1.本发明涉及一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，具体涉及一种利用减压过滤成型方式制备质子交换膜燃料电池双极板的方法，属于燃料电池（pemfc）双极板制备技术领域。
背景技术：
2.质子交换膜燃料电池已进入商业化应用的早期阶段，但是相比于内燃机，仍具有使用寿命短、实际输出效率低等缺陷。因此，提升电池内部各材料的综合性能成为了关键。双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一。具有下述功能与性质：分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过；收集、传导电流，电导率高；设计与加工的流道，可将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应；能排出热量，保持电池温场均匀；耐蚀；抗冲击和震动；厚度薄；重量轻；同时成本低，容易机械加工，适合批量制造等。传统的制备双极板的方法，在压制成型过程中会出现粉料分布不均匀，导致双极板厚度精度较低等技术问题，这在一定程度上制约了燃料电池的寿命及成本，同时压制过程中还存在粉尘飞散的问题，加工环境较差。
技术实现要素：
3.针对传统方法制备的双极板存在布粉不均匀，各部分厚度不一等技术问题。本发明的目的是在于提供一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，该方法利用液态浆料的流动性高于固态的粉料可以更好地使粉料均匀分布在一个平面上，基于减压过滤实现湿法成型能够快速得到粉料分布均匀的低密度双极板原板，不但可以提高双极板的厚度均匀性以及成品率，从而改善燃料电池的使用寿命同时降低成本，而且可以减少双极板压制过程中粉尘飞散的问题，改善加工环境，且该方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。
4.为了实现上述技术目的，本发明提供了一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，该方法是将石墨粉、树脂、分散剂及溶剂通过球磨分散，得到浆料；将浆料通过减压过滤得到双极板原板；将双极板原板经过压制和热处理，即得。
5.相对传统的双极板加工工艺，本发明技术方案的关键是在于增加了双极板原板的制备工序，该工序利用湿法球磨获得均匀的浆料，再通过减压过滤的方式获得低密度双极板原板，通过减压过滤方式能够保证粉料在高度分散混匀的条件下快速脱水，从而获得粉料分布更加均匀的双极板原板，再利用原板来进行压制成型，由于在液态环境中粉料的流动性高于固态的粉料，可以更好的均匀分布在一个平面上，可以避免压制成型过程中出现粉料分布不均匀，导致双极板厚度精度较低等技术问题，同时原板压制过程无粉尘产生，优化了工作环境。
6.作为一个优选的方案，所述浆料中石墨粉的质量百分比含量为1%~10%，树脂的质量百分比含量为1%~10%。优选的树脂为etfe。优选的石墨粉包括石墨片材料、工业石墨烯材料、官能团化的石墨片材料、碳碳复合材料中至少一种。
7.作为一个优选的方案，所述石墨粉与树脂的质量比为10~1:1。较优选的石墨粉与
树脂的质量比为1~3:1。
8.作为一个优选的方案，所述浆料中分散剂与石墨粉的质量比为0.01~0.5:1。较优选的分散剂与石墨粉的质量比0.1~0.2:1。适量的分散剂引入配合球磨作用，可以将石墨粉充分分散形成均匀的浆料，而分散剂用量过高则会影响极板力学性能和导电性等综合性能，而分散剂用量过低则达不到分散效果。
9.作为一个优选的方案，所述分散剂为xys-3600分散剂。该分散剂为水性分散剂，可以很好地将石墨分散在水中，同时其修饰在粉末颗粒表面可以改善粉料的流动性，有利于获得粉料分布均匀的双极板原板，且经过球磨搅拌不会产生气泡，且价格较低，可以用于大规模生产使用。
10.作为一个优选的方案，所述减压过滤采用孔径为0.45μm或0.22μm的复合滤膜。进一步优选为采用孔径为0.45的复合滤膜。
11.作为一个优选的方案，所述热处理过程为：在惰性气氛中，于在100℃~600℃温度下，保温1~8 h。优选的热处理过程为：在惰性气氛中，于在300℃~400℃，保温1~3 h。在适当的热处理条件下有利于树脂与石墨之间复合。
12.相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：本发明技术方案利用湿法球磨获得均匀的浆料，再通过减压过滤的方式实现浆料的固液分离，保证粉料在高度分散混匀的条件下快速脱水，从而获得粉料分布更加均匀的双极板原板，再利用原板来进行压制成型，由于在液态环境中粉料的流动性高于固态的粉料，可以更好的均匀分布在一个平面上，可以避免压制成型过程中出现粉料分布不均匀，导致双极板厚度精度较低等技术问题。
