CN1595698A - 复合聚吡咯层的燃料电池石墨极板的制造方法 - Google Patents

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王纪孝
王文增
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种复合聚吡咯层的燃料电池石墨极板的制造方法，属于燃料电池极板制造技术。该方法的步骤包括石墨板的制备和石墨极板表面的电化学法制备聚吡咯层，所述的石墨板的制备是以石墨粉和聚丙烯粉的混合料，在模具中高温高压压制成型。所述的石墨极板表面的电化学法制备聚吡咯层是以吡咯为主的溶液，在三电极体系中进行恒电位法，或者是循环伏安法聚合。本发明的优点在于工艺简单，成本低廉，利于批量生产。以该工艺过程生长在聚合物表面的导电聚吡咯层具有性能稳定、不易脱落等特点。

Description

复合聚吡咯层的燃料电池石墨极板的制造方法
                            技术领域
本发明涉及一种复合聚吡咯层的燃料电池石墨极板的制造方法，属于燃料电池极板制造技术。
                            背景技术
极板作为燃料电池的一个组件，主要作用包括隔断反应介质、集流导电、支撑膜电极和导热。成本约占电池堆总成本的60％。目前极板的主要类型有：碱性电池镍基板、酸性电池石墨极板、表面改性金属极板。在实际应用中，存在于气体扩散层与极板之间的接触电阻较大，一方面会导致电池发热，降低电池效率，另一方面，电池发热又会引起电池温度上升，影响电池的稳定和寿命。因此，接触电阻的大小是极板应用的一个重要表征参数。
由德国西门子公司和W·C·赫鲁斯两合公司共同申请的PCT/DE00/00717公开了一种由贵重金属如金涂镀在PEM燃料电池用电池框架和极板表面以减小接触电阻的方法，这一方法针对的是由德国专利申请DE 44 42 285 Cl和DE 197 02119的铁基材料制成的金属极板，而对于酸性电池石墨型极板难以适用，主要原因在于镀层在石墨板表面易于剥落，而且该方法涂镀贵重金属的成本也比较高。
本申请人在申请专利01144972.1中提及在石墨极板上生长有导电聚吡咯层的结构，但其聚吡咯层复合在极板上的具体制造方法并没有公开。
                            发明内容
本发明的目的在于提供一种复合聚吡咯层的燃料电池石墨极板的制造方法，依据本方法制造的极板同气体扩散层之间的接触电阻小。
本发明的对象是一种诸如燃料电池用、尤其是PEM燃料电池用极板和/或气体扩散层这样的部件，在其接触表面聚合有聚吡咯层，用以改变极板同气体扩散层之间的接触形式。
本发明具体的制造方法包括以下两个步骤：
(1)石墨板的制备：
在模具中填充质量比80％-95％的100-500目的石墨粉和质量比5％-20％的100-500目的聚丙烯粉的混合料，在200-300℃下及50-150MPa压制成型，然后冷却至150℃以下退模，制得石墨极板。
(2)石墨极板表面的电化学法制备聚吡咯层：
以0.25-1.5M吡咯、2-5M LiClO4、0.1-0.5M Na2CO3和0.1-0.5MNaHCO3配制成溶液，在溶液中以极板为工作电极，金属导电物为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系中进行电化学聚合。常温常压下以相对于饱和甘汞电极0.8-1.2V恒电位法聚合制得聚吡咯层；或者是常温常压下以相对于饱和甘汞电极0V为起始电位，0.8-1.2V为终止电位，聚合速度为0.01-0.1V·s-1的循环伏安法聚合制得聚吡咯层。
本发明所述的“聚吡咯层”是一层均匀的连续的致密的聚吡咯层，或者是一层不连续的扁平的聚吡咯孤岛区。
本发明的优点在于采用了聚吡咯这种新型的材料以减小极板与扩散层之间的接触电阻，成本大大低于其他的工艺，且工艺简单，利于批量生产。其次，该工艺过程生长在聚合物表面的导电聚合物具有性能稳定、不易脱落等特点。
                            附图说明
图1为本发明实例一所制备的复合聚吡咯层的石墨极板与未复合的石墨极板的接触电阻对比曲线。
图2为本发明实例一所制备的复合聚吡咯层的石墨极板表面的电镜照片。
                          具体实施方式
实施实例一：
1.石墨板的制备
称取95％的325目石墨粉和5％的聚丙烯粉的混合料3g置于模具中，将模具放入油压机的两个压板之间，随之升温至220℃并保温5min，继续恒温并将油压机加压至100MPa，在此压力下维持8min，切断加热电源，使模具随加热板降温至150℃时，取出模具冷却至室温后退模。
2.吡咯在石墨板表面的聚合
配制0.5M的吡咯、2M LiClO4、0.1M的Na2CO3和0.1M的NaHCO3溶液，以石墨极板为工作电极，大面积铁片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在相对于饱和甘汞电极0.8V的恒电位条件下聚合80s，制得厚度200-300nm的不连续的聚吡咯层。
实施实例二
1.石墨板的制备
称取85％的325目石墨粉和15％的聚丙烯粉的混合料2g置于模具中，将模具放入油压机的两个压板之间，随之升温至200℃并保温6min，继续恒温并将油压机加压至80MPa，在此压力下持续6min，切断加热电源，使模具随加热板降温至130℃时，取出模具冷却至室温后退模。
2.吡咯在石墨板表面的聚合
配制1.5M的吡咯、3.5M LiClO4、0.3M的Na2CO3和0.3M的NaHCO3溶液，以石墨极板为工作电极，大面积铁片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在相对于饱和甘汞电极以0V为起始电位，1.2V为终止电位，以25mV·s-1的速度扫描20周，制得250-350nm的较为连续的聚吡咯层。
实施实例三
1.石墨板的制备
称取90％325目石墨粉和10％的聚丙烯粉的混合料2.5g置于模具中，将模具放入油压机的两个压板之间，随之升温至200℃并在此温度下保温5min，继续恒温并将油压机加压至100MPa，在此压力下持续6min，随后维持油压机压力，切断加热电源，使模具随加热板降温至150℃时，取出模具冷却至室温后退模。
2.吡咯在石墨板表面的聚合
配制1M的吡咯、5M LiClO4、0.1M的Na2CO3和0.5M的NaHCO3溶液，以石墨极板为工作电极，大面积铁片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在相对于饱和甘汞电极以0V为起始电位，1V为终止电位，以50mV·s-1的速度扫描40周，制得厚度为350-400nm的连续的聚吡咯层。

Claims (1)

1.一种复合聚吡咯层的燃料电池石墨极板的制造方法，该方法特征在于包括以下两个步骤：
(1)石墨板的制备：
在模具中填充质量比70％-95％的100-500目的石墨粉和质量比5％-30％的100-500目的聚丙烯粉的混合料，在200-300℃下及50-150MPa压制成型，然后冷却至150℃以下退模，制得石墨极板；
(2)石墨极板表面的电化学法制备聚吡咯层：
以0.25-1.5M的吡咯、2-5M LiClO4、0.1-0.5M Na2CO3和0.1-0.5MNaHCO3配制溶液，在该溶液中以极板为工作电极，金属导电物为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系中进行电化学聚合，常温常压下以相对于饱和甘汞电极0.8-1.2V恒电位法聚合制得聚吡咯层；或者是常温常压下以相对于饱和甘汞电极0V为起始电位，0.8-1.2V为终止电位，聚合速度为0.01-0.1V·s-1的循环伏安法聚合制得聚吡咯层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102004225A (zh) * 2010-09-20 2011-04-06 东南大学 流化床电极直接碳燃料电池半电池的测试方法及装置

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