CN114628714A - 一种复合材料双极板及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料双极板及其制备工艺，其中复合材料双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层及位于其两侧的增韧导电模塑料层，所述增韧导电模塑料层的外表面形成流道结构；所述改性碳纤维预浸料复合层的厚度为0.15~0.6mm，所述增韧导电模塑料层的厚度为0.2~1.2mm。制备复合材料双极板时，依次将增韧导电模塑料层、改性碳纤维预浸料复合层、增韧导电模塑料层堆叠在模具中，形成的三明治结构经过热压成型制备得到复合材料双极板。本发明的复合材料双极板采用三明治堆叠结构，满足了复合双极板对高导电性、高机械强度、低透气率、低成本、精密成型性能的要求，引入高强改性碳纤维预浸料复合层，提高了复合材料双极板的机械强度及导电性能。

Description

一种复合材料双极板及其制备工艺

技术领域

本发明属于双极板技术领域，具体涉及一种复合复合材料双极板及其制备工艺。

背景技术

近年来，基于固体氧化物、熔融碳酸盐、磷酸、碱性和质子交换膜的燃料电池技术不断发展。在这些不同的燃料电池系统中，由于具有高效、高功率密度、高工作温度、快速的启动高温(HT)，质子交换膜燃料电池(PEMFC)已被应用于发电和汽车等方面。

质子交换膜燃料电池包含许多部件，双极板是燃料电池电堆中最重要的部件之一，因为双极板占燃料电池电堆重量的50％～80％，制造成本占燃料电池电堆的30％～50％。因此燃料电池双极板必须保证最低的允许厚度和密度进行开发，并使用低成本的材料进行大规模生产。

石墨是制造质子交换膜燃料电池最常用的材料，因为它具有优异的电学性能以及优异的耐腐蚀性能。然而，目前市场上通过机加工形成的石墨双极板机械性能较差，良品率较难控制，并且生产周期较长。

金属双极板具有更高的机械强度和导电性，可大批量快速生产。然而，金属双极板在质子交换膜燃料电池中耐腐蚀性能较差，金属离子易析出导致催化剂中毒，容易损失电池性能。

由于具有成本效益高、制造过程稳定等优点，石墨基聚合物双极板很可能取代传统石墨双极板，然而石墨基聚合物双极板中的石墨含量必须与聚合物量相平衡，虽然聚合物能够赋予其机械强度，但其导电性能会受到较大影响。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种复合材料双极板及其制备工艺。本发明制备的复合材料双极板具有高导电性、高耐腐蚀性、优异的力学性能、超薄的厚度、优良的尺寸稳定性及耐高温性等优点。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层及位于其两侧的增韧导电模塑料层，所述增韧导电模塑料层的外表面形成流道结构；

所述改性碳纤维预浸料复合层的厚度为0.15～0.6mm，所述增韧导电模塑料层的厚度为0.2～1.2mm。

进一步地，所述改性碳纤维预浸料复合层包括三-十层改性碳纤维预浸料层，所述改性碳纤维预浸料层包括碳纤维布及位于其表面的预浸料层。

优选地，所述碳纤维布为单向带碳纤维布、单向织物碳纤维中的一种或多种，厚度为0.05～0.5mm之间。

进一步地，所述预浸料层由改性热固性树脂浆料制成，所述改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；

所述热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的20％～60％、40％～80％、0.1％～10％、0.1％～10％、0.1％～5％。

一种复合材料双极板的制备方法，所述复合材料双极板经热模压制成型，包含以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层的制备

ⅰ、改性热固性树脂浆料的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，并将所述改性热固性树脂胶膜与所述碳纤维布进行复合预浸得到改性碳纤维预浸料层，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将制备的改性碳纤维预浸料层按不同纤维取向角度θ依次堆叠三～十层，在50～100℃下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

Ⅱ、增韧导电模塑料层的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，得到的增韧导电模塑料在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在50～250℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层、改性碳纤维预浸料复合层及增韧导电模塑料层，堆叠形成三明治结构；优选地，模具的温度为80～150℃；

