113690456 B CN113690456 B CN 113690456B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
reaction kettle
reaction
bipolar plate
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.)
Active
Application number
CN202110904479.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113690456A (zh
Inventor
胡志荣
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.)
MILIKUDO GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC TAIZHOU CO LTD
Original Assignee
MILIKUDO GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC TAIZHOU CO LTD
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 MILIKUDO GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC TAIZHOU CO LTD filed Critical MILIKUDO GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC TAIZHOU CO LTD
Priority to CN202110904479.1A priority Critical patent/CN113690456B/zh
Publication of CN113690456A publication Critical patent/CN113690456A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113690456B publication Critical patent/CN113690456B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/022—Carbon
    • C04B14/024—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/023—Chemical treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5001—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with carbon or carbonisable materials
    • 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
    • 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
    • H01M8/0221—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
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00853—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in electrochemical cells or batteries, e.g. fuel cells
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及双极板制备技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法，该石墨烯双极板由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得，石墨烯基板中分子链上含有异丙撑结构能够减少分子间作用力，同时大量的醚键能够增大分子链的柔性，使石墨烯基板具有很好韧性，增强涂料涂布在石墨烯基板表面时，增强涂料上的硼酸基能够与石墨烯基板表面的邻苯二酚产生共价键，进而使得增强涂料能够很好地附着在石墨烯基板表面，同时增强涂料具有很好的导电性，并进一步的提升双极板的韧性，不会影响双极板的正常工作。

Description

用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法
技术领域
本发明涉及双极板制备技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法。
背景技术
燃料电池的种类较多，其中质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁的绿色环保电源，具有能量转化效率高、工作温度低、启动快、比功率高、寿命长等优点，可广泛用于电动汽车、分布式发电站和可携带电源等；
双极板是质子交换膜燃料电池中的主要部件，约占质子交换膜燃料电池总重量的70％和质子交换膜燃料电池总成本的50％以上，双极板的作用是分隔反应气体、收集并传导电流、支撑膜电极和承担整个燃料电池系统的散热和排水功能等，为了满足这些功能，双极板应当具有高导电性、高机械强度、高导热性、耐腐蚀性、低密度、高阻气能力和易机械加工等特性；
