Influence of graphite particle size and its shape on performance of carbon composite bipolar plate

Bipolar plates for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) where polymer is used as binder and graphite is used as electric filler were prepared by means of compression molding technology. Study on the effects of graphite particle size and shape on the bipolar plate performance, such as electrical conductivity, strength, etc. showed that with decrease of graphite particle size, bulk electrical conductivity and thermometric conductivity decreased, but that flexural strength was enhanced. After spherical graphite occurrence in flake-like form, the flexural strength of the bipolar plate was enhanced, electrical conductivity increased but thermal conductivity decreased in direction paralleling pressure direction, and both electrical conductivity and thermometric conductivity reduced in direction perpendicular to pressure direction.

Fabrication of micro-flow channels on graphite composite bipolar plates using microplaning

A new method of manufacturing micro-flow channels on graphite composite bipolar plate(GCBPP) microplaning using specially designed multi-tooth tool is proposed. In this method, several or even dozens of parallel micro-flow channels ranging from 100 μm to 500 μm in width can be produced simultaneously. But, edge chippings easily occur on the rib surface of GCBPP during microplaning due to brittleness of graphite composites. Experimental results show that edge chippings result in the increase of contact resistance between bipolar plate and carbon paper at low compaction force. While the edge chippings scarcely exert influence on the contact resistance at high compaction force. Contrary to conventional view, the edge chippings can significantly improve performance of microfuel cell and big edge chippings outperform small edge chippings. In addition, the influence of technical parameters on edge chippings was investigated in order to obtain big, but not oversized edge chippings.

Study on carbon matrix composite bipolar plates with balance of conductivity and flexural strength

In order to balance the conductivity and flexural strength of graphite composite bipolar plates,the influence of conductive filler on the properties of graphite composite bipolar plate was comprehensively studied by using phenolic resin as binder,natural flake graphite as conductive substrate and functional carbon materials with different structures as auxiliary filler.The results show that the particle size of conductive substrate has an important influence on the conductivity enhancement of auxiliary filler.The influence of conductive particle size on auxiliary filler electrical conductivity improvement was first investigated in this research.The effects of various auxiliary filler concentrations on improving electrical conductivity and flexural strength were then examined.This research has substantial implications for the balance of electrical conductivity and flexural strength of graphite composite bipolar plates.

全钒液流电池双极板材料研究进展

全钒液流电池是目前技术成熟度最高的一种液流电池,作为大规模长时储能的首选技术之一,可以实现可再生能源平滑输出,为高比例可再生能源并网应用提供保障。其中,双极板是全钒液流电池的关键部件之一。本文从三种全钒液流电池双极板材料耐腐蚀性、导电性、力学性能及电池特性等角度,首先综述了金属、石墨以及碳塑复合双极板材料的优缺点及其最新研究进展,并根据加工工艺和制造成本两方面,展望了三种双极板材料在全钒液流电池领域的应用前景。然后,结合新型液流电池双极板的结构优化研究,从双极板平板结构扩展到双极板流道和电极-双极板一体化结构,分析介绍了不同新型双极板流道结构设计在不同试验条件下的适用性,并从制备工艺和电池性能等方面分析了电极-双极板一体化结构在全钒液流电池领域中的应用前景。最后,针对全钒液流电池双极板的研究现状,总结展望了相应双极板材料及新型双极板结构设计的技术突破要点,为全钒液流电池双极板的未来发展提供了参考和依据。

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。

基于对称蛇形流场的PEMFC双极板流道尺寸优化

基于对称蛇形流场双极板,采用中心复合试验设计方法,以双极板流道结构参数为优化变量,以质子交换膜燃料电池(PEMFC)最大功率密度和双极板流道进出口压差为目标,通过试验设计和数值模拟的方法研究了基于最优对称蛇形流场尺寸的PEMFC的内部流动特性和电化学性能,并与优化前比较。优化设计结果表明,对最大功率密度和压差影响最大的因素分别为双极板流场直线型流道宽度和流道深度;当辅助流道宽度为1 mm,脊宽为1.4 mm时,直线型流道宽度的最佳取值范围为1.14~1.68 mm,流道深度的最佳取值范围为0.9~1.51 mm。在相同条件下,双极板流道优化后对称蛇形流场PEMFC最大功率密度为0.662 W/cm^(2),相比于优化前的最大功率密度(0.601 W/cm^(2))提高了10%。

