CN113839061A - 一种用于制备燃料电池双极板的复合材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于制备燃料电池双极板的复合材料及其应用。本申请复合材料包括MAX相材料、有机树脂和纤维增强体；MAX相材料为Mn+1AXn，M为过渡金属，A为ⅢA或ⅣA族元素，X为碳或/和氮，n=1‑3；有机树脂为热塑性树脂和/或热固性树脂；纤维增强体为碳纤维、碳纳米管和聚酯纤维的至少一种。本申请复合材料，利用MAX相材料形成导电网络，收集与导出电流，能有效降低电阻，提高导电性和耐腐蚀性能，延长电池寿命；利用有机树脂填充MAX相材料空隙，提高气密性和弯曲强度；利用纤维增强体进一步提高弯曲强度和机械强度；使制备的双极板不仅各方面性能优异，而且双极板制备方法简单，易于规模化生产。

Description

一种用于制备燃料电池双极板的复合材料及其应用
技术领域
本申请涉及燃料电池材料技术领域，特别是涉及一种用于制备燃料电池双极板的复合材料及其应用。
背景技术
燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接、连续地转变成电能的能量转换装置。其中，燃料可采用氢、醇、碳氢化合物等，氧化剂一般采用氧气或空气。与传统的电池概念完全不同，燃料电池不需要充电，只要将燃料直接送入燃料电池***，燃料电池就能源源不断地将燃料的化学能转变成电能。燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、低噪音污染、可靠性高等优点，是一种重要的能源转换装置。
研究显示，现有的燃料电池中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）是电动汽车上最有应用前景的电力能源之一。质子交换膜燃料电池采用可传导离子的聚合膜作为电解质，具有较高的能量效率和能量密度，体积重量小，冷启动时间短，运行安全可靠等优点。质子交换膜燃料电池的组成构件中，双极板是其关键部件之一。原则上，双极板必须具有优异的导电、导热、耐腐蚀性能，并且，需要足够的强度和良好的气密性。其制作成本和性能直接影响着的商业化和性能。无孔石墨双极板因性能优异而被广泛采用，但由于复杂的制备及后续机加工工艺，生产石墨双极板的成本很高；因此，其他各种替代石墨双极板材料的研制一直非常活跃。如何研发一种性能优异，且制备方法简单的双极板，是本领域研究的重点和难点。
发明内容
本申请的目的是提供一种新的用于制备燃料电池双极板的复合材料及其应用。
本申请采用了以下技术方案：
本申请的一方面公开了一种用于制备燃料电池双极板的复合材料，该复合材料包括MAX相材料、有机树脂和纤维增强体；MAX相材料的分子式为Mn+1AXn，其中，M为过渡金属元素，A为ⅢA族元素或ⅣA族元素，X为碳或/和氮，n=1-3；有机树脂为热塑性树脂和/或热固性树脂中的至少一种；纤维增强体为碳纤维、碳纳米管和聚酯纤维中的至少一种。
需要说明的是，本申请的一种实现方式中，复合材料由MAX相材料、有机树脂和纤维增强体组成，其用于制备燃料电池双极板时，MAX相材料形成导电网络，收集与导出电流，能够降低电阻，提高导电性和耐腐蚀性能，延长电池寿命；有机树脂主要作用是填补MAX相材料的空隙，提高双极板的气密性和弯曲强度；纤维增强体的主要作用是进一步提高双极板的弯曲强度和机械强度。因此，采用本申请复合材料制备的双极板具有导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好等诸多优点；并且，更重要的是，采用本申请的复合材料制备双极板，只需要将复合材料中的各组分混合均匀，然后直接注释或压制成形即可，制备方法简单，易于规模化生产。
可以理解，由MAX相材料、有机树脂和纤维增强体组成的复合材料用于制备燃料电池双极板，即可实现以上功能和效果，即导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好、制备方法简单等；但是，在此基础上，不排除还可以增加其他组分，从而增加或改善相应的性能，在此不作具体限定。
