无粘结剂石墨基双极板的制备及性能

发布时间：2020-01-29 23:36

【摘要】：燃料电池因其较高的能量密度和能量转换效率以及环保的特性,越来越受到人们的关注。其中,质子交换膜燃料电池更是因为高的能量密度,工作温度低,启动快等优于其他燃料电池。双极板是其重要的一个部件,且因为性能和成本等原因制约着燃料电池的发展。因此,寻找一种性能优异、成本低廉、制备简单、轻质的双极板材料已成为质子交换膜燃料电池发展过程中的重要课题。本论文主要研究用膨胀石墨作为主要原料制备无树脂基石墨双极板,并探究和改进其性能。实验首先是制备原料膨胀石墨,采用的是氧化插层的方法,并对制得的膨胀石墨进行了红外、XRD、SEM等的表征。然后使用球磨模压的方式制备膨胀石墨双极板。并通过改变球磨时间、模压压力、保压时间等因素探究不同工艺条件对双极板导电率和抗弯强度的影响规律。研究表明,球磨时间对双极板性能的影响最大,模压压力次之,保压时间相对较小。综合三种工艺的影响,当球磨时间为36小时,模压压力为35MPa,保压时间为0~3分钟时,双极板既有相对简单的工艺,又有着较高的导电率和良好的抗弯强度。同时对膨胀石墨双极板进行了疏水角、密度、热稳定性、抗腐蚀性等进行了测试。测试表明,双极板的这些性能都能满足DOE对双极板的要求。之后,希望能使双极板拥有更好的综合性能,故对双极板进行了改性,并探究了其变化规律。本论文中改性的方法主要是往膨胀石墨双极板中加入添加物,主要添加物包括鳞片石墨、人造石墨、炭黑、碳纤维。实验发现各种添加物对双极板性能的影响各不相同。鳞片石墨能增加导电率,但会降低抗弯强度。人造石墨即降低了导电率又降低了抗弯强度。炭黑含量在一定范围能提升双极板的导电率,高了反而降低导电率,而抗弯强度随着含量的增大会一直减小。碳纤维的加入会降低导电率,但是能一定程度上增加抗弯强度。综上,添加适量的鳞片石墨,少量的炭黑,少量的碳纤维能得到较好综合性能的双极板。
【图文】：

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燃料电池工作原理图

双极板,基本组件,气体扩散,燃料电池

燃料电池组件
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4

【参考文献】