各向异性膨胀石墨双极板对燃料电池性能的影响

该文分析了膨胀石墨双极板(EGBPs)各向异性结构对燃料电池水热管理与输出性能的影响。建立了三维两相非等温数值模型,对比了4种典型复合材料结构下温度、电流密度、水含量等参数的分布特征,揭示了双极板传热特性与输出性能的耦合效应。结果表明:沿质子传递方向热导率(k_z)对燃料电池性能具有显著影响,在2.2 A cm^(-2)电流密度下,将k_z从常规结构的5 W·m^(-1)·K^(-1)提升至280 W·m^(-1)·K^(-1),可以使输出性能提高22 m V;沿流道气体流动方向的热导率(k_y)是影响散热能力的关键因素,将k_y与k_z提高至280 W·m^(-1)·K^(-1),或者实现各向同性结构(k_x=k_y=k_z=20 W·m^(-1)·K^(-1)),均能够使膜电极组件(MEA)核心区域的温度降低2℃左右。因此,提高k_y与k_z并实现各向同性结构是膨胀石墨双极板技术的未来发展目标之一。

膨胀石墨基复合双极板的研制进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被誉为21世纪最清洁高效的能源装置之一,双极板是其重要组成部分,其性能的优劣直接影响到PEMFC的应用前景。膨胀石墨基复合双极板具有良好的耐腐蚀性、导电导热性、气密性,并且集成了传统石墨和金属双极板的优点,成为目前PEMFC用双极板的研究重点。比较了天然石墨、人造石墨、膨胀石墨三种石墨材料制备出的双极板的性能优劣,列举了膨胀石墨基复合双极板成型所需的各类树脂材料,介绍了三种主流成型方法及工艺,分析了影响膨胀石墨基双极板性能的主要因素,展望了膨胀石墨基复合双极板未来的研究方向。

碳基复合材料双极板真空浸渍制备工艺

采用真空浸渍树脂的方法制备燃料电池复合材料双极板,研究真空浸渍过程环氧树脂稀释剂的添加量、温度以及石墨的孔隙结构对浸渍树脂量的影响,并考察制备的燃料电池双极板的导电性能、抗弯强度以及气密性能。结果表明:环氧树脂稀释剂含量的增加和温度的提高可以降低树脂黏度,进而提高树脂的浸渍上限,使树脂能够浸渍填充到更微小的孔隙中,同时仍然存在着一些孔隙无法填充浸透,在膨胀石墨板中0.1μm以下的孔隙难以被完全渗进,导致树脂无法完全填满膨胀石墨的整个孔隙。采用真空浸渍法浸渍环氧树脂/稀释剂体系的适宜温度为50℃,稀释剂乙二醇二缩水甘油醚最优添加比例为15%(质量分数),所获得的双极板EGP-H平面电导率为340.12 S/cm,抗弯强度为41.52 MPa,氦气渗透率为5.4×10^(-7)cm^(3)·cm^(-2)·s^(-1)。

乙烯基酯树脂/膨胀石墨燃料电池复合双极板

采用真空浸渍结合模压的方法,选取乙烯基酯树脂(VE)和膨胀石墨(EG)板材为原料制备复合双极板。考察了微观结构以及成型压力对双极板材料的导电性能、密封性能、机械性能以及表面亲/憎水性的影响。结果表明:随着成型压力的增加,双极板的电阻下降;双极板的气体密封性优异,其渗透率低于2×10-6cm^3/(S·cm^2),相对于原始EG板材降低了3个数量级;复合双极板有很高的表面能,与水的接触角均大于90°,这有利于电池内部液态水的排出。此外还研究了双极板在模拟燃料电池环境下的腐蚀行为,并利用性能最优的复合双极板组装成单电池,进行性能测试,当电流密度达到1500 mA/cm^2时,其功率密度可达到最大值670 mW/cm^2。并且经200h运行后,电池性能仍然稳定。因此,乙烯基酯树脂/膨胀石墨复合材料是一种有前景的双极板材料。

膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板研究

以膨胀石墨为导电骨料、炭黑为添加剂、酚醛树脂为黏结剂,采用模压成形工艺制备质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板。考察树脂含量、成形压力、添加剂用量及添加剂加入方式对复合材料双极板性能的影响。研究结果表明:上述因素对复合材料双极板的性能影响较大,黏结剂的加入量(质量分数)为20%～30%、压力在10～12 MPa较为合适;炭黑对复合材料双极板的性能影响比较复杂,在实验用炭黑范围内,随着炭黑用量的增加,电导率增大较快,抗折强度先增大后减小;在复合材料的混料过程中,将炭黑添加在树脂中,制备的复合材料双极板性能比炭黑添加在膨胀石墨性能好。

膨胀石墨/聚酰亚胺复合材料双极板的制备研究

以膨胀石墨(EG)为导电填料,聚酰亚胺(PI)树脂为粘结剂,使用干法混合工艺和模压成型工艺制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)用复合材料双极板。采用差示扫描量热法(DSC)确定PI的软化和固化温度。研究了混合时间、模压工艺条件、配料比等对复合材料双极板性能的影响。结果表明配料的混合时间以10min为宜;最佳模压工艺条件为110℃预热0.5h,然后恒温加压至80MPa,模压10min后升温至226℃,恒温固化2h;最适配比为60%EG+40%PI。上述研究结果可为膨胀石墨/聚酰亚胺复合材料双极板的中试及规模化生产提供理论依据。

膨胀石墨在燃料电池双极板中的应用综述

膨胀石墨已在燃料电池双极板领域得到广泛应用。本文结合国内外燃料电池双极板研究动态,综述了膨胀石墨在燃料电池双板中的应用状况以及发展水平,同时分析了以膨胀石墨为原材料的双极板制备工艺,并详细介绍了膨胀石墨原材料、压制成型、真空注胶三个关键工艺过程,最后指出了膨胀石墨双极板亟需解决的问题。

质子交换膜燃料电池模压石墨双极板研究

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要部件之一,对于PEMFC的性能和成本都有很大的影响,是其商业化必须解决的问题之一。选用高分子双酚A型环氧树脂及线型酚醛树脂和导电材料膨胀石墨制作复合材料,将复合材料采用模压制作双极板。通过对极板的电阻、强度、致密性等指标的考查,提出了树脂含量、板密度的优选条件,并对所制作的双极板组装成的电池进行了测试,结果表明:电池性能及稳定性方面都能满足要求。

质子交换膜燃料电池薄型石墨双极板研究

通过用有机硅树脂对高分子环氧树脂及线型酚醛树脂进行改性后和导电材料膨胀石墨制作复合材料,然后将该复合材料采用模压制作燃料电池双极板,由于有机硅树脂添加,使复合材料的伸长率大大提高,而树脂固化后的机械性能几乎没有受到影响,从而使复合材料的厚度可减小以制作成薄型石墨双极板。

干法制备燃料电池用模压膨胀石墨/树脂复合板的性能

选用膨胀石墨(EG)为导电填料,树脂为粘结料,采用干法混合及模压成型工艺制备复合板;该工艺保持了石墨蠕虫原有的三维网状结构,使其在具备良好导电导热性的同时还有良好的柔韧性、气密性及机械强度。考察了不同含量的聚酰亚胺(PI)、苯并恶嗪(BZ)、酚醛树脂(PF)和聚偏氟乙烯(PVDF)所制备的复合板的电导率、气密性和抗弯强度等重要指标。结果表明,当PI、BZ和PVDF含量为30%或40%(质量分数)时,所制得的复合板的电导率最小值为136.6S·cm-1,氢气渗透率最大值为1.938×10-6 cm3·cm-2·s-1,抗弯强度最小值为58.8MPa,各指标均满足DOE的要求。

全钒液流电池导电双极板材料研究

以PVDF和石墨为基体制备了全钒液流电池的双极板,并测定了双极板的电导率和弯曲强度.结果表明所用膨胀石墨填加量为50%时,所制得的双极板同时具有优异的导电性(92 S/cm)和机械强度(51 MPa).