而现有的石墨烯双极板因自身脆性高，使得双极板无法做的很薄，对于减少电池堆的重量和体积是个限制因素，部分双极板为了增强自身韧性，与树脂材料进行复合，复合后的双极板，自身的导电性下降，且表面的保护涂膜会因长时间使用出现脱落，影响了双极板的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于燃料电池的高性能石墨烯双极板，由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得；
所述的石墨烯基板由如下步骤制成：
步骤A1：将苯酚和丙酮加入反应釜中，在转速为120-150r/min，温度为45-50℃的条件下，进行搅拌并通入氯化氢气体，进行反应1-2h后，升温至温度为55-60℃，继续反应2-3h，制得中间体1，将中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯、四氢呋喃加入反应釜中，在温度为70-80℃的条件下，进行回流3-5h，制得中间体2；
反应过程如下：
Figure BDA0003201027850000021
步骤A2：将中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳加入反应釜，在温度为80-90℃的条件下，进行反应8-10h，制得中间体3，将中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵加入反应釜中，进行回流反应2-3h，制得中间体4，将中间体4、丙烯酸、氯仿、浓硫酸加入反应釜中，在转速为150-200r/min，温度为90-100℃的条件下，进行回流反应5-8h，制得中间体5；
反应过程如下：
Figure BDA0003201027850000022
Figure BDA0003201027850000031
步骤A3：将中间体5和盐酸溶液加入反应釜中，在温度为110-115℃的条件下，进行回流3-5h，制得中间体6，将中间体6、丙烯腈、丁二烯加入反应釜中，混合均匀后，加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水，在转速为300-500r/min的条件下，进行搅拌并加入偶氮二异丁腈，在温度为40-50℃的条件下，进行反应10-15h，制得中间体7；
反应过程如下：
Figure BDA0003201027850000032
步骤A4：将双酚A二缩水甘油醚环氧树脂、中间体7、三氯甲烷、氢氧化钾加入反应釜中，在转速为120-150r/min，温度为100-110℃的条件下，进行反应3-5h，制得中间体8，将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入多巴胺和1-羟基苯并三唑，在温度为50-60℃的条件下，进行反应5-8h后，过滤去除滤液，制得改性石墨烯；
反应过程如下：
Figure BDA0003201027850000041
步骤A5：将中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺加入反应釜中，进行搅拌至混合均匀后，加入改性石墨烯水分散液，混合均匀后加入模具中，在温度为120-130℃，压强为50-55MPa的条件下，加压成型后，在温度为160-170℃的条件下，保温2-3h，制得石墨烯基板。
进一步的，步骤A1所述的苯酚和丙酮的用量摩尔比为1：0.1，中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯的用量摩尔比为1：1：2。
进一步的，步骤A2所述的中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳的用量比为0.01mol：0.01mol：0.015g：30mL，中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵的用量比为6g：10g：100mL：5mL，中间体4、丙烯酸、浓硫酸的用量比为0.01mol：0.02mol：20mL，浓硫酸的质量分数为98％。
进一步的，步骤A3所述的中间体5和盐酸溶液用量比为1g：10mL，盐酸溶液的分数为15％，中间体6、丙烯腈、丁二烯、氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水、偶氮二异丁腈的用量比为0.05mol：0.03mol：0.07mol：1.5g：1g：2.3g：50mL：2.5g。
进一步的，步骤A4所述的双酚A二缩水甘油醚环氧树脂和中间体7的用量摩尔比为2：1，氧化石墨烯、多巴胺、1-羟基苯并三唑的用量质量比为1：5：3.5。
进一步的，步骤A5所述的改性石墨烯水分散液中改性石墨烯和去离子水的用量比为1：5，中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺、改性石墨烯分散液的用量比为0.01mol：0.02mol：20mL：50mL。
进一步的，所述的增强涂料由如下步骤制成：
步骤B1：将对溴苯胺和四氢呋喃加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为零下78-80℃的条件下，加入正丁基锂，进行反应1-1.5h后，加入三异丙基硼酸酯，在温度为20-25℃的条件下，进行反应2-3h后，加入氯化铵饱和水溶液猝灭反应，制得中间体9；
反应过程如下：
Figure BDA0003201027850000051
步骤B2：将氧化石墨烯和氧化碳纳米管分散在去离子水中，加入对苯二胺和氨水，在温度为95-100℃的条件下，回流反应5-8h后，加入中间体9和1-羟基苯并三唑，在温度为50-60℃的条件下，进行反应5-8h后，过滤去除滤液，制得改性炭基材料；
