本技術(shù)涉及燃料電池的，更具體地說，它涉及一種燃料電池石墨復(fù)合板制備方法及其制成的石墨復(fù)合板。

背景技術(shù)：

1、依據(jù)基體材料，雙極板主要可分為三類：金屬雙極板、石墨雙極板以及石墨復(fù)合雙極板。石墨復(fù)合雙極板以有機高分子樹脂及碳基導(dǎo)電填料為主要原料制成。其中，樹脂基體增強機械性能并粘結(jié)導(dǎo)電填料，以石墨為代表的導(dǎo)電填料在復(fù)合材料中形成傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)復(fù)合石墨雙極板導(dǎo)電以及導(dǎo)熱等功能。

2、目前石墨復(fù)合雙極板主要是通過將石墨粉與樹脂混合均勻后再模壓成型的方式制得的，在樹脂的選擇上，若采用熱塑性樹脂，會出現(xiàn)強度低、混料工藝復(fù)雜、電導(dǎo)率低、模具降溫時間長且效率低的問題，因此通常選用熱固性樹脂。

3、但由于熱固性樹脂一般為低聚物溶液或液態(tài)單體，制得的石墨復(fù)合粉為濕態(tài)，在熱壓過程中，樹脂發(fā)生流動并聚集在緊鄰模具的兩側(cè)，易造成復(fù)合板與膜電極接觸電阻增加的情況，進(jìn)而對燃料電池性能造成不利影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了減少復(fù)合板與膜電極接觸電阻對燃料電池性能的不利影響，本技術(shù)提供一種燃料電池石墨復(fù)合板制備方法及其制成的石墨復(fù)合板。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種燃料電池石墨復(fù)合板制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種燃料電池石墨復(fù)合板制備方法，包括以下步驟：

4、s1、原料造粒：稱取201±10份石墨復(fù)合粉均勻平鋪在平板上，在90-150℃下烘干10-30min，冷卻后破碎，制得粒徑為200±100目的復(fù)合粉顆粒，所述石墨復(fù)合粉包括第一石墨復(fù)合粉，所述第一石墨復(fù)合粉由160-180份200±100目的石墨粉、20-40份酚醛樹脂和0.5-1.5份填料混合制得，所述填料包括碳纖維；

5、s2、將制得的復(fù)合粉顆粒均勻平鋪至模具中，合模后升溫?zé)釅?，制得燃料電池?fù)合石墨板。

6、通過采用上述技術(shù)方案，采用熱固性樹脂，即酚醛樹脂，減少樹脂對開模溫度敏感的可能，增加生產(chǎn)效率，將石墨粉、酚醛樹脂和碳纖維混合制得第一石墨復(fù)合粉，并通過對制得的第一石墨復(fù)合粉進(jìn)行混合、烘干、冷卻并破碎的方式，對第一石墨復(fù)合粉二次造粉，此時酚醛樹脂初步交聯(lián)固化并均勻包覆在石墨粉外側(cè)，使得第一石墨復(fù)合粉由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)，便于存儲，并使得制得的第一石墨復(fù)合粉顆粒均勻，便于對第一石墨復(fù)合粉布料，減少制得的石墨復(fù)合板各處密度不均勻的可能，同時減少熱壓混合制得的第一石墨復(fù)合粉的過程中，酚醛樹脂發(fā)生流動并聚集在靠近模具的兩側(cè)，進(jìn)而造成制得的石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻增加的可能，進(jìn)而減少對制得的燃料電池性能的不利影響。

7、優(yōu)選的，所述s2步驟中，升溫?zé)釅喊ㄒ韵虏襟E：

8、合模后，將盛有石墨復(fù)合粉顆粒的模具置于150-180℃的溫度下熱壓30-60min，熱壓壓力為20-40mpa。

9、通過采用上述技術(shù)方案，將混合并二次造粒的石墨復(fù)合粉顆粒裝填在模具中，并在上述溫度、時間和壓力范圍內(nèi)對混合制得的石墨復(fù)合粉進(jìn)行熱壓，此時石墨復(fù)合粉顆粒中的酚醛樹脂在高溫下進(jìn)一步交聯(lián)固化并聚合，進(jìn)而形成石墨復(fù)合板，此時由于酚醛樹脂均勻包覆在石墨粉外側(cè)，從而減少酚醛樹脂在壓力的驅(qū)動下堆積在靠近模具兩側(cè)的可能，進(jìn)而減少對制得的石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻的不利影響；當(dāng)溫度和壓力小于上述范圍時，樹脂難以充分交聯(lián)固化完全，進(jìn)而易造成制得的石墨復(fù)合板強度不足并降低使用壽命的可能；當(dāng)溫度和時間超過上述范圍時，易造成酚醛樹脂分解的可能，且當(dāng)壓力超過上述范圍時，易造成模具損壞的可能，進(jìn)而對生產(chǎn)效率造成不利影響。

