本發明涉及燃料電池，具體涉及一種石墨復合雙極板制備方法。

背景技術：

1、燃料電池具有可在常溫快速啟動、無電解液損耗、使用壽命長、比功率與比能量密度高等優點，是軍、民通用的一種新型動力源。雙極板是燃料電池電堆中的一個關鍵組件，在燃料電池中起著分配燃料氣和空氣(氧氣)、實現單片電池之間的電聯結、從活性區域帶出廢熱、防止氣體和冷卻劑泄漏以及促進水管理等功能。

2、制備雙極板的材料主要包括金屬、石墨和石墨復合材料。其中，石墨復合雙極板具有耐腐蝕性好、制備效率高、易于實現產業化等優勢，是目前研究的重點，也是后續雙極板材料開發的主流趨勢，但存在物料均化困難、復合條件苛刻、產品質量波動大、成品率低以致生產成本居高不下等問題。從控制生產成本和滿足產品性能指標的角度來看，簡化制備流程、開發新型復合工藝為根本解決之道。

3、現有技術cn116638697a公開了一種高性能石墨基復合材料雙極板、制備方法及應用，在混粉系統中利用高速氣流進行粉末混合，接著在真空條件下對模具中的混合粉末進行加熱施壓操作，隨后結束加熱并繼續保持成型壓力，待溫度降低至樹脂的固化成形溫度以下，卸去成型壓力并充入空氣，進行脫模。該方法加入了碳納米管導電填料，保證粉料成型的同時提高了雙極板的導電性能。但該方法制備過程經過混料、抽真空、熱壓等繁瑣工藝，工藝復雜。

4、現有技術cn116512634a公開了用于燃料電池的復合石墨雙極板模壓生產制備系統與方法，包括環形生產線，以及沿環形生產線行進方向依次布置的鋪料裝置、熱模壓裝置、固化裝置與脫模裝置。本發明通過將復合石墨雙極板生產制備過程中預熱、模壓與固化工序分離開，解決了傳統熱模壓過程效率低、設備投入大、生產周期長等問題。但原料均化、應力消除等關鍵過程未提及，可能會造成產品質量波動大、成品率低等問題。

5、因此，針對上述問題，本發明提供了一種石墨復合雙極板制備方法，實現石墨復合雙極板的批量制備，解決現有技術工藝復雜、成品率低、批次穩定性較差等問題。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種石墨復合雙極板制備方法，以實現石墨復合雙極板的批量制備，解決現有技術工藝復雜、成品率低、批次穩定性較差等問題。

2、為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種石墨復合雙極板制備方法，包括原料均化、預熱處理、熱壓成型、脫模、應力消除、裁剪修邊過程。

4、進一步地，所述原料均化選自分段研磨、氣流粉碎、超聲分散、溶劑分散、多級振動中的一種或多種。

5、進一步地，原料包括石墨、樹脂、導電填料；所述石墨選自鱗片石墨、隱晶質石墨、人造石墨、球形石墨、膨脹石墨中的至少一種；所述樹脂選自環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚丙烯樹脂中的至少一種；所述導電填料選自石墨烯、碳纖維、炭黑、碳納米管、金屬纖維中的至少一種。

