[发明专利]一种复合双极板及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合双极板及其制备方法和应用，复合双极板包括连接在一起的阳极板层和阴极板层，所述阳极板层和阴极板层均包括石墨板层和离子注入层，所述离子注入层为注入有离子的聚酰亚胺薄膜层；通过在阳极板层和阴极板层设置石墨板层和离子注入层，使得到的复合双极板具有较高的强度和阻气性能，并能有效降低复合双极板层的厚度，在用于燃料电池中能够提高燃料电池的电堆功率密度，从而提高燃料电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，涉及一种复合双极板及其制备方法和应用，尤其涉及一种复合双极板及制备方法、包含复合双极板的质子交换膜燃料电池及其应用。

背景技术

燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接、连续转变成电能的发电装置。作为一种新型化学能源，被誉为继水力发电、火力发电和核电之后的第四代发电技术。燃料电池的能量转化效率高(40％～60％)，环境友好，排放物只有水。质子交换膜燃料电池由许多单电池组成，而每个单电池由膜电极、扩散层和双极板三部分组成。双极板是PEMFC中的重要组成部分，其作用是分隔气体并通过流场将燃料反应气体导入燃料电池，收集并传导电流和支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热功能。双极板的成本、重量分别占PEMFC的45％和80％，其高成本导致PEMFC的价格昂贵。

现阶段双极板的研究主要包括金属板、纯石墨板和复合材料板三大类。金属双极板具有良好的导电导热性，不会出现漏气问题，气体流道可冲压成型，易于实现批量化生产。但是金属双极板表面必须进行特殊处理以提高其化学稳定性，否则会导致金属双极板表面氧化膜增厚，导致接触电阻增大，降低电池性能。

CN109921055A公开了一种超薄石墨烯复合柔性石墨双极板及其制备方法，双极板包括柔性石墨板、石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜粘附在柔性石墨板的外表面，形成带有石墨烯薄膜的柔性石墨基材板，再经过模压成型、极板连接工艺得到超薄石墨烯复合柔性石墨双极板，但是其复合双极板的厚度过高。

CN109921051A公开了一种超薄柔性石墨双极板及其制备方法，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，形成带有石墨烯薄膜夹心的柔性石墨基双极板结构，但是其复合双极板的厚度过高。

CN109755603A公开了一种超薄金属薄板夹心柔性石墨双极板及其制备方法，柔性石墨双极板包括上下两层柔性石墨极板、金属薄板，所述薄板位于上下两层柔性石墨极板之间，形成金属薄板夹心的柔性石墨基双极板结构。通过在极板柔性石墨板原材料中加入技术薄板，采用模压方法制备出超薄柔性石墨氢氧极板，但是该复合双极板的强度和阻气性能较差。

因此，提供一种厚度低，且强度和阻气性能高的复合双极板非常有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合双极板及其制备方法和应用，通过在阳极板层和阴极板层设置石墨板层和离子注入层，使得到的复合双极板具有较高的强度和阻气性能，并能有效降低复合双极板层的厚度，在用于燃料电池中能够提高燃料电池的电堆功率密度，从而提高燃料电池的电化学性能。

本发明的目的之一在于提供一种复合双极板，包括连接在一起的阳极板层和阴极板层，所述阳极板层和阴极板层均包括石墨板层和离子注入层，所述离子注入层为注入有离子的聚酰亚胺薄膜层。

本发明中复合双极板包括阳极板层和阴极板层，均包括石墨板层和离子注入层，使得到的复合双极板具有较高的强度和阻气性能，并能有效降低复合双极板层的厚度，在用于燃料电池中能够提高燃料电池的电堆功率密度，从而提高燃料电池的电化学性能。其中石墨板层具有较好的导电导热性以及化学稳定性，但是其韧性较低；聚酰亚胺薄膜层具有较好的力学性能、抗腐蚀性能以及化学稳定性，并通过向聚酰亚胺薄膜中注入离子能够提高离子注入层的电导率，使得离子注入层变为导体。

在本发明中，所述阳极板层包括石墨板层以及位于石墨板层表面的离子注入层。