專利名稱：一種燃料電池雙極板復合材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導電復合材料及其制備工藝領(lǐng)域，尤其是涉及到一種碳納米管增強酚醛樹脂/ 石墨基燃料電池雙極板復合材料及其制備工藝。二、 背景技術(shù)燃料電池被認為是本世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電裝置。由于其能量轉(zhuǎn)化效率高，污染 小，排放二氧化碳少等諸多因素，而備受各國政府與科學家的重視。而其中最主要元件一雙 極板，所占費用比較高，如質(zhì)子交換膜燃料電池中成本的60 — 70%由雙極板占有。目前燃料 電池雙極板材料主要有金屬材料，石墨材料和樹脂/石墨復合材料；樹脂/石墨復合材料是目前 制造質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的重要的研究熱點之一，因為這種材料的雙極板可以通過典 型的塑料加工技術(shù)如擠壓、模壓或注射工藝成型。因此樹脂/石墨雙極板易于大規(guī)模生產(chǎn)，一 次成型，可以大大降低生產(chǎn)成本，從而可以推動燃料電池的產(chǎn)業(yè)化進程。但在該項新材料的 研究中，面臨著強度和電導率之間不可避免的矛盾難點，即提高復合材料的強度，就需要增 加樹脂的含量，而增加樹脂的含量，必然會導致復合材料的電導率的下降，因此，克服兩個 物理量之間相互制約的矛盾是提高導電復合材料性能的關(guān)鍵。三、 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種導電性好、耐腐蝕性強、彎曲強 度高、阻氣性好、成本低廉、制備工藝簡單的石墨基燃料電池雙極板復合材料及其制備工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案如下利用碳納米管優(yōu)良的導電性能與力學性能，提供一種由碳納米管作為增強體，酚醛樹脂 作為粘結(jié)劑，石墨作為基體的燃料電池雙極板復合材料。材料配方質(zhì)量比為石墨材料72.0 — 88.0%，酚醛樹脂11.5—23.0%，碳納米管0.50 —5.00%。本發(fā)明的碳納米管增強酚醛樹脂/石墨燃料電池雙極板復合材料的制備工藝 制備工藝過程包括為了提高碳納米管與其他材料的界面結(jié)合力，首先對碳納米管進行表面預處理；而后按材料配方質(zhì)量比進行配料；將配好的材料進行球磨混合或攪拌混合；最 后將混合粉料熱壓燒結(jié)成型。(1)碳納米管的表面處理工藝
將Fe"、碳納米管以及H202依次放入容器內(nèi)，F(xiàn)^+與H2O2的質(zhì)量比在l:10-l:50之間，調(diào)節(jié) pH值在l一5之間，并在波長為185—436nm的紫外線照射下進行表面處理l一5h，然后對溶液 進行抽濾，將所得碳納米管進行真空干燥；(2) 配料按材料配方質(zhì)量比，對經(jīng)表面處理過的碳納米管、酚醛樹脂及石墨材料進行配料；(3) 將配制好的材料進行球磨混合或攪拌混合l一3h;(4) 將混合粉體裝入模壓成型模具中熱壓燒結(jié)成型，成型溫度為200 300 'C，成型壓力 為10 40MPa，保溫保壓時間為40 120min。本發(fā)明導電復合材料及其制備工藝，具有以下特點①常溫體積電導率為100 — 200S/cm; ②常溫彎曲強度為55 — 75MPa。其工藝簡單，該材料的物理及化學性能明顯優(yōu)于目前已有樹 脂/石墨基導電復合材料的性能，是制造燃料電池雙極板的優(yōu)良材料。四具體實施方式
實施例l:配料成分石墨79 wt%，酚醛樹脂20 wt%，碳納米管1%;碳納米管的預 處理工藝參數(shù)為Fe^與H202的質(zhì)量比在l:20， pH值為2，紫外線波長386nm，照射時間lh ; 配料球磨混合時間2h;將混合粉末裝入模具熱壓，成型壓力20MPa，成型溫度240°C，固 化時間60min。所制備的導電復合材料性能如下彎曲強度58.6MPa;電導率145 S/cm。實施例2:配料成分石墨84wt%，酚醛樹脂14.85 wt%，碳納米管1.15%;碳納米管的預處理工藝參數(shù)為Fe^與H202的質(zhì)量比在l:40， pH值為3，紫外線波長254nm，照射時間4h;配料球磨混合時間2.5h;將混合粉末裝入模具熱壓，成型壓力30 MPa，成型溫度260。C，固化時間100min。所制備的導電復合材料性能如下彎曲強度70.3 MPa;電導率163.2 S/cm。 實施例3:配料成分石墨80.5 wt%，改性酚醛樹脂15.5 wt%，碳納米管4%;碳納米管的預處理工藝參數(shù)為F^+與H202的質(zhì)量比在1:40， pH值為4，紫外線波長386nm，照射時間3h;配料球磨混合時間1.5h;將混合粉末裝入模具熱壓，成型壓力40 MPa，成型溫度280。C，固化時間80min。所制備的導電復合材料性能如下抗彎強度65.2 MPa;電導率180.6 S/cm。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池雙極板復合材料，其特征為，材料配方質(zhì)量比為石墨材料72.0-88.0％，酚醛樹脂11.5-23.0％，碳納米管0.50-5.00％。
2、 制備權(quán)利要求書l所述的一種燃料電池雙極板復合材料的制備工藝，其特征為該工藝過程包括對碳納米管進行表面預處理、配料、球磨混合或攪拌混合、熱壓燒結(jié)成型(1) 碳納米管的表面處理工藝將F^+、碳納米管以及H202依次放入容器內(nèi)，F(xiàn)^+與H2O2的質(zhì)量比在l:10-l:50之間，調(diào)節(jié) pH值在l一5之間，并在波長為185 — 436nm的紫外線照射下進行表面處理l一5h，然后對溶液 進行抽濾，將所得碳納米管進行真空干燥；(2) 配料按材料配方質(zhì)量比，對經(jīng)表面處理過的碳納米管、酚醛樹脂及石墨材料進行配料；(3) 將配制好的料進行球磨混合或攪拌混合l一3h;(4) 將混合粉體裝入模壓成型模具中熱壓燒結(jié)成型，成型溫度為200 300 'C，成型壓力 為10 40MPa，保溫保壓時間為40 120min。
全文摘要
本發(fā)明屬于導電復合材料及其制備工藝領(lǐng)域，尤其是涉及到一種碳納米管增強酚醛樹脂/石墨基燃料電池雙極板復合材料及其制備工藝。材料配方質(zhì)量比為石墨材料72.0-88.0％，酚醛樹脂11.5-23.0％，碳納米管0.50-5.00％。制備工藝過程包括為了提高碳納米管與其他材料的界面結(jié)合力，首先對碳納米管進行表面預處理；而后按材料配方質(zhì)量比進行配料；將配好的材料進行球磨混合或攪拌混合；最后將混合粉料熱壓燒結(jié)成型。本發(fā)明具有以下特點①常溫體積電導率為100-200S/cm；②常溫彎曲強度為55-75MPa。其工藝簡單，該材料的物理及化學性能明顯優(yōu)于目前已有樹脂/石墨基導電復合材料的性能，是制造燃料電池雙極板的優(yōu)良材料。
文檔編號B01J19/00GK101132067SQ200710016748
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者姜程程, 孫康寧, 李愛菊, 王威強, 磊 邵, 強 陰 申請人:山東大學