B、将步骤A中得到的三明治结构在5～50MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压0.5～10min，即得到复合材料双极板。优选地，压制成型的压力为10～25MPa。

进一步地，步骤Ⅱ中所述碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种或多种，所述碳纳米管添加量是所述增韧导电浆料总重量的0.01％～10％；

所述石墨烯为氧化还原石墨烯、液相剥离石墨烯、化学气相沉积石墨烯、机械剥离石墨烯中的一种或多种，所述石墨烯的添加量是所述增韧导电浆料总重量的0.01％～10％；

所述增韧弹性体为聚氨酯、聚乙烯、聚乙烯和乙烯-丙烯-二烯单体杂化体系中的一种或多种，所述增韧弹性体的加入量是所述增韧导电浆料总重量的3％～30％。

进一步地，步骤Ⅱ中所述石墨粉包含以下条件中的任一项或多项：

(1)所述石墨粉为人造石墨和/或天然鳞片石墨；

(2)所述石墨粉的粒径为30～180μm；优选地，石墨粉的粒径为50～100μm；

(3)所述石墨粉的加入量为石墨粉与增韧导电浆料总重量的60％～95％。

进一步地，步骤Ⅱ中所述低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的1％～10％、0.1％～5％、0.5％～5％、3％～10％、0.1％～5％。

进一步地，所述热固性树脂为聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯混杂树脂中的一种或多种；

所述导电填料为石墨粉、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

所述增稠剂为碱土金属氧化物和异氰酸酯中的一种或多种。优选地，所述碱土金属氧化物为氧化镁和/或氧化钙。

所述自由基引发剂为过氧化物、氢氧化物、过氧化苯甲叔丁酯、过硫酸盐、叔丁基过苯甲酸酯中的一种或多种。

所述促进剂为异辛酸钴、苯胺类促进剂、叔丁基促进剂中的一种或多种。

进一步地，所述改性碳纤维预浸料层的纤维取向角度θ为+90°、﹣90°、+45°、﹣45°、0°中的至少三种。

优选地，纤维取向角度θ至少包括三种不同的角度，优选的方案为0°、+90°、+45°，0°、+90°、-45°，0°、+90°、-90°，0°、+90°、-90°、+45°、-45°，0°、+90°、+45°、+45°、+90°、0°，0°、+90°、-90°、+45°、-45°、-45°、+45°、-90°、+90°、0°中的组合。

进一步地，所述石墨粉包含以下条件中的至少一项：

(1)所述石墨粉粒径为1～20μm；

(2)所述石墨粉包括人造石墨、天然鳞片石墨、膨胀石墨中的一种或多种。

进一步地，所述低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂、苯乙烯和丙烯酸共聚反应的共聚物及乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种，所述内脱模剂为硬脂酸钙或/和硬脂酸锌。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

本发明在复合材料双极板制备时依次将增韧导电模塑料层、改性碳纤维预浸料复合层、增韧导电模塑料层堆叠在模具中形成三明治结构，三明治结构通过热压成型制备得到复合材料双极板。本发明采用三明治堆叠结构，满足了复合双极板对高导电性、高机械强度、低透气率、低成本、精密成型性能的要求，在双极板板材内部引入高强改性碳纤维预浸料复合层，提高了复合双极板的机械强度及导电性能。

本发明在制备改性碳纤维预浸料复合层时，利用改性碳纤维预浸料对碳纤维布进行导电改性，由于碳纤维布中难免存在缝隙及孔洞，采用粒径更小的石墨粉对缝隙和孔洞进行填充，能够降低夹层的透气率、增强碳纤维预浸料复合层的平整度，吸收一部分在双极板成型过程中产生的应力，从而有效降低碳纤维预浸料的表面电阻，并且能够降低碳纤维预浸料的孔隙率。在碳纤维预浸料中引入石墨粉及纳米导电材料碳纳米管和石墨烯，碳纳米管和石墨烯同时存在具有一定的协同效应，碳纳米管能够增加石墨烯的层间距，更有利于电子的传递，降低了碳纤维预浸料的渗滤阈值，石墨烯表面具有褶皱纹理及高的热传导性，能够与树脂基体中的分子链进行互锁，提高界面层间强度。