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。

石墨烯基聚合物复合涂层及湿法涂覆在金属双极板领域的应用进展

简单介绍真空气相沉积制备双极板涂层的优缺点;提出石墨烯作为理想防腐填料应用于双极板涂层的可能性;指出石墨烯基聚合物复合涂层的分散性难题及解决方案;详细综述了几种湿法涂覆石墨烯衍生物或二维纳米材料聚合物复合涂层的制备方法,以及各自涂层形貌、导电性、耐蚀性上的特点;最后展望了现阶段的石墨烯基聚合物复合涂层的缺陷以及改进方向。

氧化还原液流电池碳基复合双极板材料研究进展

随着可再生能源的迅速发展,氧化还原液流电池作为一种容量高、灵活性好、扩展性强和循环使用寿命长的可再生能源储存系统,备受行业关注。其中,双极板作为氧化还原液流电池电堆的重要组成部分,发挥着支撑电极、传导电流、连接电池、支持电堆和分离正负极电解液等作用。由于所处的工作环境苛刻,双极板应同时具备导电性高、机械性能好、耐腐蚀性好、渗透性低和化学稳定等特点。因此,开发低成本的高性能双极板,已经成为液流电池发展的关键要素之一。本文将重点介绍氧化还原液流电池中碳基复合双极板近年来的发展现状,涵盖了不同流场设计、不同碳基材料和聚合物材料的选择等对双极板导电性能、机械性能、抗渗透性能、抗腐蚀性能和单电池性能的影响情况。最后,基于碳基复合双极板目前发展的需求及关键技术瓶颈做了简要分析和展望。

NdFeB/316L不锈钢双极板对PEMFC性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,双极板起到分配隔离氢气和氧气、支撑膜电极组件(MEA)、收集电子和传递热量的作用。把316L不锈钢粉末与钕铁硼(NdFeB)磁粉均匀掺杂,通过三维(3D)打印制成燃料电池复合金属双极板,钕铁硼磁粉掺杂的质量分数分别为0、20%、35%和50%。通过设置不同励磁强度和温度条件,研究在磁场作用与无磁场作用下PEMFC的工作性能差异。磁场可以优化PEMFC的工作性能。钕铁硼质量分数为50%的316L不锈钢极板燃料电池,工作性能表现较好,相比于未掺杂钕铁硼的316L不锈钢极板燃料电池,最高输出功率密度提高14.03%,极限电流密度提高12.54%。在相同的磁场强度下,钕铁硼质量分数为50%的316L不锈钢极板燃料电池在60℃下的工作性能提升最明显,70℃下的工作性能最高。

基于复合石墨双极板的亲疏水特性研究

为了更好的管理燃料电池内部的水平衡,对复合石墨双极板的亲疏水特性进行研究。首先,对双极板进行表面处理,改变双极板表面的接触角;其次测量了双极板与碳纸间的接触电阻,最后装配了燃料电池堆并测量不同亲疏水特性双极板的电性能。实验结果表明,通过亲水处理减小复合石墨双极板表面的接触角有利于增强燃料电池堆性能,提升电池的排水能力。

石墨复合双极板浆料流延工艺研究

采用流延法制备石墨复合双极板,以电导率和力学性能为主要指标,结合电子显微镜(SEM)表征技术分析,研究了浆料黏度、浆料温度、流延速度、刮刀高度和液面高度,对双极板生坯的流延工艺进行研究。结果表明,浆料适宜流延黏度为5500~6500 m Pa·s,浆料流延温度为35~40℃,流延速度为0.5~0.6 m/min,刮刀辊高度为1.2~1.4 mm,液面高度为2.5~3.5 cm,此时流延出的双极板生胚致密度高、黏附均匀、表面光洁、平整度高。

全钒液流电池用双极板材料研究进展

双极板是全钒液流电池(VRFB)不可或缺的多功能元件。双极板在全钒液流电池中起着重要的作用,如以串联/并联的方式连接多个单电池,提供从kW到多MW的容量,分离每个电池,防止电极之间的直接接触,为电堆提供结构支撑等,这些功能与燃料电池双极板的功能非常相似。然而,与燃料电池不同的是,VRFB中的双极板会遇到强酸性环境和变化的电压条件,这严重限制了双极板材料的选择。详细介绍了各种类型的双极板材料(金属基、石墨基和碳/聚合物复合基)及其加工方法。还介绍了与双极板材料相关的挑战,如界面腐蚀、界面接触电阻和电解液泄漏等。

