MAX及其衍生物对燃料电池关键部件成形影响

发布时间：2021-10-26 18:20

　　MAX相材料及其衍生物MXene凭借其独特的性能,逐渐成为了新型材料领域的研究热点。由于MXene表面含有羟基等亲水性较强的含氧官能团,导电性和稳定性较强,机械强度较高。与电解质膜基体材料结合时,可以给离子的传输提供更多的路径,其自身的纳米尺寸也能填补基体间的细小孔洞,提高电解质膜的致密性,从而提高电解质膜的机械性能和电化学性能。而MAX相材料拥有较高的导电性、稳定性和机械强度,其独特的元素构成也能提供良好的抗腐蚀性能,与燃料电池复合双极板材料混合时,可增加板材的导电性、抗弯强度和耐腐蚀性能。本文采用SDC作为电解质基体,使用Ti₃C₂T_x-MXene对电解质基体进行掺杂,研究其复合膜的电化学性能和机械性能。采用膨胀石墨/聚酰亚胺作为复合双极板的基体材料,使用Ti₃AlC₂-MAX对基体材料进行复合,研究复合双极板的电导率、抗弯强度和耐腐蚀性等性能。此外,针对复合双极板的热压成形工艺,设计一种具有自顶式脱模功能的复合双极板成形模具设备。本文提出采用甘氨酸燃烧法制备了SDC粉末,... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 燃料电池和MAX及其衍生物
        1.1.1 燃料电池概述
        1.1.2 电解质膜材料
        1.1.3 燃料电池双极板
        1.1.4 MAX及其衍生物
            1.1.4.1 MAX相材料
            1.1.4.2 二维纳米材料MXene
    1.2 MAX及其衍生物在燃料电池中应用研究现状
        1.2.1 电解质膜材料
        1.2.2 双极板的研究概况
            1.2.2.1 石墨双极板
            1.2.2.2 金属双极板
            1.2.2.3 复合双极板
        1.2.3 MAX及其衍生物的应用现状
            1.2.3.1 MAX相材料的应用现状
            1.2.3.2 MXene材料的应用现状
        1.2.4 复合双极板制备工艺综述
            1.2.4.1 注射成形工艺
            1.2.4.2 模压成形工艺
            1.2.4.3 其他成形工艺
    1.3 论文选题意义和主要研究内容
        1.3.1 论文的选题意义
        1.3.2 论文的主要研究内容
第二章 MAX或MXene掺杂的特征性能及对燃料电池关键部件成形成性的影响
    2.1 MAX的特征性能
        2.1.1 导电性能
        2.1.2 稳定性
        2.1.3 机械性能
        2.1.4 抗腐蚀性
    2.2 MXene的特征性能
        2.2.1 导电性能
        2.2.2 稳定性
        2.2.3 机械性能
    2.3 MXene掺杂固体氧化物SDC电解质膜材料成形成性理论分析
        2.3.1 电解质膜材料基本性能要求
        2.3.2 MXene对固体氧化物SDC成形影响
        2.3.3 MXene对固体氧化物SDC成性影响
    2.4 MAX对复合双极板成形成性理论分析
        2.4.1 双极板的基本性能要求
        2.4.2 MAX对复合双极板成形理论分析
        2.4.3 MAX对复合双极板成性理论分析
    2.5 本章小结
第三章 MXene/SDC电解质膜材料的成形制备工艺与性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料及配方
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 实验流程
            3.2.3.1 Ti_3C_2T_x/SDC粉体的制备
            3.2.3.2 Ti_3C_2T_x/SDC电解质膜材料的制备
    3.3 性能表征
        3.3.1 物相表征
        3.3.2 扫描电子显微观测
        3.3.3 热重测试
        3.3.4 电导率测试
        3.3.5 机械性能测试
            3.3.5.1 硬度测试
            3.3.5.2 断裂韧性测试
        3.3.6 单电池制备与电化学测试
    3.4 实验结果与讨论
        3.4.1 物相分析
        3.4.2 微观形貌分析
        3.4.3 热重分析
        3.4.4 电导率分析
        3.4.5 机械强度分析
        3.4.6 单电池电化学性能
    3.5 电解质膜成形工艺
    3.6 本章结论
第四章 MAX/膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板的成形制备工艺与性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验原料及实验仪器
    4.3 性能测试
        4.3.1 密度
        4.3.1 电导率
        4.3.2 抗弯强度
        4.3.3 硬度
        4.3.4 耐腐蚀性
    4.4 膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板的研究
        4.4.1 膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板成形工艺
            4.4.1.1 物料的混合
            4.4.1.2 双极板热压成形
        4.4.2 膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板材料配比的研究
        4.4.3 实验结果与分析
            4.4.3.1 树脂含量对密度的影响
            4.4.3.2 树脂含量对电导率的影响
            4.4.3.3 树脂含量对抗弯强度的影响
            4.4.3.4 树脂含量对硬度的影响
            4.4.3.5 树脂含量对耐腐蚀性的影响
    4.5 Ti_3AlC_2/膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板的研究
        4.5.1 Ti_3AlC_2/膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板成形工艺
        4.5.2 Ti_3AlC_2对膨胀石墨/聚酰亚胺复合双极板成形的影响
    4.6 复合双极板成形工艺
    4.7 本章结论
第五章 复合双极板成形模具设计与制造
    5.1 引言
    5.2 自顶式脱模机构的设计
    5.3 模具整体结构的设计与制造
        5.3.1 复合双极板成形模具设计
        5.3.2 复合双极板成形模具制造
    5.4 复合双极板成形模具有限元分析
        5.4.1 复合双极板成形模具结构模型简化
        5.4.2 选材与网格划分
        5.4.3 载荷与约束条件
        5.4.4 仿真结果分析
    5.5 实验结果
        5.5.1 实验设备和材料
        5.5.2 实验过程与结果
    5.6 本章结论
第六章 全文总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 论文的不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果
    1)参加的学术交流与科研项目
    2)发表的学术论文(含专利和软件著作权)
    3)获得的学术奖励


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3459982