TWI556953B

TWI556953B - A metal-based sheet composite graphite sheet

Info

Publication number: TWI556953B
Application number: TW102137600A
Authority: TW
Inventors: Biing Jyh Weng; Ping Ya Ko; Ching Jang Lin; Hui Yun Bor; cheng huan Wang; Jin Tarng Hwang; Huei Mei Tsai
Original assignee: Nat Inst Chung Shan Science & Technology
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2016-11-11
Also published as: TW201515822A

Description

一種金屬基薄片複合石墨薄片

本發明係關於一種電池電極材料或一散熱之應用，特別是關於一種燃料電池電極材料或一種散熱用之金屬基薄片複合石墨薄片。

燃料電池係一種藉著電化學反應，直接利用含氫燃料和空氣中氧產生電力和熱能的裝置。由於具有低污染、高效率的乾淨發電技術，可應用於發電機組、車輛動力與可攜式電力等，因此成為近年來美、日、歐各國爭相研發及推廣的對象。雙極分隔板(Bipolar current collector-separator)是燃料電池(Fuel Cell)重要組件，雙極分隔板主要功能有五：(1)當作燃料氣體(如氫氣H2)及氧化劑(如氧氣O2或空氣)氣體分隔板，(2)在雙極分隔板兩表面有氣体導流凹槽分佈當作氣体導流槽，(3)當作在陰極及臨近另一電池(cell)陽極之電流傳導，(4)當作電流收集器，(5)也可在雙極分隔板內部加入冷卻劑導流管去除電池熱量。它可防止燃料氣體(如氫氣)與氧化劑(如氧氣)相混合，因此，雙極分隔板必須是對氣體有高不透氣性、高的電傳導性及耐腐蝕的薄片，在使用設計上也希望雙極分隔板薄片能做得儘可能薄化，使燃料電池體積變小，並且改進電及熱傳導性，以便達到更經濟性及多樣化之燃料電池。

作為雙極分隔板薄片，同時具有高熱傳導性，因此結合電子裝置構件會產生高溫高熱之電子元件(如中央處理器、發光二極體、雷射二極體等)上，可以快速的將熱傳導出去，因此作為雙極分隔板薄片也可當作散熱元件使用。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種金屬基薄片複合石墨薄片，整合一有孔金屬基薄片、一高導熱石墨紙、一蓬鬆石墨片等，以製備出應用於燃料電池或散熱片，具有良好電及熱傳導性的金屬基薄片複合石墨薄片。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種金屬基薄片複合石墨薄片，其包括：一有孔金屬基薄片，其係利用金屬基薄片打洞製成，或該有孔金屬基薄片係一金屬擴張網薄片，該金屬擴張網薄片係利用金屬基薄片經切割後，再經拉伸製成有孔之擴張網薄片；一高導熱石墨紙；一蓬鬆石墨片，其係設置於該金屬基薄片與高導熱石墨紙之間；其中，該金屬基薄片、該高導熱石墨紙與該蓬鬆石墨片經加壓成型製成金屬基薄片複合石墨薄片。

上述有孔金屬基薄片，其一面係為一尖角粗糙面，且該有孔金屬基薄片之材質可選自鐵基合金、鎳基合金、銅、鋁或鈦金屬等其中之一。

設置於該金屬基薄片與該高導熱石墨紙之間的蓬鬆石墨片可是多層石墨烯或蠕虫狀石墨所製成；而上述高導熱石墨紙則可是以適當合成及熱處理的熱裂解石墨紙製成，也可是柔性石墨紙所製成。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之另一方案，提供一種金屬基薄片複合石墨薄片，其包括：一金屬基薄片；一高導熱石墨紙；一蓬鬆石墨片，兩側面附著一黏著劑，其係設置於該金屬基薄片與該高導熱石墨紙之間；其中，該金屬基薄片、該高導熱石墨紙與該蓬鬆石墨片經加壓成型製成金屬基薄片複合石墨薄片。

上述金屬基薄片，其材質可選自鐵基合金、鎳基合金、銅、鋁或鈦金屬等其中之一。

設置於該金屬基薄片與該高導熱石墨紙之間的蓬鬆石墨片可是多層石墨烯或蠕虫狀石墨所製成，其兩側面皆塗有一黏著劑，該黏著劑成份可選自環氧樹脂、矽樹脂或酚醛樹脂；而上述高導熱石墨紙則可是以適當合成及熱處理的熱裂解石墨紙製成，也可是柔性石墨紙所製成。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之另一方案，提供一種複合石墨薄片，其包括：一金屬基或高分子薄片；一蓬鬆石墨粉，金屬基或高分子薄片兩側或單面附著一黏著劑，將一定厚度蓬鬆石墨粉刮塗於有膠之金屬基或高分子薄片上，再以滾壓機滾壓或壓機加壓成型製成複合石墨薄片。

上述蓬鬆石墨粉，係為一蠕虫狀石墨經浸泡在酒精水溶液中，將蠕虫狀石墨溶液進行機械法切片後，再以篩網過濾後置於烘箱中烘乾而製成。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

