PEMFC复合双极板的研究进展

降低双极板的成本已经成为PEMFC产业化的关键因素之一。介绍了碳/碳、聚合物/填料及金属基复合双极板的制备方法及其性能的研究进展,对这些双极板材料的优缺点进行了比较。

PEMFC用石墨/树脂复合材料双极板的研究进展

综述质子交换膜燃料电池(PEMFC)用石墨/树脂复合材料双极板的物理、化学性能和制备方法的研究进展;指出目前复合材料双极板的制备方法主要为模压成形,但需要优化石墨、导电添加剂与树脂混合不均匀、制备时间较长以及脱模剂选择等问题。

复合石墨双极板材料及性能的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板以其长寿命和耐腐蚀的特质,具备与其他双极板竞争的优势,近年来受到高度关注;对石墨形成导电网络的相关因素(涉及填料尺寸、形态,辅助填料桥接石墨颗粒)、聚合物的成分与固化条件以及成型工艺条件对性能的影响规律进行了讨论。未来,开发具有优异综合性能的复合石墨双极板,掌握并优化聚合物结构及反应路径对其性能的平衡作用,使现有配方及成型方法适应大规模生产,将大大增强质子交换膜燃料电池在更多领域的大规模应用。

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。

燃料电池复合材料双极板的制备与性能研究

双极板是燃料电池中的重要组成部分,采用模压热固化二步法,以树脂为粘结剂、天然鳞片石墨作导电骨料、碳黑为添加剂制备燃料电池复合材料双极板.系统考察了树脂含量、溶剂比、碳黑含量、成型压力、保压时间以及固化温度等因素对复合材料双极板性能的影响.结果表明,随着粘结剂含量的增加,双极板的电导率减小,抗折强度增大;碳黑的添加可有效地提高其电导率,但强度会有一定程度的减小;增大成型压力和延长保压时间可提高双极板的导电性和强度;最终固化温度主要影响粘结的交联程度.制备天然石墨/聚合物复合材料双极板的最佳条件为:聚合物树脂含量为20%,碳黑含量为4%～5%,溶剂比为1.0,成型压力为10～12MPa,固化温度为180℃.

石墨/聚合物复合材料双极板的研究进展

评述了采用石墨/聚合物复合材料制备质子交换膜燃料电池双极板的研究进展,主要分析了原材料、制作工艺对复合材料电导率、力学强度等性能的影响,并介绍了赋予此类双极板内增湿功能的研究概况,预示了燃料电池用双极板的发展方向。

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。

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。

石墨/聚合物复合双极板的制备与性能表征

以石墨为导电骨料,高分子聚合物为粘结剂,通过模压成型制备质子交换膜燃料电池双极板。主要探讨了导电骨料种类、粘结剂种类、导电骨料的粒度分布、石墨的表面处理及其增强纤维表面处理对双极板性能的影响。实验结果表明:各种影响因素对材料密度影响不大,但对导电性和抗折强度的影响很大;用天然石墨作导电骨料的样品性能明显优于用人造石墨作导电骨料的样品性能;用改性树脂为粘结剂的样品的性能优于其他各种未改性树脂为粘结剂的样品性能。最佳的实验条件为:用天然石墨A和C作导电骨料,改性树脂R3和自制树脂R6作粘结剂,石墨的粒度分布为-160～+200目或-200～+325目,石墨用98%的浓硫酸处理,纤维选用酒精处理以增强纤维与树脂间的结合力。

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。

石墨/酚醛树脂复合板与碳纸间接触电阻

应用模压工艺制备了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用石墨/酚醛树脂(PF)复合板.通过四电极法测量了复合板与碳纸间的接触电阻.考察了接触压力、PF树脂含量及模压工艺条件对接触电阻的影响.结果表明,接触压力和PF树脂含量是对接触电阻有较大程度影响的两个重要因素.接触压力的增大导致接触电阻迅速减小,而随着PF树脂含量的增加,接触电阻有着非常快的增加趋势.模压压力对接触电阻已有一定程度的影响,但其影响幅度不如接触压力和树脂含量那么大.随着模压压力的增大,接触电阻的增加趋势比较缓慢.模压时间和模压温度对接触电阻基本没有影响.

石墨颗粒级配对复合板导电及阻气性能的影响

通过模压工艺制备了石墨-酚醛树脂复合板。考察了不同石墨颗粒级配情况下复合板的导电和阻气性能。实验发现粒度比和体积分率对石墨聚合物复合板性能有重要影响。150目石墨和50目石墨配比,复合板导电性能出现先上升后下降的趋势,150目石墨和50目石墨的配比为0.05∶0.95时导电性能最好,而325目石墨和50目石墨配比,复合板导电性能出现单调上升的趋势。150目和325目石墨分别与50目石墨以0.01∶0.99配比时,复合板阻气性能达到最佳。

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。

质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展显示出了它成为清洁、高效和可靠电源的潜力。双极板(BP)作为PEMFC的关键部件之一,具有提供电气连接、输送反应气体、消散反应热、去除副产物的作用,但也是制约PEMFC成本的主要因素之一。根据双极板材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板,本文综述了双极板材料(金属、无孔石墨和复合材料)及其制备工艺。其中,金属双极板因其优异的机械和物理性能,与无孔石墨及复合材料相比具有较强的成本优势,在乘用车应用中备受关注,但其制造工艺和耐腐蚀性是金属双极板的主要关注点。未来,开发出优良的耐蚀性和导电性涂层或新型的双极板金属材料将极大地促进PEMFC在乘用车领域的应用。

石墨/酚醛树脂复合材料双极板的制备与性能

双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,石墨与聚合物的复合材料双极板是目前研究的重要方向。采用模压热固化二步法,以酚醛树脂为粘结剂、天然鳞片石墨为导电骨料、炭黑为添加剂制备了质子交换膜燃料电池用复合材料双极板。系统研究了不同种类石墨对石墨/酚醛树脂复合材料电性能和抗弯强度的影响。结果表明:以天然鳞片石墨为导电原料时,所制备的石墨/酚醛树脂双极板的性能最好;添加导电炭黑能有效提高石墨/酚醛树脂复合材料的电导率;在复合材料制备中加入4wt%的碳纤维,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的抗弯强度提高了29%;碳纤维表面液相氧化处理能有效提高纤维与基体间的结合强度,随着处理时间的延长与处理温度的升高,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的电导率和抗弯强度都有很大程度的提高;最终固化温度主要影响酚醛树脂的交联程度,随着最终固化温度的升高,酚醛树脂的交联程度增加,电导率增大,但抗弯强度有一定程度减小。