專利名稱：質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法
技術領域：
本發明涉及一種質子交換膜燃料電池復合材料雙極板成型方法。
技術背景
二十一世紀是能源緊缺的世紀，對新型能源的開發、現有能源的合理高效利用已成為本世紀發展的主題。目前，人類賴以生存的石油、天然氣和煤等化石能源正在日趨減少，取而代之的將是氫能、太陽能和風能等可再生資源。同時，由于對現有資源(如石油、天然氣和煤)的低效燃燒使用，既浪費了能源，也對環境造成了嚴重污染，已成為本世紀必須解決的重要問題。
燃料電池(Fuel Cells)是一種電可以直接將化學能轉化為電能的發電裝置。能量轉換效率高(40% 60% )；環境友好，幾乎不排放氮氧化物和硫氧化物；二氧化碳的排放量也比常規發電廠減少50%以上。正是由于這些突出的優越性，燃料電池技術的研究和開發備受各國政府與世界大公司的重視，被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發電技術， 成為大家研究和開發焦點。
質子交換膜燃料電池(PEMFC)除具有燃料電池一般的特點(如能量轉化效率高、 環境友好等)之外，同時還具有可在室溫快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽命長、比功率與能量高等突出特點。因此，它被公認為最有希望成為軍事、航天、航海、電動汽車和區域性電站的首選電源。
雙極板是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的主要部件，它的費用占燃料電池的一半以上，已嚴重阻礙質子交換膜燃料電池的商業化。找價格低廉、性能優越的雙極板材料，制定出新的加工工藝，縮短生產時間已成為質子交換膜燃料電池商業化迫在眉睫的問題。
石墨材料具有優越的導電性能，導熱性和耐磨性能，是一種低密度材料，一直是雙極板的首選材料，多采用機加工的方法加工石墨雙極板，機加工工藝中的高溫石墨化和氣體流道的機加工是造成雙極板價格昂貴的主要原因。金屬材料，具有高電導率、高導熱性、 機械強度好及氣體透過率低等優點，但金屬在燃料電池運行的環境下，容易腐蝕不能滿足長期使用的要求。為降低石墨雙極板的制備成本，滿足長期使用的要求，由石墨粉和聚合物樹脂制備復合材料雙極板已成為目前PEMFC雙極板具有發展前景的研究方向之一，國外已轉向規模化生產。
純石墨雙極板主要是通過機加工加工出流道，這種加工方法不僅加工時間長，并且加工成本也很高，不利于質子交換膜燃料電池的商業化。發明內容
本發明的目的在于提供一種原料利用率高，生產效率高，雙極板性能好的質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法。
本發明的技術解決方案是
一種質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是依次包括下列步驟
(1)導電粉末的制備將碳化鈦和石墨混合成導電粉末；
(2)混合在導電粉末中加入粘結劑，得混合料，粘結劑為改性酚醛樹脂；
(3)注射成型將混合料采用注射成型方法，制成帶有流道的雙極板；
(4)后處理進行退火處理。
碳化鈦為粉態，石墨為粉態，粘結劑為酚醛樹脂；在混合料中碳化鈦的重量百分比為5% 15%，石墨的重量百分比為70% 90%，酚醛樹脂的重量百分比為5% 20%。
碳化鈦粒徑為8000目；石墨純度> 99. 85%,平均粒徑為30 μ m ；改性酚醛樹脂的粒度為30-40 μ m。
步驟O)中，將導電粉末與酚醛樹脂放到球磨機中混合，再放入干燥箱中干燥，其中球磨速度為350r/min，球磨時間池；干燥箱溫度為60 100°C，干燥時間為1 Mh。
步驟(3)中，注射機械的工作溫度為160200°C，工作壓力為80 150MPa，注射的速度為2 5m/s，保壓時間為5 60s。
步驟⑷后處理中，用夾具夾住雙極板放入烘箱中，退火溫度為80 130°C，保溫時間為4 24h。
本發明原料利用率高，生產效率高，雙極板性能好。能直接成型出帶有氣體通過流道的雙極板，同時其制得的雙極板具有較高的體積電導率、較高的力學強度。
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
具體實施方式
