[发明专利]一种燃料电池复合材料的制备、材料、双极板和燃料电池

说明书

本发明提供了燃料电池复合材料的制备、材料、双极板和染料电池，属于燃料电池领域。它解决了现有双极板耐腐蚀性能差等问题，1,4‑双(四氢噻吩甲基)二甲苯二氯化物和乙腈/水溶液混合，加入固态的二乙基二硫代氨基甲酸钠三水合物，搅拌2‑4小时，加水，用乙醚萃取，用硫酸镁干燥，蒸发溶剂得到固体产物；将固体产物溶于无水THF中和氧化石墨烯水溶液混合，脱气1‑2h，得到混合液a；THF/正庚烷溶液一次性加入到搅拌的混合液a中，搅拌90分钟，脱气，加入乙醇，使反应停止，并放入冰水中，用盐酸溶液中和，用CHCl₃萃取；合并有机层，除去溶剂，将得到的固体重新溶解在CHCl₃中，在0℃的乙醚/己烷溶液中沉淀，收集并真空干燥。本发明制备的具有高导电性等优点。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池复合材料的制备、材料、双极板和燃料电池。

背景技术

燃料电池被认为是许多应用的动力源。质子交换膜(PEM)燃料电池包括一个“膜电极组件”，该“膜电极组件”包括一个薄的固体聚合物膜，该膜的一侧具有阳极，另一侧具有阴极。

膜电极组件(MEA)放置在两个导电元件之间，作为阳极和阴极的集电器，同时将燃料电池气体反应物(即H₂和O₂)分布在阳极和阴极的表面上。

导电流体分配元件也被称为双极板，它包含入口、出口和通道，用于将燃料电池的气体反应物分配到活性区。

燃料电池堆包括以电串联方式堆叠在一起的多个膜电极组件。膜电极组件通过防水、导电双极平板彼此分离。该双极板具有两个主要表面，一个面向一个电池的阳极，另一个面向下一个电池的阴极，并且双极板在电池堆中相邻电池之间传导电流。

PEM燃料电池利用氢气和氧气，在60到90摄氏度的高温下工作，具有恶劣的腐蚀环境。因此，双极板除了具有高导电性外,还应具有耐腐蚀性，以在较长时间内保持足够的导电性。

传统的石墨板提供了这些要求，但传统的石墨板易碎，制造成本很高。铂等贵金属具有很高的抗腐蚀性，但由于原材料的成本，很难实现工业化。轻质金属，例如铝和钛及其合金在PEM燃料电池恶劣的环境中不耐腐蚀，它们要么迅速退化，要么形成高抗电性的氧化膜，从而增加内部电阻并降低燃料电池的性能。

为了解决这个问题，人们建议在轻质金属双极板上涂上一层高导电性和耐腐蚀的涂层，以长期保持其性能。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种燃料电池复合材料的制备方法，本发明的第二个目的是提供了一种采用上述制备方法制成的复合材料，本发明的第三个目的是提供了一种涂覆有上述复合材料的燃料电池用双极板；本发明的第三个目的是提供一种具有上述双极板的燃料电池。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种燃料电池复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01，制备对亚二甲苯基双(N，N-二乙基二硫代氨基甲酸酯)单体(该名称为p-Xylylene bis(N,N-diethyl dithiocarbamate)Monomer翻译而来)：

1,4-双(四氢噻吩甲基)二甲苯二氯化物和乙腈/水溶液混合，再加入固态的二乙基二硫代氨基甲酸钠三水合物或者二乙基二硫代氨基甲酸钠盐三水合物，搅拌2-4小时后，加入水，再用乙醚萃取，用硫酸镁干燥，蒸发溶剂得到固体产物；

S02：将步骤S01中的固体产物溶于无水THF中，并和氧化石墨烯的水溶液混合，再通连续的氮气脱气1-2h，得到混合液a；

S03：将THF/正庚烷溶液一次性加入到搅拌的混合液a中，-70℃下搅拌90分钟后，并持续通氮气脱气，再加入乙醇，使反应停止，再用盐酸溶液中和，最后用CHCl₃萃取；