本发明在制备改性碳纤维预浸料复合层时采用叠层层压工艺，将制备的改性碳纤维预浸料层按不同纤维取向角度θ依次堆叠三～十层，在50～100℃下层压成型，单向碳纤维预浸料以不同的纤维取向角度进行堆叠能够使得双极板获得较低的穿透方向电阻及较高的平面弯曲强度，采用本发明的叠层层压工艺制备得到的复合材料在垂直于纤维长度的方向上具有较低的导电性和强度，且界面接触电阻较高。

本发明在制备增韧导电模塑料层时，以石墨为主要填料，并引入碳纳米管、石墨烯这些纳米导电材料，能够有效减少石墨粉的添加量，降低双极板表面与气体扩散层的界面接触电阻，并且由于石墨粉是软质材料，相比碳纤维预浸料更适合于双极板表面流道的精密成型。

本发明在增韧导电模塑料层中引入增韧弹性体，积极效果在于：当复合材料中存在热固性树脂时，复合材料依旧具备脆性，而加入增韧弹性体后，增韧弹性体能够与热固性树脂形成连续相，使聚合物体系的交联密度提高，增加了复合材料的塑性，使石墨烯、碳纳米管在一个较低的渗滤阈值下在聚合物材料之间建立导电网络，提高双极板的导电性能并改善复合材料的脆性。

附图说明

图1是本发明实施例1中复合材料双极板的结构示意图。

图2是图1中复合材料双极板中改性碳纤维预浸料层的结构示意图。

图3是实施例1中改性碳纤维预浸料层中纤维取向角度的结构示意图。

图4是实施例2中改性碳纤维预浸料层中纤维取向角度的结构示意图。

图5是实施例3中改性碳纤维预浸料层中纤维取向角度的结构示意图。

图6是实施例5中改性碳纤维预浸料层中纤维取向角度的结构示意图。

附图标记说明：1-改性碳纤维预浸料复合层；2-增韧导电模塑料层；10-改性碳纤维预浸料层；100-碳纤维布；101-预浸料层。

具体实施方式

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

实施例1

如图1所示，一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中，改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

所述改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成，如图2所示。

具体地，改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

如图3所示，改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为90°、0°、-90°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，所述石墨烯的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

增韧弹性体为聚氨酯，所述增韧弹性体的加入量是增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量为石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2，堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本实施例涉及的物质种类如下：热固性树脂为乙烯基酯树脂，增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

导电填料为石墨粉、碳纳米管及石墨烯的混合物，石墨粉为粒径为8μm的人造石墨，石墨粉的加入量为导电填料总重量的90％，碳纳米管加入量为导电填料总重量的5％，石墨烯的加入量为导电填料总重量的5％。

实施例2

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中，改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

所述改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

具体地，改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

如图4所示，改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为90°、0°、45°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的添加量为增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯的添加量为增韧导电浆料总重量的1％；

所述增韧弹性体为聚氨酯，增韧弹性体的加入量为增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

其中，低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本实施例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂。

导电填料为石墨粉、碳纳米管及石墨烯的混合物，其中石墨粉是粒径为8μm的人造石墨，石墨粉的加入量为导电填料总重量的90％，碳纳米管的加入量为导电填料总重量的5％，石墨烯加入量为导电填料总重量的5％。

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

实施例3

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，所述增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

如图5所示，改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为45°、0°、-45°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

增韧弹性体为聚氨酯，增韧弹性体的加入量是增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

所述石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本实施例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂；

