[发明专利]复合材料双极板及制造方法

说明书

本公开涉及一种用于燃料电池的复合材料双极板，包括：多个复合材料层，包括：半晶型高分子热塑性树脂、以及由第一高导电性材料构成的填料分散在所述热塑性树脂层中，所述半晶型高分子热塑性树脂包括含有总氯含量在60％wt至70％wt之间的氯化聚合物，所述填料包括粒径为5‑50nm范围内的颗粒状材料，所述填料的浓度在垂直于板最薄尺寸的方向上呈周期性变化，所述填料分布基本上是非均匀的；中间层，位于所述多个复合材料层之间，包括第二高导电性材料，所述第二高导电性材料包括多孔的高导电材料。该双极板具有半晶型高分子热塑性树脂的高阻隔性，填料在双极板最薄尺寸上的不均匀分布，允许双极板低通面电阻，良好的导热性，以及最终制品的低面比阻。

技术领域

本公开涉及燃料电池领域，具体涉及用于燃料电池的复合材料双极板及制造方法。

背景技术

燃料电池是一种可以把燃料化学能直接转成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池用燃料(例如氢气)和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有造成污染，排出有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术之一。

氢氧燃料电池中使用的双极板是当今燃料电池的关键组件，双极板又称集流板，分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过，收集传导电流。设计上由加工流道，可将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应。同时，可以排除热量，保证电池温场均匀。双极板需要良好的机械强度和良好的阻气性能，并且需要尽可能的薄，以减少对电流和热的传导阻力。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

鉴于上述背景技术，本公开提供一种用于燃料电池的复合材料双极板。该双极板实现良好的电气、机械和热性能以及耐用性，并采取附加措施降低面积电阻。

根据本公开一个方面，所述用于燃料电池的复合材料双极板，包括：多个复合材料层，包括半晶型高分子热塑性树脂、以及由第一高导电性材料构成的填料分散在所述热塑性树脂层中，所述半晶型高分子热塑性树脂包括含有总氯含量在60％wt至70％wt之间的氯化聚合物，所述填料包括粒径为5-50nm范围内的颗粒状材料，所述填料的浓度在垂直于板最薄尺寸的方向上呈周期性变化，所述填料分布基本上是非均匀的；中间层，位于所述多个复合材料层之间，包括第二高导电性材料，所述第二高导电性材料包括多孔的高导电材料。

根据本公开一些实施例，所述半晶型高分子热塑性树脂包括：聚偏二氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚(1,1-二氯乙烯)，聚(偏二氯乙烯)或它们的组合中的任一项。

根据本公开一些实施例，所述复合材料双极板的填料的平均含量可以在10％至60％范围内变化。

根据本公开一些实施例，所述中间层中第二高导电性材料的含量大于70％。

根据本公开一些实施例，所述第一高导电性材料与第二高导电性材料为相同导电性材料。

根据本公开一些实施例，所述多个复合材料层中第一高导电性材料的质量分数大于第二高导电性材料的质量分数。

根据本公开一些实施例，所述复合材料双极板的填料包括高导电性无机材料。

根据本公开一些实施例，所述第二高导电性无机材料包含粒径直径在5至50纳米之间的颗粒材料。

根据本公开一些实施例，所述复合材料双极板的填料包括碳基材料，含碳量超过98％。

根据本公开一些实施例，所述碳基材料包括：炭黑、乙炔黑、膨胀石墨、石墨薄片、碳纳米管、石墨烯片、石墨纳米片、富勒烯或它们的组合中的任一项。

根据本公开一些实施例，所述碳基材料中sp²杂化碳的浓度大于50％。

根据本公开一些实施例，还包括增强材料层，为沿双极板平面浸入所述复合材料中的多孔扁平材料。