10、優(yōu)選的，所述石墨復(fù)合粉還包括第二石墨復(fù)合粉，所述第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉的重量比為1：（1±0.1），所述第二石墨復(fù)合粉由180-200份200±100目的石墨粉、5-15份酚醛樹脂和0.5-1.5份填料混合制得，所述填料包括碳纖維。

11、通過采用上述技術(shù)方案，將第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉通過上述配比復(fù)配制得石墨復(fù)合粉，從而使得制得的石墨復(fù)合板靠近流場側(cè)的酚醛樹脂含量減小，進(jìn)一步減少酚醛樹脂在壓力下聚集在靠近模具的兩側(cè)的可能，減少對制得的石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻的不利影響。

12、優(yōu)選的，燃料電池石墨復(fù)合板制備方法，包括以下步驟：

13、s1、原料造粒：按比例稱取第一石墨復(fù)合粉均勻平鋪在平板上，在90-150℃下烘干10-30min，冷卻后破碎，制得粒徑為200±100目的第一復(fù)合粉顆粒，按比例稱取第二石墨復(fù)合粉均勻平鋪在平板上，在90-150℃下烘干10-30min，冷卻后破碎，制得粒徑為200±100目的第二復(fù)合粉顆粒；

14、s2、將制得的第一復(fù)合粉顆粒均勻平鋪至模具中，將盛有第一石墨復(fù)合粉顆粒的模具置于30-50℃的溫度下預(yù)壓5-10min，預(yù)壓壓力為2-5mpa，泄壓后在壓制成型的第一石墨復(fù)合粉的流場側(cè)均勻布料第二石墨復(fù)合粉顆粒，合模后再次置于150-180℃的溫度下熱壓30-60min，熱壓壓力為20-40mpa，制得石墨復(fù)合板。

15、通過采用上述技術(shù)方案，將第一石墨復(fù)合粉平鋪在模具上，并用低溫低壓預(yù)壓的方式使得第一石墨復(fù)合粉初步形成板狀，減少布料第二石墨復(fù)合粉時第二石墨復(fù)合粉與第一石墨復(fù)合粉混合的可能，同時減少第一石墨復(fù)合粉中的酚醛樹脂融化并堆積在靠近模具的兩側(cè)的可能，此時將第二石墨復(fù)合粉顆粒布料在石墨復(fù)合板的流場側(cè)，并采用熱壓的方式使得第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉形成石墨復(fù)合板，實現(xiàn)石墨復(fù)合板中的酚醛樹脂的梯度分布，改善接觸阻抗，減少石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻對燃料電池性能的不利影響。

16、優(yōu)選的，所述碳纖維為改性碳纖維，改性碳纖維由羧甲基纖維素通過3-氨丙基三乙氧基硅烷接枝在碳纖維上制得。

17、優(yōu)選的，所述羧甲基纖維素、3-氨丙基三乙氧基硅烷和碳纖維的重量比為1：（92-100）：（2-4）。

18、通過采用上述技術(shù)方案，通過3-氨丙基三乙氧基硅烷將羧甲基纖維素接枝在碳纖維上，從而對碳纖維改性，使得碳纖維上接枝的羧甲基纖維素鏈能夠與酚醛樹脂搭接，并在制得的石墨復(fù)合板中形成相互粘結(jié)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強碳纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)強度，提高石墨復(fù)合板的機械性能。

19、優(yōu)選的，所述改性碳纖維由以下步驟制得：

20、a1、表面氧化：將碳纖維置于濃硝酸溶液中，室溫下處理30-150min后，清洗至ph為7±1后干燥，制得表面處理后的碳纖維；

21、a2、硅烷化：按比例將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90±1%的甲醇溶液中混勻，將制得的表面處理后的碳纖維加入溶液中混合2±1h后濾出纖維并烘干24±1h，制得硅烷化碳纖維；

22、a3、接枝改性：按比例將羧甲基纖維素加入去離子水中混勻，將硅烷化的碳纖維加入混合液中，并在60-80℃的溫度下混合2-3h，過濾并干燥后，制得改性碳纖維。

23、通過采用上述技術(shù)方案，對碳纖維表面進(jìn)行氧化，從而使得碳纖維表面氧化形成羧基、羥基和酸性基團(tuán)，將3-氨丙基三乙氧基硅烷與表面氧化后的碳纖維接枝，形成硅烷化碳纖維，將硅烷化碳纖維加入羧甲基纖維素水溶液中，并在上述溫度和時間下混合，此時羧甲基纖維素接枝在硅烷化碳纖維上，從而對碳纖維改性，增加碳纖維與其它原料的粘結(jié)力的同時使得改性碳纖維形成樹狀結(jié)構(gòu)，便于接枝的羧甲基纖維素與酚醛樹脂搭接，進(jìn)而增強碳纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)強度，提高石墨復(fù)合板的機械性能。

24、第二方面，本技術(shù)提供一種燃料電池石墨復(fù)合板，采用如下的技術(shù)方案：

25、一種燃料電池石墨復(fù)合板，由上述所述的燃料電池石墨復(fù)合板的制備方法制得。

26、通過采用上述技術(shù)方案，采用本技術(shù)的制備方法制備出的燃料電池石墨復(fù)合板，能夠滿足燃料電池石墨復(fù)合板的使用需求，在便于布料、提高生產(chǎn)效率的同時，制備的石墨復(fù)合板質(zhì)地均勻，且酚醛樹脂在石墨復(fù)合板中呈梯狀分布，減少了制得的石墨復(fù)合板與膜電極的接觸電阻，進(jìn)而減少了對燃料電池性能的不利影響。

27、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

28、1、采用熱固性樹脂，即酚醛樹脂，將石墨粉、酚醛樹脂和碳纖維混合制得第一石墨復(fù)合粉，并通過對制得的第一石墨復(fù)合粉進(jìn)行混合、烘干、冷卻并破碎的方式，從而對第一石墨復(fù)合粉二次造粉，使得第一石墨復(fù)合粉由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)，便于存儲，并使得制得的第一石墨復(fù)合粉顆粒均勻，便于對第一石墨復(fù)合粉布料，減少制得的石墨復(fù)合板各處密度不均勻的可能，同時減少熱壓混合制得的第一石墨復(fù)合粉的過程中，酚醛樹脂發(fā)生流動并聚集在靠近模具的兩側(cè)，進(jìn)而造成制得的石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻增加的可能，進(jìn)而減少對制得的燃料電池性能的不利影響。

29、2、分別對第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉進(jìn)行二次造粒，使得第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉均形成酚醛樹脂包裹在石墨粉外側(cè)的顆粒，將制得的第一石墨復(fù)合粉顆粒布料在模具中并熱壓，熱壓完成后將制得的第二石墨復(fù)合粉布料在石墨復(fù)合板的流場側(cè)并熱壓，使得第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉形成致密的石墨復(fù)合板，此時制得的石墨復(fù)合板流場側(cè)的樹脂含量減小，實現(xiàn)制得的石墨復(fù)合板中的樹脂含量梯度分布，改善了接觸阻抗，減少石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻對燃料電池性能的不利影響。

30、3、將第一石墨復(fù)合粉平鋪在模具上，并用低溫低壓預(yù)壓的方式使得第一石墨復(fù)合粉初步形成板狀，減少布料第二石墨復(fù)合粉時第二石墨復(fù)合粉與第一石墨復(fù)合粉混合的可能，同時減少第一石墨復(fù)合粉中的酚醛樹脂融化并堆積在靠近模具的兩側(cè)的可能，此時將第二石墨復(fù)合粉顆粒布料在石墨復(fù)合板的流場側(cè)，并采用熱壓的方式使得第一石墨復(fù)合粉和第二石墨復(fù)合粉形成石墨復(fù)合板，實現(xiàn)石墨復(fù)合板中的酚醛樹脂的梯度分布，改善接觸阻抗，減少石墨復(fù)合板與膜電極接觸電阻對燃料電池性能的不利影響。