步骤B3：将改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺搅拌均匀，制得增强涂料。
进一步的，步骤B1所述的对溴苯胺、正丁基锂、三异丙基硼酸酯的用量摩尔比为20：24：21.5，步骤B2所述的氧化石墨烯、氧化碳纳米管、中间体9、1-羟基苯并三唑的用量质量比为5：5：3：2.5，改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺的用量比为5g：10g：0.1g：15mL：3.5g。
该种用于燃料电池的高性能石墨烯双极板的制备方法，具体包括如下步骤：
将增强涂料喷涂在石墨烯基板表面，在温度为80-90℃的条件下，保温处理2-3h，制得高性能石墨烯双极板。
本发明的有益效果：
本发明在制备一种高性能石墨烯双极板的过程中制备了石墨烯基板和增强涂料，该双极板由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得，石墨烯基板以苯酚和丙酮为原料进行反应，制得中间体1，将中间体1用硫酸二甲酯进行酚羟基保护，制得中间体2，将中间体2用氮-溴代丁二酰亚胺进行处理，制得中间体3，将中间体3进一步的处理，制得中间体4，将中间体4与丙烯酸进行酯化反应，制得中间体5，将中间体5用盐酸溶液进行回流，使得中间体5上的酚羟基脱保护，制得中间体6，将中间体6、丙烯腈、丁二烯积进行聚合，制得中间体7，将中间体7对双酚A二缩水甘油醚环氧树脂进行扩链，制得中间体8，再将氧化石墨烯与多巴胺进行反应，使得氧化石墨烯表面的羧基和多巴胺上的氨基进行脱水缩合，制得改性石墨烯，将中间体8、酚醛树脂、改性石墨烯进行压制，酚醛树脂分子链上的羟基与中间体8分子链上的环氧基反应，发生固化，制得石墨烯基板，该石墨烯基板中分子链上含有异丙撑结构能够减少分子间作用力，同时大量的醚键能够增大分子链的柔性，使石墨烯基板具有很好韧性，增强涂料以对溴苯胺为原料与三异丙基硼酸酯进行反应，制得中间体9，再将氧化石墨烯和氧化碳纳米管进行接枝后，加入中间体9，使得中间体9上氨基与接枝后材料表面的羧基发生脱水缩合，制得改性碳基材料，将改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺共混，制得增强涂料，该增强涂料涂布在石墨烯基板表面时，增强涂料上的硼酸基能够与石墨烯基板表面的邻苯二酚产生共价键，进而使得增强涂料能够很好地附着在石墨烯基板表面，同时增强涂料具有很好的导电性，并进一步的提升双极板的韧性，不会影响双极板的正常工作。
具体实施方式
下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
用于燃料电池的高性能石墨烯双极板，由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得；
石墨烯基板由如下步骤制成：
步骤A1：将苯酚和丙酮加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为45℃的条件下，进行搅拌并通入氯化氢气体，进行反应1h后，升温至温度为55℃，继续反应2h，制得中间体1，将中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯、四氢呋喃加入反应釜中，在温度为70℃的条件下，进行回流3h，制得中间体2；
步骤A2：将中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳加入反应釜，在温度为80℃的条件下，进行反应8h，制得中间体3，将中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵加入反应釜中，进行回流反应2h，制得中间体4，将中间体4、丙烯酸、氯仿、浓硫酸加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为90℃的条件下，进行回流反应5h，制得中间体5；
步骤A3：将中间体5和盐酸溶液加入反应釜中，在温度为110℃的条件下，进行回流3h，制得中间体6，将中间体6、丙烯腈、丁二烯加入反应釜中，混合均匀后，加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水，在转速为300r/min的条件下，进行搅拌并加入偶氮二异丁腈，在温度为40℃的条件下，进行反应10h，制得中间体7；
步骤A4：将双酚A二缩水甘油醚环氧树脂、中间体7、三氯甲烷、氢氧化钾加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为100℃的条件下，进行反应3h，制得中间体8，将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入多巴胺和1-羟基苯并三唑，在温度为50℃的条件下，进行反应5h后，过滤去除滤液，制得改性石墨烯；
步骤A5：将中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺加入反应釜中，进行搅拌至混合均匀后，加入改性石墨烯水分散液，混合均匀后加入模具中，在温度为120℃，压强为50MPa的条件下，加压成型后，在温度为160℃的条件下，保温2h，制得石墨烯基板。
增强涂料由如下步骤制成：
步骤B1：将对溴苯胺和四氢呋喃加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为零下78℃的条件下，加入正丁基锂，进行反应1h后，加入三异丙基硼酸酯，在温度为20℃的条件下，进行反应2h后，加入氯化铵饱和水溶液猝灭反应，制得中间体9；
