论文部分内容阅读
随着工业化快速发展,能源枯竭及环境污染问题日益突出,质子交换膜燃料电池(PEMFC),作为一种新的能源形式,因为具有高效、节能、环保等优点受到人们关注。其主要有三部分构成:膜电极、密封圈及双极板。双极板作为燃料电池核心构件,其重量占电池堆的80%,成本占整个电池组成本的38%,因此制备方法简单、减小双极板质量、降低双极板的成本、研究高性价比的双极板是其进一步发展首要解决的问题。本论文采用碳微球作为基底制备碳微球基双极板复合材料。首先采用水热合成方法制得碳微球,然后对其进行FI-IR、XRD、SEM、Raman及TG-DTA表征,并分析其形成机理。以制得的碳微球为基体,添加不同形貌的碳石墨填料(乙炔黑、沥青基碳微球、天然鳞片石墨及碳纳米管),通过球磨、冷模压成型,再经管式炉高温烧结等步骤得到双极板复合材料。研究过程中,不同添加物的添加比例、球磨时间、模压压力以及保压时间,都会对碳微球基双极板复合材料性能产生一定影响。故需对双极板材料断面形貌进行观察,测量其导电性能、抗弯强度,综合评测确定较优工艺参数。并对在各自添加后最优条件下制得碳微球基双极板复合材料使用性能进行测试。研究结果表明,实验所添加的碳材料的含量、球磨时间及模压压力对双极板复合材料的综合性能有较大影响,且不完全相同。四种碳材料均可提高碳微球基双极板复合材料的电导率,但乙炔黑含量过多时易发生团聚现象,不仅会使电导率降低,且会恶化双极板结构,降低抗弯强度;且乙炔黑本身电导率并不是很大,因此它对于改善双极板性能作用不大。碳纳米管对于改善双极板性能则属于适中。沥青基碳微球及天然鳞片石墨对于双极板电导率有明显提高作用,但同时考虑到二者对抗弯强度影响,最终选择32 wt%沥青相中间相碳微球(2 h,25 MPa,5 min)及32wt%天然鳞片石墨(6 h,25 MPa,5 min)为最终选择,此时所得双极板复合材料电导率最高,分别为168.1 S/cm和244.9 S/cm,抗弯强度相对有所下降,但均满足美国能源部要求,且所得双极板复合材料疏水性、热稳定性及抗腐蚀性能良好。