13.本发明技术方案利用原板压制过程无粉尘产生，优化了工作环境降低传统粉体压制双极板所造成的粉体飞散污染问题。
14.本发明技术方案相对传统的极板制备工艺只需增加减压过滤设备，操作简单，成本低，有利于大规模生产。
具体实施方式
15.以下具体实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。
16.以下实施例中涉及的试剂，如果没有特殊说明，是直接从市场上购得的商品试剂。
17.实施例1称取6g石墨、6getfe粉及1gxys-3600分散剂添加到250ml去离子水中进行球磨分散，球磨30min混合均匀，其中，石墨和etfe的质量比为1:1，石墨与xys-3600的质量比为6:1，标记为bp-1。量取40ml所制得的浆料加入减压过滤装置。选择0.45孔径复合膜滤纸，通过减压过滤的方法制备低密度原板，10mpa压制可以得到1mm厚，密度为1.37g/cm3双极板原板。将制备的样品置于马弗炉中热处理，在350℃，n2气气氛中保温2 h。
18.该实施例制备的原板相比传统的铺粉法压制的原板，平面公差更小，该实施例得到的原板平面公差为6μm。
19.实施例2称取7g石墨、7getfe粉及1gxys-3600分散剂添加到250ml去离子水中进行球磨分散，球磨30min混合均匀，其中，石墨和etfe的质量比为1:1，石墨与xys-3600的质量比为7:
1，标记为bp-2。量取40ml所制得的浆料加入减压过滤装置。选择0.45孔径复合膜滤纸，通过减压过滤的方法制备低密度原板，13mpa压制可以得到1mm厚，密度为1.59g/cm3双极板原板。将制备的样品置于马弗炉中热处理，在350℃，n2气气氛中保温2 h。
20.该实施例制备的原板相比传统的铺粉法压制的原板，平面公差更小，该实施例得到的原板平面公差为8μm。
21.实施例3称取8g石墨、8getfe粉及1gxys-3600分散剂添加到250ml去离子水中进行球磨分散，球磨30min混合均匀，其中，石墨和etfe的质量比为1:1，石墨与xys-3600的质量比为8:1，标记为bp-3。量取40ml所制得的浆料加入减压过滤装置。选择0.45孔径复合膜滤纸，通过减压过滤的方法制备低密度原板，15mpa压制可以得到1mm厚，密度为1.82g/cm3双极板原板。将制备的样品置于马弗炉中热处理，在350℃，n2气气氛中保温2 h。
22.该实施例制备的原板相比传统的铺粉法压制的原板，平面公差更小，该实施例得到的原板平面公差为9μm。
技术特征：
1.一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：将石墨粉、树脂、分散剂及溶剂通过球磨分散，得到浆料；将浆料通过减压过滤得到双极板原板；将双极板原板经过压制和热处理，即得。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述浆料中石墨粉的质量百分比含量为1%~10%，树脂的质量百分比含量为1%~10%。3.根据权利要求1或2所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述石墨粉与树脂的质量比为10~1:1。4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述浆料中分散剂与石墨粉的质量比为0.01~0.5:1。5.根据权利要求1或4所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述分散剂为xys-3600分散剂。6.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述减压过滤采用孔径为0.45μm或0.22μm的复合滤膜。7.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：所述热处理过程为：在惰性气氛中，于在100℃~600℃温度下，保温1~8 h。
技术总结
本发明公开了一种质子交换膜燃料电池双极板的制备方法。该方法是将石墨粉、树脂、分散剂及溶剂通过球磨分散，得到浆料；将浆料通过减压过滤得到双极板原板；将双极板原板经过压制和热处理，即得。该方法利用液态浆料的流动性高于固态的粉料可以更好地使粉料均匀分布在一个平面上，基于减压过滤实现湿法成型能够快速得到粉料分布均匀的低密度双极板原板，不但可以提高双极板的厚度均匀性以及成品率，从而改善燃料电池的使用寿命同时降低成本，而且可以减少双极板压制过程中粉尘飞散的问题，改善加工环境，且该方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。大规模生产。
技术研发人员：梁伊丽 高子腾 江泽峰
受保护的技术使用者：广东氢发新材料科技有限公司
技术研发日：2022.04.14
技术公布日：2022/7/21