本申请的一种实现方式中，复合材料中MAX相材料的质量分数为20-90%，有机树脂的质量分数为5-78%，纤维增强体的质量分数为2-10%。
需要说明的是，本申请的复合材料，其导电性主要取决于MAX相材料；因此，MAX相材料含量不能太低，否则会导致导电性太低，无法用于制备燃料电池双极板；MAX相材料的含量也不能太高，否则会相应的减少其他组分的含量，例如MAX相材料的质量分数大于90%，会导致有机树脂和纤维增强体的量太少，使得制备的双极板强度太差，无法使用。因此，优选的，复合材料中MAX相材料的质量分数为20-90%。在该范围内，MAX相材料含量增加，相应的制备的双极板的电阻降低，导电性和耐腐蚀性能提高，能够很好的起到延长电池寿命的作用。可以理解，MAX相材料的质量分数为20-90%只是本申请的优选方案中的用量，在更低要求的情况下，也可以超出该用量范围。
同样的，有机树脂的含量也不能太高或太低，有机树脂的量太少会导致强度太差，气密性不符合要求；有机树脂的量太高，相应的会减少其他组分的含量，尤其是减少MAX相材料的含量，导致导电性太低。因此，优选的，复合材料中有机树脂的质量分数为5-78%。在该范围内，随着有机树脂含量增加，制备的双极板的气密性和弯曲强度增强。可以理解，有机树脂的质量分数为5-78%也只是本申请的优选方案中的用量，在更低要求的情况下，也可以超出该用量范围。
同样的，纤维增强体的含量也不能太高或太低，纤维增强体的含量太低，对弯曲强度的增加效果不明显；而纤维增强体的含量太高，反而会使弯曲强度降低。本申请研究显示，复合材料中纤维增强体的质量分数为2-10%，该用量范围内，制备的双极板随着纤维增强体用量增加，其弯曲强度增强；但是，纤维增强体的质量分数超过10%，反而会使弯曲强度降低。可以理解，纤维增强体的质量分数为2-10%也只是本申请的优选方案中的用量，在更低要求的情况下，也可以超出该用量范围。
本申请的一种实现方式中，MAX相材料中的M为Ti、Nb、Mo和Cr中的至少一种；A为Si、Al和Ga中的至少一种。
优选的，MAX相材料为Ti3SiC2、Ti3AlC2、Nb2AlC、Mo2Ga2C、Ti2AlN、Ti2AlC、Cr2AlC和Mo3AlC2中的至少一种。
需要说明的是，目前已报道的MAX相材料约有150余种，一般来说，MAX相材料兼具金属和陶瓷的性质，具有良好的导电和导热性、优异的抗热震性和损伤容限、良好的抗氧化性和耐腐蚀性，以及易加工等特点；因此，原则上所有MAX相材料都可以用于本申请。但是，考虑到本申请燃料电池双极板的特殊用途，为了确保制备的燃料电池双极板导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好等性能，本申请优选的采用M为Ti、Nb、Mo和Cr中的至少一种，A为Si、Al和Ga中的至少一种的MAX相材料；尤其优选采用Ti3SiC2、Ti3AlC2、Nb2AlC、Mo2Ga2C、Ti2AlN、Ti2AlC、Cr2AlC和Mo3AlC2中的至少一种。
本申请的一种实现方式中，MAX相材料纯度≥99.5，平均粒径为10-100μm。
可以理解，MAX相材料纯度≥99.5，主要是为了避免其他杂质引入影响燃料电池双极板的使用性能；而MAX相材料的粒径，一方面会影响双极板的强度和抗弯曲性能，另一方面也会影响双极板的导电和导热性能。例如，MAX相材料平均粒径太大，有机树脂的填充效果减弱，导致强度降低；反之，MAX相材料平均粒径太小，其整体的导电和导热性能降低。因此，优选MAX相材料平均粒径为10-100μm。
本申请的一种实现方式中，用于本申请复合材料的有机树脂的热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种；热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、聚酰亚胺中的至少一种。