步骤B2：将氧化石墨烯和氧化碳纳米管分散在去离子水中，加入对苯二胺和氨水，在温度为95℃的条件下，回流反应5h后，加入中间体9和1-羟基苯并三唑，在温度为50℃的条件下，进行反应5h后，过滤去除滤液，制得改性炭基材料；
步骤B3：将改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺搅拌均匀，制得增强涂料。
实施例2：
用于燃料电池的高性能石墨烯双极板，由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得；
石墨烯基板由如下步骤制成：
步骤A1：将苯酚和丙酮加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为48℃的条件下，进行搅拌并通入氯化氢气体，进行反应1.5h后，升温至温度为58℃，继续反应2.5h，制得中间体1，将中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯、四氢呋喃加入反应釜中，在温度为75℃的条件下，进行回流4h，制得中间体2；
步骤A2：将中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳加入反应釜，在温度为85℃的条件下，进行反应9h，制得中间体3，将中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵加入反应釜中，进行回流反应2.5h，制得中间体4，将中间体4、丙烯酸、氯仿、浓硫酸加入反应釜中，在转速为180r/min，温度为95℃的条件下，进行回流反应7h，制得中间体5；
步骤A3：将中间体5和盐酸溶液加入反应釜中，在温度为113℃的条件下，进行回流4h，制得中间体6，将中间体6、丙烯腈、丁二烯加入反应釜中，混合均匀后，加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水，在转速为400r/min的条件下，进行搅拌并加入偶氮二异丁腈，在温度为45℃的条件下，进行反应13h，制得中间体7；
步骤A4：将双酚A二缩水甘油醚环氧树脂、中间体7、三氯甲烷、氢氧化钾加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为105℃的条件下，进行反应4h，制得中间体8，将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入多巴胺和1-羟基苯并三唑，在温度为55℃的条件下，进行反应6h后，过滤去除滤液，制得改性石墨烯；
步骤A5：将中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺加入反应釜中，进行搅拌至混合均匀后，加入改性石墨烯水分散液，混合均匀后加入模具中，在温度为125℃，压强为53MPa的条件下，加压成型后，在温度为165℃的条件下，保温2.5h，制得石墨烯基板。
增强涂料由如下步骤制成：
步骤B1：将对溴苯胺和四氢呋喃加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为零下79℃的条件下，加入正丁基锂，进行反应1.3h后，加入三异丙基硼酸酯，在温度为23℃的条件下，进行反应2.5h后，加入氯化铵饱和水溶液猝灭反应，制得中间体9；
步骤B2：将氧化石墨烯和氧化碳纳米管分散在去离子水中，加入对苯二胺和氨水，在温度为98℃的条件下，回流反应6h后，加入中间体9和1-羟基苯并三唑，在温度为55℃的条件下，进行反应6h后，过滤去除滤液，制得改性炭基材料；
步骤B3：将改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺搅拌均匀，制得增强涂料。
实施例3：
用于燃料电池的高性能石墨烯双极板，由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得；
石墨烯基板由如下步骤制成：
步骤A1：将苯酚和丙酮加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为50℃的条件下，进行搅拌并通入氯化氢气体，进行反应2h后，升温至温度为60℃，继续反应3h，制得中间体1，将中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯、四氢呋喃加入反应釜中，在温度为80℃的条件下，进行回流5h，制得中间体2；
步骤A2：将中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳加入反应釜，在温度为90℃的条件下，进行反应10h，制得中间体3，将中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵加入反应釜中，进行回流反应3h，制得中间体4，将中间体4、丙烯酸、氯仿、浓硫酸加入反应釜中，在转速为200r/min，温度为100℃的条件下，进行回流反应8h，制得中间体5；
步骤A3：将中间体5和盐酸溶液加入反应釜中，在温度为115℃的条件下，进行回流5h，制得中间体6，将中间体6、丙烯腈、丁二烯加入反应釜中，混合均匀后，加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水，在转速为500r/min的条件下，进行搅拌并加入偶氮二异丁腈，在温度为50℃的条件下，进行反应15h，制得中间体7；