不同导电骨料配比对复合双极板性能的影响

以石墨、膨胀石墨为导电骨料,酚醛树脂为黏结剂,炭黑为添加剂,通过模压工艺制备了石墨/树脂复合双极板。实验中选取了最适宜的工艺条件:酚醛树脂的含量为20%wt,模压压力为200MPa,固化温度为180℃。探讨了不同石墨与膨胀石墨配比对复合双极板的电学、机械性能、致密性等各性能的影响。实验结果表明:双极板的电导率随着膨胀石墨含量的增加而增大,而强度则逐渐降低,膨胀石墨含量的增加会导致双极板的吸水率和显气孔率的增大。

PEMFC用石墨／酚醛树脂复合板的膨胀石墨表面改性

提出采用膨胀石墨对石墨/酚醛树脂复合板进行表面改性,改性后复合板的体积电阻和接触电阻都有显著降低。考察了膨胀石墨的膨胀体积、膨胀石墨层厚度等因素对膨胀石墨改性复合板的接触电阻和体积电阻的影响。结果表明,膨胀石墨的膨胀体积是影响膨胀石墨改性复合板体积电阻和接触电阻的重要因素。随膨胀石墨层厚度增加,接触电阻先减小而后趋于不变。复合板中酚醛树脂含量越高,采用膨胀石墨表面改性对降低复合板的体积电阻和接触电阻的效果越显著。

膨胀石墨/聚酰亚胺-聚醚醚酮复合石墨双极板的制备及性能研究

采用聚醚醚酮(PEEK)树脂对聚酰亚胺(PI)树脂进行改性,并以膨胀石墨作为第一导电填料,以模压成型方法制备了质子交换膜燃料电池用复合材料双极板,探究了PEEK和PI树脂比例,双极板树脂含量和石墨烯添加量对复合石墨双极板性能的影响。结果表明,当树脂质量分数固定为40%,PI∶PEEK质量比例为1∶1.25时所制得的膨胀石墨/PI-PEEK复合石墨双极板样品具有最佳的电导率(181.8 S/cm)和抗弯强度(43.49 MPa),较纯PI树脂样品电导率提高64.7%。对添加了PEEK的复合石墨双极板进行SEM、拉曼和红外光谱的表征,结果表明:PEEK树脂能较好地填入双极板孔隙之间,提高双极板致密性,红外光谱中O—H峰位变宽变长且向低频方向移动,说明添加PEEK树脂能引入大量柔性醚键和羟基从而在树脂之间形成分子间氢键。将PI与PEEK树脂的质量比固定为1∶1.25,调整树脂在双极板中的含量,当树脂含量从30%提高到50%时,膨胀石墨/PI-PEEK复合石墨双极板的电导率下降,力学性能提升。

柔性石墨的制备技术及应用进展

柔性石墨具有特殊的结构与优异的性能,广泛应用于众多领域,柔性石墨的制备技术及改性工艺飞速发展。从氧化插层过程、膨胀过程及模压成型过程等角度综述了柔性石墨制备技术的研究进展,分析了溶液浸渍法、表面涂层法及基体改性法等改性技术的优缺点,并介绍了柔性石墨常见的应用领域。

燃料电池膨胀石墨模压双极板开发成功

中国科学院大连化学物理研究所联合大连新源动力股份有限公司在国内首次开发成功燃料电池膨胀石墨模压双极板，并通过了千瓦级短堆测试，性能接近国际先进水平。

炭素专利

公开号:CN101100297公开日:2008-01-09申请人:哈尔滨理工大学发明人:韩志东,董丽敏,张显友,等发明名称:高阻燃性可膨胀石墨的制备方法化学氧化法是目前制备可膨胀石墨的主要方法,插层剂多选用硫酸、硝酸、磷酸等,近年来,为了降低膨胀石墨的含硫量,低硫或无硫可膨胀石墨的制备获得了较多关注。

新型能源与环境材料

国家氢燃料电池产业化基地落户宜兴，燃料电池膨胀石墨模压双极板开发成功，中科院大化所常压燃料电池膜技术获新突破，打破硅材料紧缺僵局夏普薄膜太阳能电池面市。