炭气凝胶的制备及对膨胀石墨基双极板的改性研究

摘要

质子交换膜燃料电池是一种能量转换装置。质子交换膜燃料电池与传统的发电装置相比不受卡诺循环限制，因此具有更高的能量转化率。以氢作燃料、以氧作氧化剂，且在低温下即可运行，所以对环境污染较小。质子交换膜燃料电池应用广泛，不仅可以作为汽车、船舶的动力源，而且可以作为小型的移动电源等。其中双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，所以它的性能在很大程度上影响着质子交换膜燃料电池的广阔前景。
　　本实验体系首先制备反应原料，制备实验所需的碳填料球型炭气凝胶、膨胀石墨、热塑性酚醛树脂。分别对原料进行了红外光谱、扫描电子显微镜、热重分析、X-射线衍射光谱性能测试和结构表征。
　　其次，分别采用熔融混合法和吸附复合法制备了膨胀石墨基复合材料双极板，熔融混合法以膨胀石墨和粉末状酚醛树脂为原料进行直接混合，经过粗混、球磨混合、模压固化，混合工艺操作简单。吸附复合法以膨胀石墨和热塑性酚醛树脂为原料，利用膨胀石墨能够吸附油性大分子的性质，二者混合比较充分。实验结果证明不同制备工艺、不同含量的原料配比对复合材料双极板有一定的影响。结果显示吸附复合法制备的膨胀石墨基复合材料双极板的性能比熔融混合工艺好，当树脂含量在35~50wt.％时双极板的综合性能较优。
　　最后，采用不同工艺添加碳填料球型炭气凝胶制备改性膨胀石墨基复合材料双极板，并对其进行相关的性能测试和结构表征。性能测试主要包括复合材料及改性复合材料的抗折强度测试、电导率大小测试。实验相关数据表明碳填料球型炭气凝胶的添加对膨胀石墨基双极板的性能有一定的提高作用，增大了复合材料的电导率和机械强度，降低了复合材料的体积密度和接触角等。炭气凝胶含量在2wt.%左右改性复合材料的性能最佳。

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第1章 绪论

1.1论文课题背景、研究目的及意义

1.2 燃料电池概述

1.3质子交换膜燃料电池（PEMFC）

1.4 双极板概述

1.5 主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 本实验所用到的主要试剂与仪器

2.2 分析及表征方法

2.3 复合材料双极板的相关性能测试方法

第3章 原料制备及结构表征

3.1 球型炭气凝胶的制备及结构表征

3.2 热塑性酚醛树脂的制备及结构表征

3.3 膨胀石墨的制备及结构表征

3.4 本章小结

第4章 膨胀石墨基双极板的制备及性能测试

4.1 熔融混合方法制备复合材料双极板

4.2 吸附复合方法制备复合材料双极板

4.3 原料的含量设计及复合材料双极板的性能测试

4.4 添加炭气凝胶制备改性复合材料双极板的性能测试

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