磨碎碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚-石墨雙極板材料的制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)被認(rèn)為是適應(yīng)未來(lái)能源和環(huán)境要求的理想動(dòng)力源之一。雙極板是PEMFC的重要組成部分，其成本約占總成本的60％，而高成本正是制約其產(chǎn)業(yè)化的一大障礙。尋找性能優(yōu)良且成本低廉的雙極板新材料和加工方法已成為燃料電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究中的重要課題。本文中針對(duì)現(xiàn)有雙極板成本高的問(wèn)題，在開(kāi)發(fā)性能好、價(jià)格低廉的燃料電池雙極板材料和工藝方面進(jìn)行了一些新的探索和

2、嘗試。 根據(jù)美國(guó)能源部(DOE)對(duì)碳質(zhì)填料/聚合物復(fù)合雙極板材料的性能要求，以彎曲強(qiáng)度及電導(dǎo)率作為重點(diǎn)考慮的性能指標(biāo)，對(duì)聚苯硫醚(PPS)樹(shù)脂含量以及成型溫度、保溫時(shí)間等模壓工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，分析了復(fù)合材料力學(xué)性能與導(dǎo)電性能的影響因素與影響機(jī)理。研究得到：(1)制備PPS/G雙極板材料，應(yīng)選擇升溫保溫后加壓，冷卻方式應(yīng)選擇空冷，這樣可以明顯改善PPS/G雙極板材料彎曲強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)，顯著提高雙極板材料的綜合性能；(2)在PPS

3、/G雙極板材料的制備中，石墨材料的不同會(huì)影響復(fù)合材料具體模壓工藝的確定，因此需要對(duì)使用的石墨原材料加以確定；(3)通過(guò)選用兩種不同的石墨原料以及模壓工藝參數(shù)的優(yōu)化，制備得到的PPS/G雙極板材料的性能達(dá)到DOE標(biāo)準(zhǔn)，而且明顯好于國(guó)內(nèi)外已有的關(guān)于PPS/G雙極板材料的研究結(jié)果。 為進(jìn)一步提高PPS/G雙極板材料的性能，提出了利用磨碎碳纖維來(lái)增強(qiáng)的方案。研究了磨碎碳纖維的表面處理方法及纖維含量對(duì)復(fù)合雙極板材料性能的影響。研究得到：(

4、1)空氣氧化處理的碳纖維增強(qiáng)PPS/G復(fù)合材料，當(dāng)纖維含量為5％時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率最佳，其中復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度由52.1MPa提高到57.3MPa，而復(fù)合材料的電導(dǎo)率略有降低，由原來(lái)的133.9S/cm降低到111.9S/cm；(2)雖然用一定含量液相及氣相氧化處理的碳纖維增強(qiáng)PPS/G復(fù)合材料能大幅度提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度，但同時(shí)也使復(fù)合材料的電學(xué)性能惡化，因此不宜采用這種氧化處理方式來(lái)處理碳纖維。 另外詳細(xì)研究了