無(wú)粘結(jié)劑石墨基雙極板的制備及性能

發(fā)布時(shí)間：2020-01-29 23:36

【摘要】：燃料電池因其較高的能量密度和能量轉(zhuǎn)換效率以及環(huán)保的特性,越來(lái)越受到人們的關(guān)注。其中,質(zhì)子交換膜燃料電池更是因?yàn)楦叩哪芰棵芏?工作溫度低,啟動(dòng)快等優(yōu)于其他燃料電池。雙極板是其重要的一個(gè)部件,且因?yàn)樾阅芎统杀镜仍蛑萍s著燃料電池的發(fā)展。因此,尋找一種性能優(yōu)異、成本低廉、制備簡(jiǎn)單、輕質(zhì)的雙極板材料已成為質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)展過(guò)程中的重要課題。本論文主要研究用膨脹石墨作為主要原料制備無(wú)樹(shù)脂基石墨雙極板,并探究和改進(jìn)其性能。實(shí)驗(yàn)首先是制備原料膨脹石墨,采用的是氧化插層的方法,并對(duì)制得的膨脹石墨進(jìn)行了紅外、XRD、SEM等的表征。然后使用球磨模壓的方式制備膨脹石墨雙極板。并通過(guò)改變球磨時(shí)間、模壓壓力、保壓時(shí)間等因素探究不同工藝條件對(duì)雙極板導(dǎo)電率和抗彎強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究表明,球磨時(shí)間對(duì)雙極板性能的影響最大,模壓壓力次之,保壓時(shí)間相對(duì)較小。綜合三種工藝的影響,當(dāng)球磨時(shí)間為36小時(shí),模壓壓力為35MPa,保壓時(shí)間為0~3分鐘時(shí),雙極板既有相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝,又有著較高的導(dǎo)電率和良好的抗彎強(qiáng)度。同時(shí)對(duì)膨脹石墨雙極板進(jìn)行了疏水角、密度、熱穩(wěn)定性、抗腐蝕性等進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試表明,雙極板的這些性能都能滿足DOE對(duì)雙極板的要求。之后,希望能使雙極板擁有更好的綜合性能,故對(duì)雙極板進(jìn)行了改性,并探究了其變化規(guī)律。本論文中改性的方法主要是往膨脹石墨雙極板中加入添加物,主要添加物包括鱗片石墨、人造石墨、炭黑、碳纖維。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)各種添加物對(duì)雙極板性能的影響各不相同。鱗片石墨能增加導(dǎo)電率,但會(huì)降低抗彎強(qiáng)度。人造石墨即降低了導(dǎo)電率又降低了抗彎強(qiáng)度。炭黑含量在一定范圍能提升雙極板的導(dǎo)電率,高了反而降低導(dǎo)電率,而抗彎強(qiáng)度隨著含量的增大會(huì)一直減小。碳纖維的加入會(huì)降低導(dǎo)電率,但是能一定程度上增加抗彎強(qiáng)度。綜上,添加適量的鱗片石墨,少量的炭黑,少量的碳纖維能得到較好綜合性能的雙極板。
【圖文】：

燃料電池,工作原理圖,雙極板,基本組件