[发明专利]一种氢燃料电池用单极板及其制备方法及氢燃料电池有效

申请号：	201910092812.6	申请日：	2019-01-30
公开（公告）号：	CN109817990B	公开（公告）日：	2021-11-23
发明（设计）人：	李宜彬	申请（专利权）人：	日照市烯创新材料科技有限公司
主分类号：	H01M4/86	分类号：	H01M4/86;H01M4/88;H01M8/0213;H01M8/0228;H01M8/0267;H01M8/22
代理公司：	哈尔滨龙科专利代理有限公司 23206	代理人：	高媛
地址：	276800 山东省日照***	国省代码：	山东;37
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摘要：
搜索关键词：	一种燃料电池极板及其制备方法
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【说明书】：

一种氢燃料电池用单极板及其制备方法及氢燃料电池，属于氢燃料电池研究技术领域，所述的单极板由膨胀石墨和石墨烯制备而成。本发明通过在单极板中加入石墨烯层，并结合原位致密化的手段获得高密度（2~2.1g/cm^‑3）的膨胀石墨/石墨烯/膨胀石墨三明治结构的单极板。和传统的氢燃料电池用单极板相比，因为中间的石墨烯层电导率（8*10⁵S/m）和热导率（高达~1500Wm^‑¹K^‑1）都非常高，所以单极板的导热和导电性能也大大提高。单极板导电性能的提高，可以大大提高双极板的电子传输的速度，从而提高整个氢燃料电池的使用效率。导热性能的提高，可以增加氢燃料电池的使用寿命。

技术领域

本发明属于氢燃料电池研究技术领域，具体涉及一种氢燃料电池用单极板及其制备方法及氢燃料电池。

背景技术

在环保风暴的大背景下，清洁、可持续发展能源成为我们重点发展的能源技术。燃料电池由于其发电效率高、环境污染少等诸多优点，逐渐应用于航空航天、电动汽车等领域，具有广泛的应用前景。氢燃料电池是燃料电池的一种，由于其原料是氢气，产物是水和二氧化碳，不存在环境污染的问题而逐渐受到关注。氢燃料电池的核心部件就是双极板。双极板是由两块电极板，中间夹着质子交换膜组成，其中电极板起着支撑氧化剂与还原剂并引导氧化剂和还原剂在电池内电极表面流动的作用。氢气和氧气的氧化还原反应就是在整个双极板中完成，反应产生的热量必须要及时的导出去以保证电池的正常工作，因此双极板不但要求有较好的导电性，还要求有很好的导热性能，同时为了提高氢气和氧气的利用率，需要这一对单电极有很好的气体阻隔性能。

然而现有的单极板的电极多采用膨胀石墨材料，膨胀石墨本身的热导率较低，即使通过浸渍树脂提高密度，热导率也在100W/m·K以下，并且膨胀石墨的气体阻隔性能较差，导致氢气的利用率低。

发明内容

为解决氢燃料电池中的单极板的热导率低，氢气利用率低等问题，本发明提供一种热导率高、氢气利用率高的氢燃料电池用单极板及其制备方法及氢燃料电池。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种氢燃料电池用单极板，所述的单极板由膨胀石墨和石墨烯制备而成。

一种上述的氢燃料电池用单极板的制备方法，所述的方法步骤如下：

步骤一：模具制备：根据单极板的形状和尺寸制备相应的石墨模具，所述的模具的材料为高强石墨；

步骤二：填料：将膨胀石墨粉均匀的铺在模具中，表面刮平；然后加入一层石墨烯粉，表面刮平；最后再加入膨胀石墨粉，表面刮平；

步骤三：预成型：给步骤二中得到的填料施压，压机以5~20mm/min匀速加压，到达0.5~1MPa后保压1~5min，使之预成型，得到三明治结构，然后从模具取出；

步骤四：预烧结：将预成型的三明治结构在500~1000℃温度下真空烧结1~2h；

步骤五：致密化成型；

步骤六：机械加工成最终结构。