質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板用石墨基復(fù)合材料的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種高效、低污染的動(dòng)力源。在未來(lái)的車載驅(qū)動(dòng)電源、便攜式電源和家庭用電站等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。目前限制其商業(yè)化的主要原因是成本太高。雙極板是PEMFC的關(guān)鍵部件，也是決定燃料電池成本的主要因素。雙極板材料研究對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。雙極板的材料主要有以下幾種類型：金屬材料、石墨材料、石墨/樹(shù)脂復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)石墨/樹(shù)脂復(fù)合材料等。石墨/樹(shù)脂復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)石墨/樹(shù)脂復(fù)合材料

2、是質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板材料研究的重要方向。 本論文選擇了S-ZD001聚酰亞胺樹(shù)脂(S-ZD001 PI)、S-ZD002聚酰亞胺樹(shù)脂(S-ZD002 PI)、L-ZD002聚酰亞胺樹(shù)脂(L-ZD002 PI)、導(dǎo)電型聚苯胺(PAN)作為填充劑、石墨作為基體、碳纖維作為增強(qiáng)材料，用真空模壓的方法制備出石墨/高分子復(fù)合材料。當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)>10％時(shí)，研究了石墨粒子的粒徑、復(fù)合材料的制備方法、高分子填料、無(wú)機(jī)填料、成型溫度、真空

3、條件、以及碳纖維增強(qiáng)材料對(duì)復(fù)合材料性能的影響。通過(guò)對(duì)其電阻、粒徑、SEM以及力學(xué)性能進(jìn)行表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鱗片石墨復(fù)合材料的電阻值大于粒狀石墨復(fù)合材料，主要原因在于所選用的粒狀石墨的粒徑要大于鱗片石墨，當(dāng)復(fù)合材料填充相同比例的石墨時(shí)，粒徑小的石墨產(chǎn)生更大的接觸電阻。不同制備方法對(duì)電學(xué)性能的影響表現(xiàn)為：干法制備時(shí)，鱗片石墨復(fù)合材料電阻隨含量變化曲線的斜率大于粒狀石墨復(fù)合材料，而在濕法制備中，兩種石墨復(fù)合材料的電阻變化率幾乎相同。PAN復(fù)

4、合材料的電學(xué)性比PI系列復(fù)合材料的電學(xué)性能要好。無(wú)機(jī)填料的加入，不能改善導(dǎo)電性。成型條件對(duì)石墨復(fù)合材料電學(xué)性能影響很大，隨著成型溫度升高，復(fù)合材料的電阻有上升趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)真空處理的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，不連續(xù)界面少，可以形成更多的導(dǎo)電通道。復(fù)合材料中添加氣液相氧化處理的碳纖維，材料的導(dǎo)電性能與力學(xué)性能最好，添加空氣氧化處理纖維的性能最差。當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)<10％時(shí)，研究了復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理。通過(guò)對(duì)其電阻、IR、SEM、DMA進(jìn)行表征，以及運(yùn)用