[发明专利]一种双极板材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种双极板材料及其制备方法和应用，所述双极板材料包括层叠体，所述层叠体包括柔性基材，以及与柔性基材接触的复合材料，所述复合材料包含树脂和导电填料，相对于100重量份所述树脂，所述导电填料的量为2‑60重量份。所述柔性基材可以提供具有良好力学强度的机械结构以及导电网络，所述双极板材料的气密性良好，可以克服金属双极板的腐蚀性问题及石墨双极板力学性能不足的缺陷，轻量化，并扩大了碳纤维的应用范围。

技术领域

本发明涉及双极板材料技术领域，特别是涉及一种连续碳纤维双极板材料。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的双极板功能和要求主要有：(1)分隔氧化剂和还原剂，应具有阻气功能；(2)集流作用，应是电的良导体；(3)必须是热的良导体，保证工作温度分布均匀并顺利排除废热；(4)双极板材料在其工作温度与点位范围内，同时具有在氧化介质和还原介质两种条件下的抗腐蚀能力；(5)双极板两侧的流场应保证气均匀分布。

近年来研究较多的双极板材料大致可以分为如下几类：纯石墨材料、金属及其表面改性材料、聚合物/填料复合材料等。石墨双极板质量轻、耐腐蚀性能好、导电性较强，但由于石墨较脆，给组装过程造成一定难度，而且在制造过程中容易产生气孔，会使燃料与氧化剂互相渗透，还需要浸渍等后续处理。金属双极板具有良好的导电性、导热性、机械加工性、致密性，适合批量生产。但金属在酸性环境中工作易被腐蚀或溶解。因此，有必要在金属表面形成导电且耐腐蚀的覆盖层，增加了成本。聚合物/填料双极板具有耐腐蚀、易成型、低成本等特点，但是其电阻率仍需要继续降低。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的之一是解决现有技术中的上述问题，提供了一种在提高双极板复合材料强度的同时，还可以满足双极板电阻率要求的双极板材料，所述双极板材料不仅具有良好的导电性，属于高导电体，同时还具有高的机械性能。

用于解决问题的方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双极板材料，其包括层叠体，所述层叠体包括柔性基材，以及与柔性基材接触的复合材料，所述复合材料包含树脂和导电填料，相对于100重量份所述树脂，所述导电填料的量为2-60重量份。

优选的，所述双极板材料包含顺序层叠的至少2个层叠体，任选所述层叠体的任意表面与金属片接触。

优选的，所述的基材为碳纤维织物，更优选的，所述碳纤维编织布为平纹、斜纹、缎纹织物中一种或几种的组合。

优选的，所述树脂为热固性树脂，更优选为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或几种的组合；所述导电填料为碳纳米管、石墨烯、金属粉末、碳黑、碳纤维、乙炔黑、导电聚合物颗粒中的一种或几种的组合。

优选的，所述金属片为铝及其合金、钛及其合金、铜及其合金中的一种或几种的组合。

优选的，所述复合材料还包括分散剂，所述的分散剂为丁酮、丙酮、NMP、甲醇、乙醇中的一种或几种的组合，分散剂和树脂的质量比为1-10:1，优选2-8：1，更优选为4-6:1。

本发明的还提供了上述双极板材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将导电材料和树脂混合得到混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物涂覆到柔性基材表面；

(3)将步骤(2)得到的被涂覆的基材与任选存在的金属片进行层压。

优选的，所述的层压条件为：温度100-250℃，层压时间为10-60min，所述的铺层为铺3-30层。

本发明的进一步提供了一种上述双极板材料在制备燃料电池中的应用。