[发明专利]一种双极板及其制备方法以及燃料电池

说明书

本发明是关于一种双极板及其制备方法以及燃料电池，涉及燃料电池技术领域。主要采用的技术方案为：所述双极板包括多层碳纤维结构和粘结剂层；其中，任意相邻的两层碳纤维结构之间通过粘结剂层连接；所述粘结剂层的成分包括导电材料和粘结性树脂，且所述导电材料与所述粘结性树脂的质量比为(1～3):50。本发明主要用于在确保双极板的导电性和气密性需求的基础上，能增强双极板的强度，为燃料电池的安全使用增加了实际应用前景。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种双极板及其制备方法以及燃料电池。

背景技术

燃料电池(PEMFC)是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。

双极板是燃料电池堆中的一个重要组成部分；双极板的好坏直接影响了燃料电池的发电性能。在燃料电池中，双极板所占的费用比较高，一般占燃料电池成本的60％～70％之间。理想的双极板应为电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点。另外，在常见的PEMFC中，流场与极板可以是一体的，也可以是分体的。

目前，双极板的研究和应用主要集中在金属材料双极板、石墨材料双极板和复合材料双极板。这三种材料的双极板各有优缺点，具体如下：金属材料双极板的机械强度高，导电性好，不透性好，但是耐腐蚀性差；石墨双极板，具有良好的导电性和耐腐蚀性，但是强度低，有气孔；复合材料双极板，前期一次性投入大，在导电性与强度之间需要取舍。

其中，复合材料双极板包括碳纤维双极板。现有的碳纤维双极板主要有以下两种制备技术：第一种技术是将碳纤维布与树脂预制混合，通过机加工雕刻双极板的方法，制备出满足一定条件的燃料电池双极板。第二种技术是将石墨粉体、酚醛树脂粉体和磨碎碳纤维复合形成磨碎碳纤维增强的酚醛树脂/石墨双极板；其中，磨碎碳纤维的粒度为100～400目，酚醛树脂粉体的粒度目数为200目及以上，石墨粉体粒度为80～200目。材料配方质量百分比为：磨碎碳纤维为1～12％；酚醛树脂粉体为12％～23％；石墨粉体65％～87％。由以上成分及配比制备的复合材料性能为：弯曲强度为50～68MPa，导电率为157～209s/cm，密度为1.79～1.88g/cm³。

但是，本发明的发明人发现采用上述现有技术制备的碳纤维双极板至少存在如下技术问题：

(1)对于上述第一种技术，碳纤维的层与层之间是通过树脂直接粘结的，这样会导致层与层之间的导电性比较差，从而影响双极板的导电性能；

(2)对于上述第二种技术，采用多种碳素材料并添加树脂作粘合剂制备的双极板材料的强度只能满足基本需求，但在加工中破坏了碳纤维的机械性能，失去了碳纤维材料作为双极板的优势。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双极板及其制备方法以及燃料电池，主要目的在于在确保双极板的导电性和气密性需求的基础上，能增强双极板的强度。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种双极板，其中，所述双极板包括：

多层碳纤维结构；

粘结剂层，任意相邻的两层碳纤维结构之间通过粘结剂层连接；

其中，所述粘结剂层的成分包括导电材料和粘结性树脂，且所述导电材料与所述粘结性树脂的质量比为(1～3):50。

优选的，所述碳纤维结构为由碳纤维丝编织成的碳纤维布；

优选的，所述碳纤维布的厚度为0.14～0.22mm，优选为0.18～0.20mm；

优选的，所述碳纤维丝的密度为1.75～1.85g/cm³，优选为1.78～1.82g/cm³；