需要说明的是，本申请的复合材料中，有机树脂的主要作用是填补MAX相材料的空隙，提高双极板的气密性和弯曲强度；因此，本申请优选采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种热塑性树脂，或者酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、聚酰亚胺中的至少一种热固性树脂。可以理解，以上树脂可以单独使用，也可以根据需求任意组合使用。
本申请的一种实现方式中，作为本申请复合材料的纤维增强体的碳纤维的直径为1-20μm，长径比为10:1-50:1；聚酯纤维的直径为1-20μm，长径比为10:1-50:1；碳纳米管的直径为20-100nm，长径比为20:1-80:1。
需要说明的是，本申请的复合材料中，纤维增强体的主要作用是进一步提高双极板的弯曲强度和机械强度；本申请研究发现，直径为1-20μm、长径比为10:1-50:1的碳纤维，直径为1-20μm、长径比为10:1-50:1的聚酯纤维，以及直径为20-100nm、长径比为20:1-80:1的碳纳米管，对提高双极板弯曲强度和机械强度效果更佳。可以理解，以上参数只是本申请优选的方案中采用的具体参数，在更低要求的情况下，也可以使用超出以上参数范围的碳纤维、碳纳米管和聚酯纤维。
本申请的另一方面公开了一种采用本申请的复合材料制备的燃料电池双极板。
需要说明的是，本申请的燃料电池双极板，由于采用本申请的复合材料制备，具有导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好等优点。并且，采用本申请的复合材料可以很简单方便的制备燃料电池双极板；一般来说，只要本申请复合材料中各组分分散均匀，就可以直接将本申请的复合材料注塑或压制成形，即可获得本申请的燃料电池双极板。
本申请的再一面公开了本申请的燃料电池双极板的制备方法，包括将本申请的复合材料中的MAX相材料、有机树脂和纤维增强体混合均匀；然后，采用注塑、滚压、模压或压铸工艺制备成形，获得本申请的燃料电池双极板。
本申请的一种实现方式中，燃料电池双极板的制备方法包括以下步骤：
a)将MAX相材料、有机树脂和纤维增强体在室温20～30℃下混合，得到混合物料；
b)将步骤a)获得的混合物料转移至平板或带有流场的模具中成型；
c)采用循环水冷却或者液压油冷却的方式，将步骤b)中模具温度降至室温20～30℃，卸压、脱模，制得本申请的燃料电池双极板。
优选的，步骤a)中，混合各物料所用设备为行星式混合搅拌机、螺带式混合机、洛奇混合器、亨舍尔混合机、摇摆式混合机中的至少一种。
优选的，混合各物料的搅拌转速为500-3500r/min，混合时间为10min-60min。
优选的，步骤b)中，模具中成型的热模压工艺条件包括，模压温度为150-180℃，模压压力为10-100MPa，模压时间为2min-40min。
需要说明的是，以上方案中，平板模具可以制备获得光板燃料电池双极板；带有流场的模具可以制备获得有流道的极板；具体的，根据使用需求而定，在此不作具体限定。
本申请的再一面公开了一种采用本申请的燃料电池双极板的燃料电池。
需要说明的是，本申请的燃料电池，由于采用本申请的燃料电池双极板，具有导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好、电池寿命长等优点。
本申请的有益效果在于：
本申请的复合材料，利用MAX相材料形成导电网络，收集与导出电流，能够有效降低电阻，提高导电性和耐腐蚀性能，延长电池寿命；利用有机树脂填充MAX相材料的空隙，提高气密性和弯曲强度；进一步的，利用纤维增强体提高弯曲强度和机械强度；使得采用本申请复合材料制备的燃料电池双极板具有导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好等优点，且双极板的制备方法简单，易于规模化生产。
具体实施方式
现有的燃料电池双极板为了获得优异的导电、导热、耐腐蚀性能，以及足够的强度和良好的气密性，普遍存在制备或后续加工工艺复杂，生产成本高等缺陷和不足。