导电填料为石墨粉、碳纳米管及石墨烯的混合物，石墨粉是粒径为8μm的人造石墨，石墨粉的加入量为导电填料总重量的90％，碳纳米管加入量为导电填料总重量的5％，石墨烯加入量为导电填料总重量的5％。

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

实施例4

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.2mm，所述增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

所述碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.06mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为90°、0°、-90°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

增韧弹性体为聚氨酯，增韧弹性体的加入量是增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

所述石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本实施例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂；

导电填料为石墨粉、碳纳米管及石墨烯的混合物，石墨粉是粒径为8μm的人造石墨，石墨粉的加入量为导电填料总重量的90％，碳纳米管加入量为导电填料总重量的5％，石墨烯加入量为导电填料总重量的5％；

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

实施例5

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中，改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

所述改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

具体地，改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠四层，在60℃下层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

如图6所示，改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层、第四层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为45°、90°、0°、-45°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的添加量为增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯的添加量为增韧导电浆料总重量的1％；

所述增韧弹性体为聚氨酯，增韧弹性体的加入量为增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

其中，低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本实施例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂。

导电填料为石墨粉、碳纳米管及石墨烯的混合物，其中石墨粉是粒径为8μm的人造石墨，石墨粉的加入量为导电填料总重量的90％，碳纳米管的加入量为导电填料总重量的5％，石墨烯加入量为导电填料总重量的5％。

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

对比例1

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，所述增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，所述增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为90°、0°、-90°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

增韧弹性体为聚氨酯，增韧弹性体的加入量是增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

所述石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本对比例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂；

导电填料为石墨粉，所述石墨粉是粒径为8μm的人造石墨。

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

对比例2

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，所述增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

所述改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

所述改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为90°、0°、-90°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

增韧弹性体为聚氨酯，所述增韧弹性体的加入量是增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

所述石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本对比例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂；

导电填料为石墨粉与石墨烯的混合物，石墨粉是粒径为8μm的人造石墨。石墨烯加入量占导电填料总重量的5％。

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

对比例3

一种复合材料双极板，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层1及位于其两侧的增韧导电模塑料层2，所述增韧导电模塑料层2的外表面形成流道结构；其中改性碳纤维预浸料复合层1的厚度为0.4mm，增韧导电模塑料层2的厚度为0.5mm。

所述改性碳纤维预浸料复合层1包括三层改性碳纤维预浸料层10，每层改性碳纤维预浸料层10包括碳纤维布100及位于其表面的预浸料层101，预浸料层101由改性热固性树脂浆料制成。

所述改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；其中热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的30％、61％、5％、3％、1％。

碳纤维布100为单向带碳纤维布，厚度为0.15mm。

一种复合材料双极板的制备工艺，包括以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层1的制备

ⅰ、改性热固性树脂的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂、促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层10的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，根据预浸料单位面积碳纤维质量将一定数量的碳纤维纱筒置于纱架上，经过打散辊、展平辊后，形成碳纤维布，将已制备好的改性热固性树脂胶膜与碳纤维布进行复合预浸形成改性碳纤维预浸料层10，最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层10卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将改性碳纤维预浸料层10按不同纤维取向角度θ依次堆叠三层，在60℃下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层；

改性碳纤维预浸料复合层1中从上至下数第一层、第二层、第三层改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ分别为90°、0°、-90°。

Ⅱ、增韧导电模塑料层2的制备：

1)将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

其中碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

石墨烯为液相剥离石墨烯，石墨烯的添加量是增韧导电浆料总重量的1％；

增韧弹性体为聚氨酯，所述增韧弹性体的加入量是增韧导电浆料总重量的5％。

低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的2％、2％、1％、5％、1％。

低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂，内脱模剂为硬脂酸锌。

2)将石墨粉及步骤1)制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，并在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层；

所述石墨粉是粒径为55μm的天然鳞片石墨，石墨粉的加入量是石墨粉与增韧导电浆料总重量的70％。

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在150℃的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层2、改性碳纤维预浸料复合层1、增韧导电模塑料层2堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在20MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压2min，即得到复合材料双极板。

