質(zhì)子交換膜燃料電池用炭紙的增強(qiáng)改性.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)對綠色能源研究的發(fā)展,質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)已經(jīng)成為有效利用氫能源的理想能量轉(zhuǎn)換裝置。炭紙是作為PEMFC四大關(guān)鍵部件之一的氣體擴(kuò)散層(GDL)常用基材,其結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)對電池性能有重要的影響。本論文著眼于PEMFC對炭紙的實(shí)際要求及目前國產(chǎn)炭紙的現(xiàn)狀,以樹脂浸漬、模壓固化、熱處理等傳統(tǒng)制備工藝為基礎(chǔ),分別從改性炭紙坯體和浸漬劑兩個角度出發(fā),對制備滿足燃料電池需要的炭紙進(jìn)行了新的探索和嘗試。
　　 用長炭

2、纖維無紡布改性炭紙坯體,研究了坯體中長炭纖維無紡布的添加對炭紙性能的影響。結(jié)果表明:長炭纖維的添加,在有效改善了炭紙的強(qiáng)度和韌性的基礎(chǔ)上,提高了炭紙的導(dǎo)電能力,并在一定的長炭纖維含量范圍內(nèi)滿足了燃料電池對炭紙透氣性的要求。在保證炭紙透氣性的前提下,當(dāng)長炭纖維無紡布加入量為炭紙初坯質(zhì)量10wt％時,制得炭紙的綜合性能最好,基本參數(shù)如下:厚度0.23mm,密度0.47g/cm3,抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及彎曲撓度分別為28.15MPa、83.89

3、MPa和1.1mm.,分別比改性前提高了62.5％、154％、64％,電阻率2.39mΩ.cm,孔隙率71.7％,透氣率2130 ml·mm·cm-2·hr-1·mmAq-1。
　　 用丁腈橡膠共聚改性酚醛樹脂作為浸漬劑,研究了丁腈橡膠對炭紙性能的影響。結(jié)果表明:隨丁腈橡膠添加量的增加,炭紙的孔隙率、透氣性及導(dǎo)電能力均得到了改善,電池極化曲線也有力印證了炭紙質(zhì)量的提高,并且發(fā)現(xiàn)界面結(jié)合程度對炭紙導(dǎo)電能力的影響大于石墨化度的影響。

4、炭紙的強(qiáng)度先增加后降低,當(dāng)丁腈橡膠添加量占酚醛樹脂質(zhì)量33.3wt％時炭紙強(qiáng)度達(dá)最大值,因此從電池耐久性及節(jié)約成本的角度考慮,認(rèn)為添加占酚醛樹脂33.3wt％的丁腈橡膠為合理添加量。當(dāng)丁腈橡膠添加量為33.3wt％時,制得炭紙性能如下:電阻率3.44mΩ·cm,孔隙率77.4％,透氣率為2498.14 ml·mm·cm-2·hr-1·mmAq-1,抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別為34.7 Mpa和71.52MPa,分別比改性前提高了94％和71