为此本申请研发了一种各方面性能优异，且制备方法简单的燃料电池双极板，以及制备该双极板的复合材料。具体的，本申请用于制备燃料电池的复合材料包括MAX相材料、有机树脂和纤维增强体；MAX相材料的分子式为Mn+1AXn，其中，M为过渡金属元素，A为ⅢA族元素或ⅣA族元素，X为碳或/和氮，n=1-3；有机树脂为热塑性树脂和/或热固性树脂中的至少一种；纤维增强体为碳纤维、碳纳米管和聚酯纤维中的至少一种。
需要说明的是，本申请的关键在于采用MAX相材料直接作为主体结构制备燃料电池双极板。本申请采用MAX相材料作为主要功能成分形成的复合材料，其制备双极板时，只需要采用常见的注塑、滚压、模压或压铸等工艺即可实现双极板成型；相比于现有的石墨双极板，或金属双极板需要通过物理或者化学气相沉积进行表面修饰而言，采用本申请复合材料制备双极板的工艺成本更低。并且，本申请复合材料中使用了有机树脂和纤维增强体，使得本申请复合材料制备的双极板的强度不亚于现有的石墨双极板或金属双极板。
因此，总的来说，本申请为燃料电池提供了一种新的导电和导热性能好、耐腐蚀性能强、气密性好、抗弯曲性能好、电池寿命长的双极板方案；并且，本申请的双极板制备方法简单，易于规模化生产，极大的降低了工艺成本。需要说明的是，虽然本申请的复合材料和双极板中需要使用较大量的MAX相材料；但是，相对于工艺成本而言，MAX相材料的成本相对较低；因此，总体上本申请的双极板较现有的石墨双极板或金属双极板成本更低。
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例一
本例的复合材料由MAX相材料、有机树脂和纤维增强体组成；其中，MAX相材料为纯度99.5、粒径500目的钛碳化硅（Ti3SiC2）粉末；有机树脂具体采用软化点为95-110℃，游离酚≤4.5的酚醛树脂，本例使用的酚醛树脂的粒度为2500目；纤维增强体采用直径5μm、长径比20的碳纤维。采用本申请复合材料制备双极板的具体方法包括：
分别称取酚醛树脂150g，钛碳化硅粉末800g，碳纤维50g，加入到行星式混合搅拌机中，搅拌温度为室温25℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间40min。然后将混合均匀的物料转移至带有流场的模具中，模压温度为150℃，模压压力为15MPa，模压时间为25min。最后采用循环水冷却的方式，将模具温度降至30℃，卸压、脱模，处理毛边制得本例的含有MAX相材料的复合材料的双极板。
对本例制备的双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性等测试，具体包括：
电导率测试：室温下测量双极板材料的电导率常采用四探针法，四根探针以一定的荷载压附于试样表面，当探针间有电流通过时，样品内部各点均有电位差，两根探针用来测量其接触点的电位差。根据探针间通过的电流和探针间的电位差以及探针间的距离，计算样品的电阻率，从而获得电导率。
弯曲强度测试：应用三点弯曲法对双极板的弯曲强度进行测试。
耐腐蚀性测试：应用电位扫描方法对双极板在模拟燃料电池环境中进行极化曲线测试，以此测定双极板的耐腐蚀性能。极化曲线测试采用的扫描速率为1mvs-1，电位扫描范围为-1-1.5V，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，工作电极为双极板。
测试结果显示，本例双极板的电导率为152s/cm，弯曲强度33MPa，腐蚀电流密度为0.315μA•cm-2。以上结果显示，本例双极板的电导率、弯曲强度都符合美国DOE标准，可作为商业化电堆用双极板使用。
另外，本例的双极板采用MAX相材料和有机树脂制备，具有耐高温和热稳定性优异等特点；并且，由于采用有机树脂填充了MAX相材料的空隙，使得双极板具有良好的气密性。
实施例二
本例的复合材料由MAX相材料、有机树脂和纤维增强体组成；其中，MAX相材料为纯度99.5、粒径450目的钛碳化铝（Ti3AlC2）粉末，有机树脂具体采用酚醛树脂，纤维增强体采用直径5μm、长径比20的碳纤维。采用本申请复合材料制备双极板的具体方法包括：