步骤A4：将双酚A二缩水甘油醚环氧树脂、中间体7、三氯甲烷、氢氧化钾加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为110℃的条件下，进行反应5h，制得中间体8，将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入多巴胺和1-羟基苯并三唑，在温度为60℃的条件下，进行反应8h后，过滤去除滤液，制得改性石墨烯；
步骤A5：将中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺加入反应釜中，进行搅拌至混合均匀后，加入改性石墨烯水分散液，混合均匀后加入模具中，在温度为130℃，压强为55MPa的条件下，加压成型后，在温度为170℃的条件下，保温3h，制得石墨烯基板。
增强涂料由如下步骤制成：
步骤B1：将对溴苯胺和四氢呋喃加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为零下80℃的条件下，加入正丁基锂，进行反应1.5h后，加入三异丙基硼酸酯，在温度为25℃的条件下，进行反应3h后，加入氯化铵饱和水溶液猝灭反应，制得中间体9；
步骤B2：将氧化石墨烯和氧化碳纳米管分散在去离子水中，加入对苯二胺和氨水，在温度为100℃的条件下，回流反应8h后，加入中间体9和1-羟基苯并三唑，在温度为60℃的条件下，进行反应8h后，过滤去除滤液，制得改性炭基材料；
步骤B3：将改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺搅拌均匀，制得增强涂料。
对比例1：
本对比例与实施例1相比用石墨烯板代替石墨烯基板，其余步骤相同。
对比例2：
本对比例与实施例1相比在增强涂料的过程中未加入中间体9，其余步骤相同。
对比例3：
本对比例为中国专利CN106654315A公开的石墨烯双极板。
对实施例1-3和对比例1-3制得的石墨烯双极板进行抗弯压强检测，并在使用3、6、9个月后表面漆膜是否出现脱落，结果如下表所示：
Figure BDA0003201027850000121
Figure BDA0003201027850000131
由上表可知实施例1-3制得的石墨烯双极板具有很好地韧性，且导电率高，在长时间使用后，表面漆膜不会出现脱落显现，进而增长了石墨烯双极板的使用寿命。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.用于燃料电池的石墨烯双极板，其特征在于：由石墨烯基板表面喷涂增强涂料制得；
所述的石墨烯基板由如下步骤制成：
步骤A1：将苯酚和丙酮加入反应釜中，进行搅拌并通入氯化氢气体，进行反应后，升温继续反应，制得中间体1，将中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯、四氢呋喃加入反应釜中，回流反应，制得中间体2；
步骤A2：将中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳加入反应釜，进行反应，制得中间体3，将中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵加入反应釜中，回流反应，制得中间体4，将中间体4、丙烯酸、氯仿、浓硫酸加入反应釜中，回流反应，制得中间体5；
步骤A3：将中间体5和盐酸溶液加入反应釜中，回流反应，制得中间体6，将中间体6、丙烯腈、丁二烯加入反应釜中，混合均匀后，加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水，进行搅拌并加入偶氮二异丁腈，进行反应，制得中间体7；
步骤A4：将双酚A二缩水甘油醚环氧树脂、中间体7、三氯甲烷、氢氧化钾加入反应釜中，进行反应，制得中间体8，将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入多巴胺和1-羟基苯并三唑，在温度为50-60℃的条件下，进行反应，制得改性石墨烯；
步骤A5：将中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺加入反应釜中，进行搅拌至混合均匀后，加入改性石墨烯水分散液，混合均匀后加入模具中，加压成型并保温，制得石墨烯基板；
所述的增强涂料由如下步骤制成：
步骤B1：将对溴苯胺和四氢呋喃加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为零下78-80℃的条件下，加入正丁基锂，进行反应1-1 .5h后，加入三异丙基硼酸酯，在温度为20-25℃的条件下，进行反应2-3h后，加入氯化铵饱和水溶液猝灭反应，制得中间体9；
步骤B2：将氧化石墨烯和氧化碳纳米管分散在去离子水中，加入对苯二胺和氨水，在温度为95-100℃的条件下，回流反应5-8h后，加入中间体9和1-羟基苯并三唑，在温度为50-60℃的条件下，进行反应5-8h后，过滤去除滤液，制得改性炭基材料；
