[发明专利]一种超薄柔性石墨双极板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超薄柔性石墨双极板及其制备方法，涉及燃料电池技术领域，柔性石墨双极板包括上下两层柔性石墨极板、中间层的石墨烯薄膜，石墨烯薄膜位于两层柔性石墨极板之间，形成带石墨烯薄膜夹心的柔性石墨基双材板结构。本发明通过在柔性石墨板原材料内部加入石墨烯薄膜，提高柔性石墨板的强度和阻气性能，采用模压工艺制备出超薄柔性石墨氢氧极板，在保证原有性能情况下，提高双极板的强度，降低双极板的厚度，柔性石墨双极板厚度为1.0～2.0mm，本发明的超薄石墨双极板制备工艺，提升电堆的比功率密度，具有很好的实用价值。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种超薄柔性石墨双极板及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池直接把氢气和氧气中化学能直接转化为电能，不受卡诺循环限制，因此能量转换效率高，同时环境友好，可以广泛用于交通运输和地面发电等。但是，单节电池电压较低(0.6V～1.0V)，因此，为了得到实际可用的电压，需要把多个单电池串联起来，串联的连接件叫双极板，双极板起到分隔氢气、氧气，收集电流和支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热功能和排水功能的作用，因此双极板材料需要耐腐蚀、导电、良好的机械强度和价格低廉，易于批量加工等。

双极板主要分为石墨双极板(硬石墨双极板和柔性石墨双极板)、复合材料双极板和金属双极板。其中，硬石墨通过机械打磨和雕刻而成，硬石墨双极板耐腐蚀和导电均良好，可以满足燃料电池使用，但该类型双极板质脆，缺乏韧性，且是加工成本高，不适合批量制备。而加拿大巴拉德开发出一种柔性石墨双极板，具有高导电和耐腐蚀特性，同时又具有一定韧性，可以模压批量化生产，是较为理想的燃料电池双极板，但柔性石墨双极板原材料强度有限，制备的双极板厚度偏后，成品板厚度约为2mm～3mm，导致燃料电池堆体积大，不利于电池体积比功率的提高。

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料；石墨烯膜具有高导电、导热率；而在石墨烯膜加入微褶皱结构，使材料在拉伸弯折时有足够的拉伸空间，从而具有高柔性。将石墨烯膜用于制备燃料电池双极板将会大幅改变双极板的多方面特性，极大提升双极板的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种超薄燃料电池柔性石墨双极板及其制备方法，本发明采用柔性石墨板材料中夹心石墨烯薄膜，加工制备超薄燃料电池柔性石墨双极板，降低双极板厚度，提高燃料电池堆的比功率密度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种超薄柔性石墨双极板，包括上下两层柔性石墨极板、中间层的石墨烯薄膜，所述的石墨烯薄膜位于两层柔性石墨极板之间，形成带石墨烯薄膜夹心的柔性石墨基双材板结构。

柔性石墨双极板耐腐蚀非常强，寿命长，已被大量应用到燃料电池电堆中，但由于柔性石墨双极板强度没有金属板好，所以柔性双极板的厚度远大于金属双极板的厚度。本发明的超薄柔性石墨双极板，通过采用柔性石墨板材料中夹心石墨烯薄膜，加工制备超薄燃料电池柔性石墨双极板，有效降低了柔性石墨板的厚度，大幅提升柔性石墨板电堆的体积比功率密度。

作为本发明的超薄柔性石墨双极板的优选实施方式，所述的石墨烯薄膜厚度为0.05～0.15mm。经过发明人大量实验研究发现，选用此厚度的石墨烯薄膜既能保证提供其韧性、提高体积比功率密度，又可以大大降低柔性石墨板的厚度的厚度，具有传统的柔性石墨双极板耐腐蚀性能优点，同时又克服了传统柔性石墨双极板韧性不足，厚度过厚，电堆的体积比功率密度低的缺点。

作为本发明的超薄柔性石墨双极板的优选实施方式，所述的上、下两层柔性石墨极板厚度均为1～5mm。

作为本发明的超薄柔性石墨双极板的优选实施方式，通过将两层柔性石墨极板、石墨烯薄膜经过模压成型、极板粘结工艺后，制备得到的带石墨烯薄膜夹心的超薄柔性石墨基双材板结构的厚度为1～2mm。