分别称取酚醛树脂150g，钛碳化铝粉末800g，碳纤维50g，加入到行星式混合搅拌机中，搅拌温度为室温 25℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间40min。然后将混合均匀的物料转移至带有流场的模具中，模压温度为150℃，模压压力为15MPa，模压时间为25min。最后采用循环水冷却的方式，将模具温度降至30℃，卸压、脱模，处理毛边制得本例的双极板。
采用实施例一相同的方法对本例的双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性测试。
结果显示，本例双极板的电导率为134s/cm，弯曲强度38.5MPa，腐蚀电流密度为0.322μA•cm-2，符合美国DOE标准。
实施例三
本例的复合材料由MAX相材料、有机树脂和纤维增强体组成；其中，MAX相材料为纯度99.5、粒径500目的碳化铌铝（Nb2AlC）粉末，有机树脂具体采用酚醛树脂，纤维增强体采用直径5μm、长径比20的碳纤维。采用本申请复合材料制备双极板的具体方法包括：
分别称取酚醛树脂150g，碳化铌铝粉末800g，碳纤维50g，加入到行星式混合搅拌机中，搅拌温度为室温 25℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间40min。然后将混合均匀的物料转移至带有流场的模具中，模压温度为150℃，模压压力为15MPa，模压时间为25min。最后采用循环水冷却的方式，将模具温度降至30℃，卸压、脱模，处理毛边制得本例的双极板。
采用实施例一相同的方法对本例的双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性测试。
结果显示，本例双极板的电导率为188s/cm，弯曲强度37.5MPa，腐蚀电流密度为0.290μA•cm-2，符合美国DOE标准。
实施例四
本例在实施例一的基础上，对不同的MAX相材料进行试验，具体的，分别采用了为纯度99.5、粒径500目的碳化钼镓（Mo2Ga2C）粉末、氮化钛铝（Ti2AlN）、碳化钛铝（Ti2AlC）粉末、碳化铬铝（Cr2AlC）粉末、碳化钼铝（Mo3AlC2）粉末，制备燃料电池双极板。其余组分，以及各组分用量，双极板的制备都与实施例一相同。
采用实施例一相同的方法对本例制备的五个双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性测试。
测试结果显示，MAX相材料采用碳化钼镓制备的双极板，其电导率为112s/cm，弯曲强度38.7MPa，腐蚀电流密度为0.312μA•cm-2；MAX相材料采用氮化钛铝制备的双极板，其电导率为118s/cm，弯曲强度37.7MPa，腐蚀电流密度为0.307μA•cm-2；MAX相材料采用碳化钛铝制备的双极板，其电导率为124s/cm，弯曲强度36.4MPa，腐蚀电流密度为0.315μA•cm-2；MAX相材料采用碳化铬铝制备的双极板，其电导率为164s/cm，弯曲强度33.8MPa，腐蚀电流密度为0.341μA•cm-2；MAX相材料采用碳化钼铝制备的双极板，其电导率为158s/cm，弯曲强度34.2MPa，腐蚀电流密度为0.311μA•cm-2。以上结果显示，碳化钼镓（Mo2Ga2C）粉末、氮化钛铝（Ti2AlN）、碳化钛铝（Ti2AlC）粉末、碳化铬铝（Cr2AlC）粉末、碳化钼铝（Mo3AlC2）粉末五种MAX相材料制备的双极板都符合美国DOE标准。
实施例五
本例在实施例一的基础上，对MAX相材料、有机树脂和纤维增强体的用量进行试验，所采用的具体的MAX相材料、有机树脂和纤维增强体都与实施例一相同，双极板制备方法也与实施例一相同。MAX相材料、有机树脂和纤维增强体的具体用量如表1所示。
表1 复合材料配比及双极板性能测试结果
Figure 511303DEST_PATH_IMAGE001
表1中，“Ti3SiC2-酚醛树脂-碳纤维”列对应的数据，例如“900g-50g-50g”，是指Ti3SiC2用量900g，酚醛树脂用量50g，碳纤维用量50g。