步骤B3：将改性炭基材料、环氧树脂E-44、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、乙二胺搅拌均匀，制得增强涂料。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨烯双极板，其特征在于：步骤A1所述的苯酚和丙酮的用量摩尔比为1：0.1，中间体1、碳酸钾、硫酸二甲酯的用量摩尔比为1：1：2。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨烯双极板，其特征在于：步骤A2所述的中间体2、氮-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳的用量比为0.01mol：0.01mol：0.015g：30mL，中间体3、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵的用量比为6g：10g：100mL：5mL，中间体4、丙烯酸、浓硫酸的用量比为0.01mol：0.02mol：20mL。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨烯双极板，其特征在于：步骤A3所述的中间体5和盐酸溶液用量比为1g：10mL，中间体6、丙烯腈、丁二烯、氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、去离子水、偶氮二异丁腈的用量比为0.05mol：0.03mol：0.07mol：1.5g：1g：2.3g：50mL：2.5g。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨烯双极板，其特征在于：步骤A4所述的双酚A二缩水甘油醚环氧树脂和中间体7的用量摩尔比为2：1，氧化石墨烯、多巴胺、1-羟基苯并三唑的用量质量比为1：5：3.5。
6.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨烯双极板，其特征在于：步骤A5所述的改性石墨烯水分散液中改性石墨烯和去离子水的用量比为1：5，中间体8、酚醛树脂、N,N-二甲基甲酰胺、改性石墨烯分散液的用量比为0.01mol：0.02mol：20mL：50mL。
7.根据权利要求1所述的用于燃料电池的石墨烯双极板的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
将增强涂料喷涂在石墨烯基板表面，在温度为80-90℃的条件下，保温处理2-3h，制得石墨烯双极板。
CN202110904479.1A 2021-08-06 2021-08-06 用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法 Active CN113690456B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110904479.1A CN113690456B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110904479.1A CN113690456B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113690456A CN113690456A (zh) 2021-11-23
CN113690456B true CN113690456B (zh) 2022-07-22

Family

ID=78579086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110904479.1A Active CN113690456B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113690456B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114976086B (zh) * 2022-05-10 2023-10-24 山东仁丰特种材料股份有限公司 一种燃料电池用复合石墨双极板及制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103895319A (zh) * 2014-04-21 2014-07-02 苏州铉动三维空间科技有限公司 一种高性能的复合石墨烯导电涂料的喷涂制备复合膜的方法
CN106654315A (zh) * 2016-12-15 2017-05-10 大连理工大学 一种石墨烯增强表面的燃料电池用高性能双极板及其制备方法
CN107210456A (zh) * 2014-11-03 2017-09-26 于利奇研究中心有限公司 用于电化学电池的双极板及其制造方法
CN107611458A (zh) * 2017-09-06 2018-01-19 长沙小新新能源科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池双极板及其制备方法
CN108199058A (zh) * 2017-12-15 2018-06-22 中国第汽车股份有限公司 一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法
CN109167081A (zh) * 2018-08-15 2019-01-08 成都新柯力化工科技有限公司 一种燃料电池的功能化氧化石墨烯复合极板及制备方法
CN109755605A (zh) * 2019-02-19 2019-05-14 中氢新能技术有限公司 基于石墨烯材料的燃料电池双极板、制备方法及甲醇重整燃料电池组
CN109749582A (zh) * 2019-01-22 2019-05-14 雷洪军 一种石墨烯散热涂料及其制备方法
CN109921055A (zh) * 2019-02-22 2019-06-21 佛山科学技术学院 一种超薄石墨烯复合柔性石墨双极板及其制备方法
WO2021073916A1 (de) * 2019-10-14 2021-04-22 Elringklinger Ag Bipolarplatte, verfahren zur herstellung und deren verwendung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598537B (zh) * 2018-04-09 2020-08-04 温州市赢创新材料技术有限公司 一种燃料电池薄膜及其制备方法
