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《試析用于pemfc的石墨聚合物復(fù)合材料雙極板研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
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2、l《甏?致囂}擎■-tn，ooc與?、馓炷Υ篁嚥┦繉W(xué)位論文一■n_I_嵋■：●爿j：一■娜■砌d■■■_一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程作者姓名：劉宗浩指導(dǎo)教師：王宇新教授天津大學(xué)研究生院2005年12月摘要質(zhì)子交換膜燃料電池(班MFc)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
3、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。本論文著服于PEMFC雙極板的現(xiàn)實(shí)需要和未來發(fā)展，在開發(fā)高性能、價廉的燃料電池雙極板材料和工藝方面進(jìn)行了新的探索和嘗試。我們建立了石墨，聚合物復(fù)合雙極板成型的模壓工藝。同采用較多的注塑成型工藝相比，新工藝的設(shè)備費(fèi)用更低，而且可以采用注塑工藝所不允許的高石磨含量，從而使雙極板的材料費(fèi)用更低而導(dǎo)電率更高。以天然鱗片石墨為板主體，選取價格低廉的酚醛樹脂或聚丙烯為粘結(jié)劑，制備了石墨，聚合物復(fù)合板。對模壓工藝條件、樹脂含量以及樹脂熔體流動性能等因素對復(fù)合板導(dǎo)電性能、阻氣性能、機(jī)械性能
4、和耐腐蝕性能等的影響進(jìn)行了系統(tǒng)考察。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，聚丙烯樹脂質(zhì)量含量為20％及酚醛樹脂質(zhì)量含量為10％的石墨，聚合物復(fù)合板各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到公認(rèn)的PEMFC雙極板性能要求。為滿足PEMFC向高溫發(fā)展的需要，我們還首次提出以天然鱗片石墨，有機(jī)硅樹脂新復(fù)合材料體系制備PEMFC雙極板，并建立了相應(yīng)模壓成型工藝。TGA結(jié)果表明，新材料復(fù)合板具有優(yōu)良的耐高溫性能，較已知石墨，聚合物復(fù)合雙極板的可用溫度大幅度提高。硅樹脂質(zhì)量含量為lO％時，復(fù)合板各項(xiàng)性能均能達(dá)到對PEMFC雙極板性能的要求。接觸電阻是影響既峨性能的重要因
5、素，但研究報(bào)道很少。我們開展了接觸電阻的系統(tǒng)研究，并發(fā)現(xiàn)復(fù)合板和碳紙間的接觸電阻受復(fù)合板中樹脂含量和碳紙疏水化度的影響很大。而且模壓成型復(fù)合板的聚合物表面富集效應(yīng)使得接觸電阻對復(fù)合板中聚合物含量非常敏感，模壓工藝條件的影響則較小。首次提出石墨，聚合物梯度復(fù)合雙極板的新思路，并基于模壓成型工藝應(yīng)用逐層添加法制備了梯度復(fù)合板。測試表明梯度復(fù)合板在本體電阻稍微增加的情況下，可以大幅度降低接觸電阻，而且其還可以保持與高聚合物含量非梯度板相近的阻氣性能和機(jī)械性能。梯度復(fù)合板綜合性能較非梯度復(fù)合板有顯著提高。關(guān)鍵詞：雙極板；PEMFC；
6、接觸電阻；聚丙烯；酚醛樹脂；硅樹脂；石墨：復(fù)合材料111ABSTRACTPolymerelectrolytemembranefuelcell(FEMFC)isrecognizedasanewalternativetothepresentpowersourcesbecauseofitshighefficiency,lowemission,highenergyandpowerdensity．BipolarplateisanimportantpartinFC，whichdistributesfuelandoxidantforFCa
7、ndprovideselectronicconnectionbetweensinglecells．Itscostaccoantesforabout40％ofaFCstack,whilethehighcostofFCisakeyobstacletoitswidcapplication．Therefore．searchingmaterialsandmanufacturingmethodsforhi曲performanceandlowcostbipolarplatehasbeenveryimportant．Withtheabove
8、background，newmaterialsandmanufacturingmethodsforbipolarplatesareexploredinthisstudy．Graphite／polymercompositeplateWasmanufacturedusingcompressionmoldingmethod．Comparedwithinjectionmouldingcommonlyused，onrmethodismorecompetitiveformuchlowerequipmeritcostandhi曲graph
9、itecontentallowedintheplate，whichthenleadstolowercostoftheplateandhigherplateconductivity．Low-costphenolicresin(PF)andpolypropylene(PP)werechosen
