[发明专利]生产隔板的方法

说明书

一种隔板通过以下来生产：在水性悬浮液中提供包含至少70重量％的碳粉、10重量％‑20重量％的聚苯硫醚(PPS)和0.005重量％‑10重量％的聚四氟乙烯(PTFE)的粉末的共混物；加热所述悬浮液以引起PTFE的原纤化和水的蒸发，从而提供可延展且柔韧的物质，所述可延展且柔韧的物质被辊压以形成板材，然后对所述板材进行热压实以形成隔板。

技术领域

本发明涉及一种通过热压实生产隔板的方法。本发明还涉及可通过这种方法获得的隔板，诸如用于燃料电池的双极板。

背景技术

双极板(BPP)是一些类型燃料电池的关键部件之一，因为它们将单膜电极组件并联电连接并提供电堆所需的电压而对于单膜电极组件起到分隔器的作用。

高温和强酸性介质由于金属BPP具有腐蚀倾向而限制了其利用，而碳材料尤其是石墨作为金属替代品具有吸引力。

US6544680公开了具有碳和PPS但添加了热固性树脂的模制隔板。US6803139公开了具有碳和热塑性塑料(例如，聚苯硫醚(PPS))但添加了碳二亚胺的模制隔板。EP1758185公开了在热压机中固化的具有84％的碳、2％的PTFE、14％的环氧树脂的模制隔板。聚苯硫醚(PPS)或聚四氟乙烯(PTFE)(也称为特氟隆)作为热塑性树脂提及，但并未例示。Morgan的US2018/0358630公开了一种用于燃料电池双极板的压缩模制工艺。EP2871697公开了一种用于电极的PTFE和碳板材。WO2006/095821公开了一种用于燃料电池分隔器的包含石墨和气相生长碳纤维的热塑性树脂组合物。WO2019/039214公开了一种通过浸渍多孔板材获得的燃料电池分隔器前体。

总体目标是达到高电导率和低面积比电阻，即至少100S/cm和0.01Ω·cm2，这是美国能源部(DOE)设定的2020目标。为了达到此目标，BPP组合物中石墨的量应相当高，即超过70重量％，并且石墨的颗粒应均匀分布在聚合物粘结剂中。这可例如通过将原材料研磨成微米或亚微米尺寸并进一步充分混合研磨的粉末来实现。

SerEnergy在WO2018/072803中公开了一种研磨工艺，也公开了PTFE用于将石墨和PPS粉末结合成BPP的用途。在本公开中，异丙醇在生产过程中起到表面活性剂的重要作用。然而，在实践中，事实证明，在混合期间，异丙醇可能会引起水分散体中PTFE颗粒的团聚，这在一些情况下可能是期望的，但需要相对长的搅拌时间，而这从商业角度来看不是所期望的，因为它会延长生产过程。使用异丙醇具有另一缺点：由于异丙醇的高易燃性(因为其闪点为仅12℃)，使用异丙醇需要严格的安全规则和永久控制，尤其是在升高温度下。WO2018/072803还公开了在加热到低于200℃或在250℃-320℃范围内的温度时进行压制模制。然而，在实践中，发现无论低温还是高温范围对于压制模制都不是最佳的，对于由这种过程产生的最终板的物理性质也不是最佳的。需要进一步改进。

因此，期望提供一种用于生产隔板的方法，其中可在保持模制柔韧的特定材料的优点的同时避免使用异丙醇，并且进一步导致工艺和终产品的优化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供对本领域的改进。特别地，目的是提供一种用于生产隔板、尤其是BPP的改进的方法。另一目的是提供一种不含异丙醇的生产方法。这些和更多目的是利用一种通过对由包含碳粉末、PPS和PTFE的粉末的共混物制成的柔韧且可延展的材料进行热压实来生产例如用于燃料电池的隔板的方法实现的，如下所述。

对于导电的隔板，所述材料包括包含以下的粉末共混物：

-至少70％的碳粉末，

-10％-20％的聚苯硫醚PPS，和

-0.005％-10％的聚四氟乙烯PTFE，

所有百分比按粉末总重量之和的重量计。