CN110828839B (zh) * 2019-10-30 2021-03-26 深圳氢时代新能源科技有限公司 一种燃料电池复合材料的制备、材料、双极板和燃料电池

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103895319A (zh) * 2014-04-21 2014-07-02 苏州铉动三维空间科技有限公司 一种高性能的复合石墨烯导电涂料的喷涂制备复合膜的方法
CN107210456A (zh) * 2014-11-03 2017-09-26 于利奇研究中心有限公司 用于电化学电池的双极板及其制造方法
CN106654315A (zh) * 2016-12-15 2017-05-10 大连理工大学 一种石墨烯增强表面的燃料电池用高性能双极板及其制备方法
CN107611458A (zh) * 2017-09-06 2018-01-19 长沙小新新能源科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池双极板及其制备方法
CN108199058A (zh) * 2017-12-15 2018-06-22 中国第汽车股份有限公司 一种导电聚合物-石墨烯复合双极板的制备方法
CN109167081A (zh) * 2018-08-15 2019-01-08 成都新柯力化工科技有限公司 一种燃料电池的功能化氧化石墨烯复合极板及制备方法
CN109749582A (zh) * 2019-01-22 2019-05-14 雷洪军 一种石墨烯散热涂料及其制备方法
CN109755605A (zh) * 2019-02-19 2019-05-14 中氢新能技术有限公司 基于石墨烯材料的燃料电池双极板、制备方法及甲醇重整燃料电池组
CN109921055A (zh) * 2019-02-22 2019-06-21 佛山科学技术学院 一种超薄石墨烯复合柔性石墨双极板及其制备方法
WO2021073916A1 (de) * 2019-10-14 2021-04-22 Elringklinger Ag Bipolarplatte, verfahren zur herstellung und deren verwendung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"High-Performance Graphene Coating on Titanium Bipolar Plates in Fuel Cells via Cathodic Electrophoretic Deposition";Yi Liu等;《coatings》;20210410;第11卷;第437-（1-10）页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113690456A (zh) 2021-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100423925C (zh) 质子交换膜燃料电池用高分子树脂复合双极板的制备方法
CN110993980B (zh) 一种燃料电池极板的制备方法
CN103746122A (zh) 一种新型燃料电池复合材料双极板的制备方法
CN101656316A (zh) 一种磨碎碳纤维增强的酚醛树脂/石墨双极板材料
CN113690456B (zh) 用于燃料电池的高性能石墨烯双极板及其制备方法
CN103887536A (zh) 一种无机材料杂化的聚苯并咪唑质子交换膜的制备方法
CN109786778A (zh) 一种全钒液流电池用复合双极板及其制备方法
CN114058053A (zh) 一种共轭有机框架/全氟磺酸树脂复合质子交换膜的制备方法及其应用
CN102544525B (zh) 质子交换膜燃料电池复合材料双极板注射成型方法
CN1238919C (zh) 燃料电池双极板的制备工艺及其所用的复合材料
CN107611458A (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板及其制备方法
CN113717598A (zh) 一种不锈钢双极板表面有机导电防腐涂层的制备方法
CN105680074B (zh) 一种浸渍石墨双极板的制作工艺
CN105990589A (zh) 一种复合材料双极板及其制备方法
CN1677730A (zh) 一种质子交换膜燃料电池用复合双极板的制备方法
CN109888344A (zh) 利用静电纺丝法制备磺化聚醚醚酮负载非铂催化剂质子交换膜的方法
CN103490075B (zh) 全钒氧化还原液流电池及其端、双电极以及制备方法
CN113903937B (zh) 快速模压复合石墨双极板及其制备方法、及燃料电池
CN101419851A (zh) 导电复合材料
CN101252191A (zh) 一种质子交换膜燃料电池金属双极板的处理方法
CN110444765A (zh) 三聚氰胺交联聚乙烯醇水凝胶在锂电池硅负极材料中的应用
CN108129747B (zh) 一种液流电池用双极板及其制备和应用
CN102683724A (zh) 一种钒电池用高导电率导电橡胶双极板的制备方法
CN109485764A (zh) 一种热塑性树脂基复合材料双极板及其制备方法
CN114976021A (zh) 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant