一種低溫成型樹脂碳板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低溫成型樹脂碳板及其制備方法，低溫成型樹脂碳板按重量百分比，包括：5%-85%的熱固型樹脂、5%-85%的導(dǎo)電材料和5%-85%熱反應(yīng)型填充材料。所述方法包括以下幾個(gè)步驟：步驟A:將導(dǎo)電材料混合均勻，再加入熱反應(yīng)型填充材料，用干粉均質(zhì)機(jī)混合均勻；步驟B：將步驟A得到的混合均勻的材料與熱固型樹脂按比例混合均勻，靜置，使導(dǎo)電材料與樹脂混合；步驟C：取所述步驟B得到的材料倒入模具中脫膜，脫膜后可得樹脂碳板。本發(fā)明的樹脂碳板：1.高導(dǎo)電率；2.機(jī)械強(qiáng)度可調(diào)適，加工性及耐久性強(qiáng)；3.氣密性佳，樹脂的配方搭配熱反應(yīng)型填料，形成較佳的連續(xù)接口；4.耐蝕性佳；5.直接低溫成型，節(jié)省加工制程及成本；6.應(yīng)用擴(kuò)充性廣泛。
【專利說明】一種低溫成型樹脂碳板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，涉及一種燃料電池結(jié)構(gòu)中的電極雙極板，尤其涉及一種低溫成型樹脂碳板及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池為近年來(lái)逐漸被廣泛應(yīng)用之綠色能源，其制作及發(fā)電機(jī)制，改變了傳統(tǒng)液態(tài)電池形式，使用高效率的固態(tài)質(zhì)子交換膜以氣體作為發(fā)電之能源，第二發(fā)電站及行動(dòng)電源等應(yīng)用日益增加。燃料電池結(jié)構(gòu)中，多使用金屬與石墨板復(fù)合雙極板。其中石墨板系以高溫高壓先制成石墨柱,再切片研磨成石墨片，用于燃料電池中需再CNC加工，刻出氣體流道。高壓石墨板成本高，制程加工成本也高，其易脆的特性使得成型加工、組裝上機(jī)的困難度增加。美國(guó)專利6，248，467公開了一種熱固性樹脂-導(dǎo)電填料復(fù)合材料雙極板，由乙烯基樹脂加石墨粉鑄模而成，但在實(shí)際應(yīng)用上，于燃料電池的操作環(huán)境中有易形變的缺陷。美國(guó)專利6，379，795公開了一種以注模方式成型的高導(dǎo)電復(fù)合材料，但其導(dǎo)電率僅能達(dá)到102s/cm,已不符合現(xiàn)今燃料電池效率所須。其它若干復(fù)合電極則以金屬板為基礎(chǔ)，在金屬板上增加抗腐蝕層,制程較為復(fù)雜,成本也較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是搭配金屬雙極板用的樹脂導(dǎo)電碳板，其目的在于保護(hù)金屬板受腐蝕，并提供通氣及導(dǎo)電特質(zhì)。本發(fā)明基于此以樹脂碳板取代石墨碳板，其特性在于低成本、導(dǎo)電性佳、可少量制造生產(chǎn)、低溫成型及樹脂具彈性體的特性，不易碎裂且在燃料電池的發(fā)電環(huán)境中，樹脂碳板較石墨碳板更具熱脹冷縮的緩沖性，更適于燃料電池之組裝。
[0004]—種低溫成型樹脂碳板,按重量百分比,包括:5% -85%的熱固型樹脂、5% -85%的導(dǎo)電材料和5% -85%熱反應(yīng)型填充材料。
[0005]本發(fā)明采用以上技術(shù)特征，其優(yōu)點(diǎn)在于，熱反應(yīng)型填充材料在高溫高壓鑄模反應(yīng)時(shí)，可與樹脂及碳反應(yīng)及包覆，轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電性較強(qiáng)的金屬態(tài)。反應(yīng)型填充材料，其特性為調(diào)整樹脂碳板之機(jī)械強(qiáng)度、提高導(dǎo)電性，并且在熱壓鑄膜時(shí)，于碳板表面形成一層硬度較高之致密保護(hù)層，且耐刮傷特性及調(diào)節(jié)導(dǎo)流氣體水分。
[0006]優(yōu)選的，所述熱固型樹脂選自酚醅環(huán)氧樹脂、尼龍材料、醇酸樹脂、樹脂硬化劑、亞克力樹脂和聚酯樹脂中的至少一種；所述導(dǎo)電材料選自石墨粉、碳粉、納米碳管、納米銀線、石墨烯和碳纖維中的至少一種；所述熱反應(yīng)型填充材料選自氫氧化鋅和氧化金屬中的至少一種。
[0007]優(yōu)選的，低溫成型樹脂碳板，按重量百分比，包括:35% -50%的熱固型樹脂、25% -40%的導(dǎo)電材料和10% -30%熱反應(yīng)型填充材料。
[0008]優(yōu)選的,所述氧化金屬采用氧化鋁、氧化鈦或者氧化鋅。
[0009]本發(fā)明還提供了一種制備低溫成型樹脂碳板的方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0010]步驟A:將導(dǎo)電材料混合均勻，再加入熱反應(yīng)型填充材料，用干粉均質(zhì)機(jī)混合均勻；
