石墨酚醛樹脂復(fù)合材料雙極板研究

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1、摘要質(zhì)子交換膜燃科電池(PEMFC)以其能量轉(zhuǎn)化率高、低排放、能量和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是適應(yīng)未來能源和環(huán)境要求的理想動力源之一。雙極板是PEMFC的重要組成部分，它為電池分配燃料與氧化劑并串聯(lián)相鄰電池，其成本可占總成本的約40％，而高成本正是其走向?qū)嵱没囊淮笳系K。尋找性能優(yōu)良且成本低廉的雙極板新材料和加工方法已成為燃料電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究中的重要課題。本論文針對現(xiàn)有雙極板成本高的問題，在開發(fā)高性能、價(jià)廉的燃料電池雙極板材料和工藝方面進(jìn)行了一些新的探索和嘗試。采用一步模壓成型工藝制備復(fù)合板，降低了雙極板的加工成本。而且同注塑成型工藝相比，應(yīng)用該工藝可以制備聚合物含

2、量較低的復(fù)合板，使得雙極板具有較好的導(dǎo)電性能。我們選取價(jià)格低廉的酚醛樹脂與天然鱗片石墨混合，應(yīng)用模壓工藝制備了NG／PF復(fù)合板。對模壓工藝條件、樹脂含量對復(fù)合板導(dǎo)電性能、阻氣性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性能等其它性能的影響進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，PF質(zhì)量含量為10％的NG／PF復(fù)合板各項(xiàng)性能均能達(dá)到PEMFC雙極板材料性能的要求。為了更好的推廣NG／PF復(fù)合板，我們對其結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，研制了NG／PF夾心復(fù)合板，以蠕蟲石墨為上下表層，以NG／PF復(fù)合板為芯層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在保持原有NG／PF復(fù)合板性能基礎(chǔ)上，復(fù)合夾心板降低接觸電阻70％-一80％，降低總電阻1

3、3％--45％，相應(yīng)電導(dǎo)率則提高13％--45％。使雙極板導(dǎo)電性能更好。為了提高工效，又對預(yù)制夾心NG／PF復(fù)合板作了初步研究。并發(fā)現(xiàn)了其缺陷，為今后該設(shè)想的研究做了前期工作。關(guān)鍵訶：質(zhì)子交換膜燃料電池；電池雙極板；復(fù)合雙極板；復(fù)合夾心板；復(fù)合預(yù)制夾心板：接觸電阻；酚醛樹脂：石墨ABSTRACTPolymerelectrolytemembranefuelcell(PEMFC)isrecognizedasanewalternativetothepresentpowersourcesbecauseofitshighefficiency,lowemission，highe

4、nergyandpowerdensity．Bipolarplateis粕importantpartinFC．whichdistributesfuelandoxidantforFCandprovideselectronicconnectionbetweensinglecells．Itscostaccountedforabout40％ofaFCsmcLwhilethehifghcostofFCisakeyobstacletoitswideapplication．Therefore，searchingmaterialsandmanufacturingmethodsforh

5、i【gllperformanceandlowcostbipolarplatehasbeenveryimportant．Withtheabovebackground．newmaterialsandmanufacturingmethodsforbipolarplatesareexploredinthisstudy．Graphite／polymercompositeplatewasmanufacturedusingcompressionmoldingwithone—stepwhichdecreasestheprocessingcost．Comparedwithinject

6、ionmolding,thecompressionmoldingismoreapplicableforthecompoundwithpolymercontentintherangeofl0-20％．Sothecompositeplateshavebetterelectricalproperties．Low-costphenolformaldehyderesinwaschosentomixwithnaturalgraphite．Thecompositeplatewasmanufacturedusingthecompressionmoulding．Thevariatio

7、nofelectricalproperties，gastightness，mechanicalpropertiesandcorrosionresistancewithcompressiontechnologicalconditions，polymercontentwerealsostudied．Thecompositeplatewithformaldehyderesin(PF)content10wt％canmeetthedemandforthebipolarplatematerials．NG／PFcompositeplatestructureisimproved