一種質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，依次包括下列步驟
(1)導電粉末的制備將碳化鈦和石墨混合成導電粉末；
(2)混合在導電粉末中加入粘結劑，得混合料，粘結劑為改性酚醛樹脂；
(3)注射成型將混合料采用注射成型方法，制成帶有流道的雙極板；
(4)后處理進行退火處理。
碳化鈦為粉態，石墨為粉態，粘結劑為酚醛樹脂；在混合料中碳化鈦的重量百分比為5% 15% (例5%、10%、15% )，石墨的重量百分比為70% 90% (例70%、85%、 90% ),酚醛樹脂的重量百分比為5% 20% (例5%、15%、20% )。
碳化鈦粒徑為8000目；石墨純度> 99. 85%,平均粒徑為30 μ m ；改性酚醛樹脂的 Iiit^ 30-40 μπι(Μ 30 μ m>35 μ m、40 μ m)。
步驟O)中，將導電粉末與酚醛樹脂放到球磨機中混合，再放入干燥箱中干燥，其中球磨速度為350r/min，球磨時間2h ；干燥箱溫度為60 100°C (例60°C、80°C、100°C )， 干燥時間為1 24h (例1小時、12小時、24小時)。
步驟(3)中，注射機械的工作溫度為160 200°C (例160°C、180°C、200°C )，工作壓力為 80 150MPa(例 80MPa、llOMPa、150MPa)，注射的速度為 2 5m/s (例 2m/s、4m/s、 5m/s)，保壓時間為 5 60s (例 5s、30s、60s)。
步驟⑷后處理中，用夾具夾住雙極板放入烘箱中，退火溫度為80 130°C (例 80°C、110°C、130°C )，保溫時間為4 24h (例4小時、14小時、24小時)。
制成的雙極板電導率彡120S/cm,抗彎強度彡30MPa,抗壓強度彡30MPa。
權利要求
1.一種質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是依次包括下列步驟(1)導電粉末的制備將碳化鈦和石墨混合成導電粉末；(2)混合在導電粉末中加入粘結劑，得混合料，粘結劑為改性酚醛樹脂；(3)注射成型將混合料采用注射成型方法，制成帶有流道的雙極板；(4)后處理進行退火處理。
2.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是碳化鈦為粉態，石墨為粉態，粘結劑為酚醛樹脂；在混合料中碳化鈦的重量百分比為 5% 15%，石墨的重量百分比為70% 90%，酚醛樹脂的重量百分比為5% 20%。
3.根據權利要求1或2所述的質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是碳化鈦粒徑為8000目；石墨純度> 99. 85%，平均粒徑為30μπι;改性酚醛樹脂的粒度為30-40 μ m。
4.根據權利要求1或2所述的質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是步驟O)中，將導電粉末與酚醛樹脂放到球磨機中混合，再放入干燥箱中干燥，其中球磨速度為350r/min，球磨時間池；干燥箱溫度為60 100°C，干燥時間為1 Mh。
5.根據權利要求1或2所述的質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是步驟(3)中，注射機械的工作溫度為160 200°C，工作壓力為80 150MPa，注射的速度為2 5m/s，保壓時間為5 60s。
6.根據權利要求1或2所述的質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，其特征是步驟(4)后處理中，用夾具夾住雙極板放入烘箱中，退火溫度為80 130°C，保溫時間為4 24h。
全文摘要
本發明公開了一種質子交換膜燃料電池復合材料雙極板注射成型方法，依次包括導電粉末的制備、混合、注射成型、后處理步驟。本發明原料利用率高，生產效率高，雙極板性能好。能直接成型出帶有氣體通過流道的雙極板，同時其制得的雙極板具有較高的體積電導率、較高的力學強度。
文檔編號H01M4/88GK102544525SQ20121000664
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者倪紅軍, 馮小保, 廖萍, 朱昱, 李志揚, 賈中實, 問朋朋, 陳國軍, 馬俊, 黃明宇 申請人:南通大學