6、優選地，所述石墨為鱗片石墨，固定碳含量大于99.9％，尺寸為20～100微米。

7、優選地，所述樹脂為環氧樹脂，粉末尺寸為10～50微米。

8、優選地，所述導電填料為石墨烯、碳纖維、碳納米管按質量比為1：(1～1.2)：(1～1.2)的混合物。

9、進一步地，石墨、樹脂、導電填料的混合比例為：80wt.％～85wt.％石墨，13wt.％～17wt.％樹脂，1wt.％～4wt.％導電填料。

10、優選地，石墨、樹脂、導電填料的混合比例為：83wt.％石墨，15wt.％樹脂，2wt.％導電填料。

11、進一步地，預熱處理在模具中進行；所述模具包括模具上模、模具下模、刮平裝置、脫模裝置，材質為金屬，內置帶溫控的加熱單元。

12、優選地，預熱溫度為100～140℃，預熱時間為30～60min。

13、進一步地，熱壓成型在液壓機下進行；所述液壓機壓力不小于100mpa，具備壓力控制和壓力維持功能。

14、優選地，所述熱壓成型壓力為100～150mpa，熱壓成型溫度為150～250℃，保壓時間為5～10min。

15、進一步地，脫模在冷卻到一定溫度后由模具中的脫模裝置完成；所述脫模裝置選自機械、風力、振動中的一種。

16、進一步地，應力消除選自熱處理、噴砂處理、機械處理、輥壓處理中的至少一種。

17、進一步地，裁剪修邊包括切割、磨削、噴吹過程。

18、由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有如下有益效果：

19、1.本發明包括原料均化和應力消除過程，解決了現有技術成品率低、批次穩定性較差等問題；

20、2.本發明通過引入石墨烯、碳纖維、炭黑、碳納米管、金屬纖維等導電填料，除了起到石墨顆粒間的橋接作用，以打通導電路徑、降低接觸電阻，從而提高雙極板整體的電導率外，還可以提高材料的力學性能，特別是對抗彎強度有較明顯的提升作用；

21、3.本發明工藝簡單、調整靈活，特種設備需求較少，設備投資小，適合推廣。

技術特征：

1.一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，包括原料均化、預熱處理、熱壓成型、脫模、應力消除、裁剪修邊過程。

2.根據權利要求1所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，所述原料均化選自分段研磨、氣流粉碎、超聲分散、溶劑分散、多級振動中的一種或多種。

3.根據權利要求2所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，原料包括石墨、樹脂、導電填料；所述石墨選自鱗片石墨、隱晶質石墨、人造石墨、球形石墨、膨脹石墨中的至少一種；所述樹脂選自環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚丙烯樹脂中的至少一種；所述導電填料選自石墨烯、碳纖維、炭黑、碳納米管、金屬纖維中的至少一種。

4.根據權利要求3所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，石墨、樹脂、導電填料的混合比例為：80wt.％～85wt.％石墨，13wt.％～17wt.％樹脂，1wt.％～4wt.％導電填料。

5.根據權利要求1所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，預熱處理在模具中進行；所述模具包括模具上模、模具下模、刮平裝置、脫模裝置，材質為金屬，內置帶溫控的加熱單元。

6.根據權利要求1所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，熱壓成型在液壓機下進行；所述液壓機壓力不小于100mpa。

7.根據權利要求1所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，脫模在冷卻到一定溫度后由模具中的脫模裝置完成；所述脫模裝置選自機械、風力、振動中的一種。

8.根據權利要求1所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，應力消除選自熱處理、噴砂處理、機械處理、輥壓處理中的至少一種。

9.根據權利要求1所述的一種石墨復合雙極板制備方法，其特征在于，裁剪修邊包括切割、磨削、噴吹過程。

技術總結
本發明公開了一種石墨復合雙極板制備方法，包括原料均化、預熱處理、熱壓成型、脫模、應力消除、裁剪修邊過程，其中原料均化和應力消除過程可顯著提升成品率和產品質量，解決了現有技術成品率低、批次穩定性較差等問題；同時，本發明通過引入石墨烯、碳纖維、炭黑、碳納米管、金屬纖維等導電填料，除了起到石墨顆粒間的橋接作用，以打通導電路徑、降低接觸電阻，從而提高雙極板整體的電導率外，還可以提高材料的力學性能，特別是對抗彎強度有較明顯的提升作用；此外，本發明工藝簡單、調整靈活，特種設備需求較少，設備投資小，適合推廣。

技術研發人員：劉定樺,張明,于陽輝,黃建樹,程飛飛,賴瑋,張韜
受保護的技術使用者：蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28