采用实施例一相同的方法对本例制备的双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性测试，结果如表1所示。
表1的结果显示，在Ti3SiC2质量分数为20-90%，酚醛树脂质量分数为5-78%，碳纤维质量分数为2-10%，的质量配比下，制备的双极板具有导电性好、耐腐蚀性强、弯曲强度高等优点。Ti3SiC2质量分数低于20%，导电性太低；Ti3SiC2质量分数高于90%，弯曲强度太低；优选的Ti3SiC2质量分数为50-90%，更优选为60-90%；其中，Ti3SiC2质量分数超过50%可以获得超过85s/cm的电导率，Ti3SiC2质量分数超过60%可以获得超过100s/cm的电导率。酚醛树脂质量分数低于5%，会导致弯曲强度太低；酚醛树脂质量分数高于78%，导电性降低；优选的酚醛树脂质量分数为8-78%，酚醛树脂质量分数大于或等于8%，配合不低于2%的碳纤维，可以获得大于30MPa的弯曲强度。碳纤维质量分数低于2%或者高于10%，弯曲强度低；碳纤维质量分数在2-10%范围内，随着碳纤维用量增加弯曲强度增强。
实施例六
本例在实施例一的基础上，对不同的有机树脂进行了试验，采用其他热固性树脂替换实施例一的酚醛树脂，具体的，分别采用环氧树脂、聚酯树脂、双马来酰胺、聚酰亚胺替换实施例一的酚醛树脂，制备双极板。并采用热塑性树脂替换实施例一的酚醛树脂，具体的，分别采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯替换实施例一的酚醛树脂，制备双极板。除了有机树脂的替换以外，其他组分，以及各组分的用量，双极板的制备都与实施例一相同。
本例使用的环氧树脂，其当量/100g的环氧值为0.09-0.54，g/当量的环氧当量为500-2000，分子量为1000-6000，软化点为10-190℃，当量/100g的无机氯小于或等于0.0007，当量/100g的有机氯小于或等于0.003，挥发份小于或等于1%。本例使用的聚酯树脂，其分子量为8-25×103，熔点为100-200℃，TG点为-28至100℃，熔融粘度为50-9000dpa.s/200℃。本例使用的双马来酰胺，即双马来酰胺树脂，亦即二苯甲烷双马来酰亚胺，其熔点为150-158℃，难溶于水和乙醇，易溶于丙酮和二甲基甲酰胺；双马来酰胺的酸值小于1mgkoh/g，挥发份小于或等于0.5%，纯度大于99.5%，200℃凝胶时间小于5min。本例使用的聚酰亚胺，其熔点未50-200℃，热变形温度为300-400℃，介电常数小于或等于2.4，比重为1.44g/cm3。本例使用的聚乙烯，其软化点为80-100℃，粒径1-50μm。本例使用的聚丙烯，其滴熔点100-200℃，中粒径Dv50为5-10μm。本例的聚碳酸酯，其300℃/1.2kg的熔流率，即熔体流动速率，为9.0cm3/10min，23℃吸水率0.35%，拉伸模量为2100Mpa，伸长率为6.0%，弯曲模量为2100-4000Mpa，50.0mm跨距的屈服强度为50-150Mpa。本例的聚四氟乙烯，其滴熔点为80-100℃，粒度Dv90为20-60μm。本例的聚偏氟乙烯，其熔点为100-180℃，熔融指数为0-2g/10min，含水率小于或等于0.1%，Hegman细度大于或等于5.5，热分解温度为300-500℃。
可以理解，以上各具体参数的有机树脂只是本例具体采用的能够有效用于本例复合材料的树脂，不排除还可以采用以上参数以外的其它同类型的树脂。
采用实施例一相同的方法对本例制备的双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性测试，结果如表2所示。
表2 不同有机树脂制备的双极板的性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表2的结果显示，不同的有机树脂都能够制备出符合美国DOE标准要求的双极板。其中，采用环氧树脂、聚酯树脂、双马来酰胺、聚酰亚胺或聚碳酸酯能够获得较高的电导率；特别是，采用环氧树脂、双马来酰胺或聚酰亚胺在获得较高电导率的同时，能够具有较强的弯曲强度。至于腐蚀电流密度，则是采用聚四氟乙烯效果较佳。