本对比例涉及的物质种类如下：

热固性树脂为乙烯基酯树脂；

导电填料为石墨粉与碳纳米管的混合物，石墨粉是粒径为8μm的人造石墨。碳纳米管加入量占导电填料总重量的5％。

增稠剂为氧化钙，自由基引发剂为过氧化甲苯叔丁酯，促进剂为异辛酸钴。

将实施例1-4级对比例1-3制备得到的复合材料双极板进行相关性能的比较，比较结果见表1所示：

表1实施例1-4及对比例1-3制得的复合材料双极板相关性能的比较

其中实施例2与实施例1相比，改变了改性碳纤维预浸料复合层1中改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ。

实施例3与实施例1相比，改变了改性碳纤维预浸料复合层1中改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ。

实施例4与实施例1相比，改变了改性碳纤维预浸料复合层的厚度。

实施例5与实施例1相比，改变了改性碳纤维预浸料复合层1中改性碳纤维预浸料层10的纤维取向角度θ及堆叠层数。

对比实施例1～5可知，随着改性碳纤维预浸料复合层铺层角度的变化，实施例5中采用复合角度(90°/0°/45°/-45°)铺设的改性碳纤维预浸料复合层能够提供更致密的网状结构，相比实施例2采用正交角度(90°/0°/45°)铺设的碳纤维预浸料复合层能够有效降低双极板的透气率并增强弯曲强度，这是由于实施例5中的碳纤维预浸料复合层上下两面有着同样的致密网状结构，能够有效地降低双极板的透气率，透气率越低，能够保证双极板在电堆中运行时不发生氢气泄漏的情况，进一步提高了燃料电池电堆的安全性与稳定性。

对比实施例4与实施例1～3可知，降低碳纤维预浸料厚度，会导致双极板强度降低。

对比例1与实施例1相比，对比例1中的改性碳纤维预浸料复合层中的导电填料中只含有石墨粉，对比例1中制得的复合材料双极板的体电导率下降，弯曲强度下降。

对比例2与实施例1相比，对比例2中的改性碳纤维预浸料复合层中的导电填料中只含有石墨粉及石墨烯，对比例2中制得的复合材料双极板的体电导率下降。

对比例3与实施例1相比，对比例3中的改性碳纤维预浸料复合层中的导电填料中只含有石墨粉及碳纳米管，对比例3中制得的复合材料双极板的体电导率下降。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种复合材料双极板，其特征在于，所述双极板为分层式复合结构，包括改性碳纤维预浸料复合层（1）及位于其两侧的增韧导电模塑料层（2），所述增韧导电模塑料层（2）的外表面形成流道结构；

所述改性碳纤维预浸料复合层（1）的厚度为0.15~0.6mm，所述增韧导电模塑料层（2）的厚度为0.2~1.2mm。

2.根据权利要求1所述的复合材料双极板，其特征在于，所述改性碳纤维预浸料复合层（1）包括三-十层改性碳纤维预浸料层（10），所述改性碳纤维预浸料层（10）包括碳纤维布（100）及位于其表面的预浸料层（101）。

3.根据权利要求2所述的复合材料双极板，其特征在于，所述预浸料层（101）由改性热固性树脂浆料制成，所述改性热固性树脂浆料包括以下组分：热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂；

所述热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂的加入量分别占所述改性热固性树脂浆料重量的20%~60%、40%~80%、0.1%~10%、0.1%~10%、0.1%~5%。

4.权利要求1~3任一项所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，所述复合材料双极板经热模压制成型，包含以下步骤：

Ⅰ、改性碳纤维预浸料复合层（1）的制备

ⅰ、改性热固性树脂浆料的制备：

按所需的配比将热固性树脂、导电填料、增稠剂、自由基引发剂及促进剂在混合机中进行混合，得到改性热固性树脂浆料；

ⅱ、改性碳纤维预浸料层（10）的制备：

在涂布机上将制得的改性热固性树脂浆料均匀地涂覆于离型纸上形成改性热固性树脂胶膜，并将所述改性热固性树脂胶膜与所述碳纤维布（100）进行复合预浸得到改性碳纤维预浸料层（10），最后经冷却平台、牵引辊，将改性碳纤维预浸料层（10）卷取在相应的收卷芯筒上；