质子交换膜燃料电池双极板选材与制造工艺

随着近年来的不断研究,质子交换膜燃料电池的应用也相对成熟,而双极板作为关键部件,其材料和制造方法上有了越来越多的选择。目前研究最多的材料是复合材料以及金属材料。为了找到质子交换膜燃料电池双极板未来的制造方向,进一步降低燃料电池双极板的成本,扩大制造规模,本文列举并探讨双极板制造中关键因素,分别介绍复合材料和金属材料,包含材料类型和成型方法,列举金属材料目前已有的涂层类型,并指出双极板生产制造的未来方向。

质子交换膜燃料电池复合材料双极板的研究

以高分子预聚物为粘合剂,天然或人造石墨为导电骨料,通过模压一次成型制备质子交换膜燃料电池双极板。研究了导电骨料的组分、树脂的种类及其含量,成型温度、成型压力对双极板性能的影响。结果表明:1)导电骨料的组分、树脂的种类及其含量对制品的性能影响较大;成型温度、成型压力对制品的性能影响较小。2)人造和天然两种石墨混合组分为导电骨料的制品,其导电性能明显高于单一石墨组分的制品;乙烯基树脂为粘合剂的性能优于以邻苯基树脂为粘合剂的双极板的性能。3)使用质量分数为16%～18%的乙烯基树脂作粘结剂,在成型压力为10MPa～20MPa,成型温度为150℃～200℃时制备的复合材料双极板的电导率>300S cm,抗折强度>30MPa,空气透气率为10-7cm2 s。

全钒液流电池复合材料双极板研究

研究导电性高、耐腐蚀性强的双极板对发展全钒液流电池等大规模蓄电储能装备具有重要意义。在聚偏氟乙烯(PVDF)高分子基体中加入炭黑(CB)、鳞片石墨(GP)、膨胀石墨(EG)等导电填料,均匀分散后制备导电双极板,考察了导电填料种类、含量、粒度大小、分散方式对双极板导电性能的影响规律,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征导电填料本体和微观分散形态。结果表明使用粒径较小的可膨胀石墨有利于提高导电率,溶解法和悬浮液法均能保证导电填料的良好分散,所制备的双极板具有相近的导电性能,但后者易于进行大规模工业化生产。使用400目可膨胀石墨为导电填料制作双极板,当其质量含量为50%时,电导率达到92 S·cm-1,弯曲强度为52 MPa。所研究的导电塑料双极板能够完全阻隔钒离子渗透,具有良好抗氧化性能,有望在全钒液流电池的实际开发过程中应用。

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。

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℃.

热塑性树脂基碳素复合材料双极板的研究

以热塑性树脂作为石墨的粘结剂,采用模压一次成型制备复合材料双极板。考察了成型温度、成型压力、树脂含量及不同导电骨料种类配比对双极板性能的影响。实验表明(:1)在较低的成型温度和成型压力下采用溶剂溶解法制备的双极板性能要优于直接混合法(;2)较好的制备工艺:树脂质量分数为10%～16%,天然与人造石墨比例接近1∶1,成型温度为130～160℃,成型压力为8～12MPa。

碳纤维增强酚醛树脂/石墨复合材料双极板的性能

研究了碳纤维表面处理方法及其含量对碳纤维增强酚醛树脂／石墨复合材料导电性能与力学性能的影响。结果表明：空气氧化处理碳纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽,容易形成应力集中,复合材料的强度不高；空气加液相氧化处理填充了碳纤维表面的微裂纹,对复合材料有一定的补强作用；液相氧化处理有利于提高碳纤维表面活性以及碳纤维的均匀分散性,使材料表现出较好的力学性能与导电性能；随碳纤维含量增多,材料电导率变小,材料强度开始增大,达到最大值后材料强度下降。对碳纤维进行液相氧化处理,碳纤维含量在3％～4％时复合材料的力学性能与导电性能最好。