实施例七
本例在实施例一的基础上，对不同的纤维增强体材料进行试验，分别采用聚酯纤维和碳纳米管替换实施例一的碳纤维。具体的，采用直径5μm、长径比20的聚酯纤维替换实施例一的碳纤维制备双极板；采用直径100nm、长径比20的碳纳米管替换实施例一的碳纤维制备双极板。
采用实施例一相同的方法对本例制备的双极板进行电导率、弯曲强度和耐腐蚀性测试。
测试结果显示，采用聚酯纤维制备的双极板，其电导率为145s/cm，弯曲强度35MPa，腐蚀电流密度为0.243μA•cm-2；采用碳纳米管制备的双极板，其电导率为234s/cm，弯曲强度39MPa，腐蚀电流密度为0.216μA•cm-2；都符合美国DOE标准。
另外，本例分别对碳纤维、聚酯纤维和碳纳米管的直径和长径比进行了试验。结果显示，碳纤维和聚酯纤维的直径为1-20μm，长径比为10:1-50:1，都能够满足使用需求，制备出性能相当的双极板；碳纳米管直径为20-100nm，长径比为20:1-80:1也能够制备出性能相当的双极板。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种用于制备燃料电池双极板的复合材料，其特征在于：所述复合材料包括MAX相材料、有机树脂和纤维增强体；
所述MAX相材料的分子式为Mn+1AXn，其中，M为过渡金属元素，A为ⅢA族元素或ⅣA族元素，X为碳或/和氮，n=1-3；
所述有机树脂为热塑性树脂和/或热固性树脂中的至少一种；
所述纤维增强体为碳纤维、碳纳米管和聚酯纤维中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述MAX相材料的质量分数为20-90%，所述有机树脂的质量分数为5-78%，所述纤维增强体的质量分数为2-10%。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述MAX相材料中，M为Ti、Nb、Mo和Cr中的至少一种；A为Si、Al和Ga中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述MAX相材料为Ti3SiC2、Ti3AlC2、Nb2AlC、Mo2Ga2C、Ti2AlN、Ti2AlC、Cr2AlC和Mo3AlC2中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述MAX相材料纯度≥99.5，平均粒径为10-100μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料，其特征在于：所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种；
所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、聚酰亚胺中的至少一种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料，其特征在于：所述碳纤维的直径为1-20μm，长径比为10:1-50:1；
所述聚酯纤维的直径为1-20μm，长径比为10:1-50:1；
所述碳纳米管的直径为20-100nm，长径比为20:1-80:1。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的复合材料制备的燃料电池双极板。
9.根据权利要求8所述的燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：包括将权利要求1-7任一项所述的复合材料中的MAX相材料、有机树脂和纤维增强体混合均匀；然后，采用注塑、滚压、模压或压铸工艺制备成形，获得所述燃料电池双极板。
10.一种采用权利要求8所述的燃料电池双极板的燃料电池。
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