[发明专利]用于双极板的组合物和制造所述组合物的方法

说明书

本发明涉及用于双极板的新型组合物和制造所述组合物的方法。更特别地，本发明涉及制造组合物的方法，其包括以下步骤：‑将处于熔融状态的热塑性聚合物与第一传导填料混合以获得传导热塑性聚合物；‑研磨所述传导热塑性聚合物以将其缩小成粉末；‑将传导热塑性聚合物粉末与第二传导填料混合。

技术领域

本发明涉及用于双极板的新型组合物、制造所述组合物的方法、从所述组合物获得的双极板以及通过注射制造所述板的方法。

背景技术

双极板用于燃料电池和氧化还原液流电池中。它们可由多种材料制成：金属双极板、石墨板和碳-聚合物复合板。

基于有机复合材料的双极板的原理是基于使用分散在热塑性或热固性聚合物中的传导(conductive，导电)填料(碳、石墨等)。填料为双极板提供了收集电流所需的导电性，并且聚合物基体为双极板提供了组装各种元件所需的适当机械强度。

碳-聚合物复合双极板具有有利的性质：高导电性，良好的耐腐蚀性，在高温下的良好性能，和良好的机械性质，以及相对较低的制造成本。在这些复合双极板中，热固性或热塑性聚合物用作选自石墨、碳纤维、炭黑或碳纳米管的基于碳的填料的基体。尽管复合双极板的电性能主要取决于基于碳的填料，但构成聚合物基体的材料也对复合材料的电性能产生影响。

热固性聚合物-石墨复合材料是用于制造双极板的优选材料。然而，基于热塑性聚合物的复合材料，尤其是在高温下稳定的热塑性塑料，已经由于其能够注射模塑的能力而被用于制造双极板，这使得它们更适合于自动化制造。这样的复合材料使用含有石墨粉末的聚苯硫醚(PPS)或聚醚砜(PES)来制备，如Radhakrishnan,S.等在以下出版物中所报道的：“High-temperature,Polymer–graphite Hybrid Composites for Bipolar Plates:Effect of Processing Conditions on Electrical Properties”,Journal of PowerSources,2006,第163卷,第702–707页。

Mighri F.等的出版物“Electrically conductive thermoplastic blends forinjection and compression molding of bipolar plates in the fuel cellapplication”,Polymer Engineering and Science,2004,第44卷,No.9描述了使用压缩和注射方法从石墨、炭黑和聚丙烯或聚苯硫醚而开始制备的双极板。

在制造石墨/聚合物复合双极板的这两种主要方法中，注射方法是可减少制造周期时间的方法。因此，其为大幅降低成本开辟了前景。然而，与压缩相比，它具有一些缺点。尤其是，由于填料含量高，该配制物非常粘稠并且变得难以通过注射方法制造。与压缩方法相比，通常会增加所使用的聚合物的含量，从而保持易于施用。使用较高含量的聚合物粘合剂具有降低板的传导性(conductivity，导电性)的缺点。因此，主要挑战是在配制物粘度和板传导性之间找到最佳折衷。此外，在这种类型的方法中，由于优先朝向表面迁移，板的表面经常富含聚合物。因此，降低了表面传导性，并且需要额外的表面处理步骤以除去传导性较低的该层。

需要提供用于通过注射制造双极板的组合物，其粘度适合于用于注射双极板的方法。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及组合物的制造，其包括以下步骤：

-将熔融的热塑性含氟聚合物与第一传导填料混合以获得传导含氟聚合物；

-研磨所述传导含氟聚合物以将其缩小成粉末；

-将传导含氟聚合物粉末与第二传导填料混合。

根据一个实施方案，第二传导填料是石墨。