[0011]步驟B:將步驟A得到的混合均勻的材料與熱固型樹脂按比例混合均勻，靜置I至3小時(shí)，使導(dǎo)電材料與樹脂混合；
[0012]步驟C:取所述步驟B得到的材料倒入模具中脫膜，脫膜后可得樹脂碳板。
[0013]優(yōu)選的，還包括:將步驟C得到的樹脂碳板置于500°C -900°C烤箱，烘烤30分鐘-12小時(shí)。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟C中，條件為:溫度設(shè)定100°C至300°C、壓力設(shè)定I至200MPa、時(shí)間3分鐘至12小時(shí)。
[0015]本發(fā)明所得到的樹脂碳板具備以下特性:1.高導(dǎo)電率，高于高壓石墨碳板；2.機(jī)械強(qiáng)度可調(diào)適，加工性及耐久性強(qiáng)；3.氣密性佳，樹脂的配方搭配熱反應(yīng)型填料，形成較佳的連續(xù)接口 ；4.耐蝕性佳；5.直接低溫成型，節(jié)省加工制程及成本；6.應(yīng)用擴(kuò)充性廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明直接壓鑄成型之樹脂碳板-氣體導(dǎo)流設(shè)計(jì)。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0018]實(shí)施例1
[0019]1.燃料電池石墨雙極板應(yīng)用
[0020]按重量百分比，30%的酚醛環(huán)氧樹脂、15%的醇酸樹脂、5%的樹脂硬化劑、35%石墨粉(粒徑0.05mm)、5%的碳粉(粒徑〈0.0Olmm) +5%的氫氧化鋅+5%的三氧化二鋁混合均勻，靜置30分鐘后倒入模具中，溫度250°C、壓力20MPa，時(shí)間30分鐘后開模取出靜置冷卻。
[0021]表I同步導(dǎo)電性測(cè)試
[0022]性能單位實(shí)施例1日系高壓石墨板
機(jī)械強(qiáng)度M Pa5453
彎曲強(qiáng)度應(yīng)力值％0.30.7
楊式模數(shù)G Pa1911

XYΩ.Cm 0.8* 10—2I* 10"
面電阻抗----
ZΩ.cm 0.9* 10—21.1* 1-2
線性阻抗Ω.cm2.96 * 10—4 1.74 * IiT2
氣密性psi7030

【權(quán)利要求】
1.一種低溫成型樹脂碳板，其特征在于，按重量百分比，包括:5%-85%的熱固型樹脂、5%-85%的導(dǎo)電材料和5%-85%熱反應(yīng)型填充材料。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫成型樹脂碳板，其特征在于，所述熱固型樹脂選自酚醅環(huán)氧樹脂、尼龍材料、醇酸樹脂、樹脂硬化劑、亞克力樹脂和聚酯樹脂中的至少一種；所述導(dǎo)電材料選自石墨粉、碳粉、納米碳管、納米銀線、石墨烯和碳纖維中的至少一種；所述熱反應(yīng)型填充材料選自氫氧化鋅和氧化金屬中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫成型樹脂碳板，其特征在于，所述氧化金屬采用氧化鋁、氧化鈦或者氧化鋅。
4.一種制備如權(quán)利要求1所述的低溫成型樹脂碳板的方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟A:將導(dǎo)電材料混合均勻，再加入熱反應(yīng)型填充材料，用干粉均質(zhì)機(jī)混合均勻； 步驟B:將步驟A得到的混合均勻的材料與熱固型樹脂按比例混合均勻，靜置，使導(dǎo)電材料與樹脂混合； 步驟C:取所述步驟B得到的材料倒入模具中脫膜，脫膜后可得樹脂碳板。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括:將步驟C得到的樹脂碳板置于5000C _900°C烤箱，烘烤30分鐘-12小時(shí)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，脫膜條件為:溫度設(shè)定100°C至300°C、壓力設(shè)定100至200MPa、時(shí)間3分鐘至12小時(shí)。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，靜置時(shí)間為I至3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK104201391SQ201410391768
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】宋福唐, 洪銘杰 申請(qǐng)人:宋福唐, 洪銘杰