ⅲ、改性碳纤维预浸料复合层的制备：

采用叠层层压工艺，将制备的改性碳纤维预浸料层（10）按不同纤维取向角度θ依次堆叠三~十层，在50 ~100°C下，层压成型，得到改性碳纤维预浸料复合层（1）；

Ⅱ、增韧导电模塑料层（2）的制备：

1）将碳纳米管、石墨烯、增韧弹性体、低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂在搅拌下混合分散在热固性树脂中，得到增韧导电浆料；

2）将石墨粉及步骤1）制得的增韧导电浆料倒入捏合机中进行捏合搅拌，获得增韧导电模塑料，得到的增韧导电模塑料在室温下增稠熟化，即得到增韧导电模塑料层（2）；

Ⅲ、复合材料双极板的制备

A、在50 ~250°C的模具内从下至上依次放置增韧导电模塑料层（2）、改性碳纤维预浸料复合层（1）及增韧导电模塑料层（2），堆叠形成三明治结构；

B、将步骤A中得到的三明治结构在5~50MPa的压力下压制成型，压制成型过程中排气三次，保压0.5~10min，即得到复合材料双极板。

5.根据权利要求4所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，步骤Ⅱ中所述碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种或多种，所述碳纳米管添加量是所述增韧导电浆料总重量的0.01%~10%；

所述石墨烯为氧化还原石墨烯、液相剥离石墨烯、化学气相沉积石墨烯、机械剥离石墨烯中的一种或多种，所述石墨烯的添加量是所述增韧导电浆料总重量的0.01%~10%；

所述增韧弹性体为聚氨酯、聚乙烯、聚乙烯和乙烯-丙烯-二烯单体杂化体系中的一种或多种，所述增韧弹性体的加入量是所述增韧导电浆料总重量的3%~30%。

6.根据权利要求4所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，步骤Ⅱ中所述石墨粉包含以下条件中的任一项或多项：

（1）所述石墨粉为人造石墨和/或天然鳞片石墨；

（2）所述石墨粉的粒径为30 ~180μm；

（3）所述石墨粉的加入量为石墨粉与增韧导电浆料总重量的60%~95%。

7.根据权利要求4所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，步骤Ⅱ中所述低收缩剂、自由基引发剂、增稠剂、内脱模剂及促进剂的加入量分别是增韧导电浆料总重量的1%~10%、0.1%~5%、0.5%~5%、3%~10%、0.1%~5%。

8.根据权利要求4所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯混杂树脂中的一种或多种；

所述导电填料为石墨粉、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；

所述增稠剂为碱土金属氧化物和异氰酸酯中的一种或多种；

所述自由基引发剂为过氧化物、氢氧化物、过氧化苯甲叔丁酯、过硫酸盐、叔丁基过苯甲酸酯中的一种或多种；

所述促进剂为异辛酸钴、苯胺类促进剂、叔丁基促进剂中的一种或多种。

9.根据权利要求4所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，所述改性碳纤维预浸料层（10）的纤维取向角度θ为+90°、﹣90°、+45°、﹣45°、0°中的至少三种。

10.根据权利要求8所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，所述石墨粉包含以下条件中的至少一项：

（1）所述石墨粉粒径为1~20μm；

（2）所述石墨粉包括人造石墨、天然鳞片石墨、膨胀石墨中的一种或多种。

11.根据权利要求4或7所述的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，所述低收缩剂为苯乙烯单体稀释的聚苯乙烯树脂、苯乙烯和丙烯酸共聚反应的共聚物及乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种，所述内脱模剂为硬脂酸钙或/和硬脂酸锌。

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