本發明之主要目的在於利用金屬基薄片具有良好之延展性、導電性、機械加工性、氣密性及成本低等優勢，結合具有良好之抗腐蝕性的高導熱石墨紙，並加上蓬鬆石墨片或粉，以製備出散熱效果良好、導電度高及抗腐蝕之金屬基薄片複合石墨薄片。

一般而言，金屬基薄片與石墨薄片在無膠下的狀況下是非常不容易結在一起，本發明係利用將金屬基薄片穿刺打洞或製成擴張網，因而製成有孔金屬基薄片，該有孔金屬基薄片因打孔的關係，使得其一側面變成有金屬尖角突出的粗糙面，而這金屬尖角突出的粗糙面在與高導熱石墨紙結合時會形成一種機械結合力的產生；另高導熱石墨紙與該有孔金屬基薄片直接壓合時因會有無法填實金屬基薄片孔洞，所以本實施例中在高導熱石墨紙與有孔金屬基薄片之間加入蓬鬆的多層石墨烯或蠕虫狀石墨或蓬鬆石墨粉來當界面材料，其功效不僅可填實金屬基薄片之孔洞，而且對有皺摺高導熱石墨紙有整平作用，並增加高導熱石墨紙熱容等優點。

本實施例步驟如下：首先先取得一銅擴張網或一有孔銅金屬基薄片、一蠕虫狀石墨片、一熱裂解石墨紙(熱傳導係數1600W/mK)；將銅擴張網或有孔銅金屬基薄片、蠕虫狀石墨、熱裂解石墨紙，依續放入模具內，然後在模具內進行無膠模壓，其中銅擴張網尖角粗糙面與蠕虫狀石墨接觸，加壓製成有孔銅金屬基薄片複合石墨薄片，其測得電阻為0.2mΩ；另一製程不採用模具直接將三層結構進行滾壓製成孔銅金屬基薄片複合石墨薄片，其測得電阻0.19mΩ。

本發明之另一實施例，同樣是利用金屬基薄片具有良好之延展性、導電性、機械加工性、氣密性及成本低等優勢，再結合抗腐蝕性高導熱石墨紙及蓬鬆石墨片，並加強金屬基薄片複合石墨薄片材料間的結合力，其製程步驟如下：首先先取得一不銹鋼金屬基薄片、一蠕虫狀石墨片、一熱裂解石墨紙(熱傳導係數1600W/mK)；將不銹鋼金屬基薄片、蠕虫狀石墨片、熱裂解石墨紙，依續放入模具內，然後在模具內進行模具熱壓，其中蠕虫狀石墨片的兩側噴上或塗上環氧樹脂，以加強該金屬基薄片複合石墨薄片的強度，其測得電阻約為16-23mΩ，而該不銹鋼金屬薄片測得電阻約為240-600mΩ。

上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims

一種金屬基薄片複合石墨薄片，包括：一有孔金屬基薄片；一高導熱石墨紙；一蓬鬆石墨片，其係設置於該金屬基薄片與該高導熱石墨紙之間；其中，該金屬基薄片、該高導熱石墨紙與該蓬鬆石墨片經加壓成型製成金屬基薄片複合石墨薄片。
如申請專利範圍第1項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該有孔金屬基薄片係利用金屬基薄片打洞製成或該有孔金屬基薄片係一金屬擴張網薄片。
如申請專利範圍第1項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該有孔金屬基薄片係包含一尖角粗糙面。
如申請專利範圍第1項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該有孔金屬基薄片係選自鐵基合金、鎳基合金、銅、鋁或鈦金屬其中之一。
如申請專利範圍第1項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該蓬鬆石墨片係為一蠕虫狀石墨薄片。
一種金屬基薄片複合石墨薄片，包括：一金屬基薄片；一高導熱石墨紙；一蓬鬆石墨片，兩側面附著一黏著劑，其係設置於該金屬基薄片與該高導熱石墨紙之間；其中，該金屬基薄片、該高導熱石墨紙與該蓬鬆石墨片經加壓成型製成金屬基薄片複合石墨薄片。
如申請專利範圍第6項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該蓬鬆石墨片係為一蠕虫狀石墨薄片。
如申請專利範圍第6項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該高導熱石墨紙係為一熱裂解石墨紙。
如申請專利範圍第6項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該高導熱石墨紙係為一柔性石墨紙。
如申請專利範圍第6項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該金屬基薄片係選自鐵基合金、鎳基合金、銅、鋁、鈦金屬其中之一。
一種金屬基薄片複合石墨薄片，包括：一金屬基薄片，至少一側面附著一黏著劑，該金屬基薄片係選自鐵基合金、鎳基合金、銅、鋁、鈦金屬其中之一；一蓬鬆石墨粉；其中，將蓬鬆石墨粉塗於有膠面之金屬基薄片，再以滾壓或加壓成型製成金屬基薄片複合石墨薄片。
如申請專利範圍第11項所述之金屬基薄片複合石墨薄片，其中，該蓬鬆石墨粉係為一蠕虫狀石墨經浸泡在酒精水溶液中，將蠕虫狀石墨溶液進行機械法切片後，再以篩網過濾後置於烘箱中烘乾而製成。