NG/PF双极板复合材料的制备以及改性研究

摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是直接将化学能转化为电能的清洁高效的发电装置。具有能量转化率高、无污染、工作噪声低、低温下即可运行的特点,广泛应用在家庭、汽车、户外小型机器等方面。其中双极板是其重要部件之一,双极板的研制影响着质子交换膜燃料电池的发展。
　　本课题主要从以下两个方面对质子交换膜燃料电池复合双极板进行研制。首先采用干法复合法和湿法复合法两种工艺制备了鳞片石墨/酚醛树脂(NG/PF)双极板复合材料。湿法复合法充分利用了鳞片石墨的微观结构和热塑性酚醛树脂的物理和化学特性,复合较为完全。干法复合法以粉末状酚醛树脂为原料,与鳞片石墨直接进行球磨混合,制备工艺简单。结果表明,制备工艺的不同对双极板性能有着不同的影响。
　　其次,结合干法复合工艺和湿法复合工艺,制备不同碳掺杂NG/PF双极板复合双极板材料。热塑性酚醛树脂的含量固定在复合材料的17wt％,碳填料采用碳纳米管和炭气凝胶。采用了扫描电子显微镜、以及红外光谱、X-射线衍射光谱进行表征和对复合材料热重分析。并对双极板的导电率、机械性能(抗弯强度)、腐蚀电流、复合材料的密度、以及接触角等性能进行测定。
　　结果表明,掺杂碳材料的形貌特征、尺寸、含量均对双极板复合材料的综合性能有较大影响。碳纳米管因其自身具有较大的长径比和在复合材料中的各向异性的特点,对双极板综合性能等有较大影响;球状炭气凝胶因其粒径小、比表面积大,有很强的导电性对提高复合材料导电性有很大作用。复合材料在碳纳米管和炭气凝胶含量分别为1.6wt.%和2wt.%时性能最佳。压制的温度(180℃),时间(70min),压制压力为150MPa和石墨的粒径(105-150目),此时复合双极板的性能最佳。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2 质子交换膜燃料电池简介

1.3 质子交换膜燃料电池双极板

1.5 主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验试剂与实验仪器

2.2酚醛树脂的制备方法

2.3分析与表征方法

2.4 复合双极板的性能测量

第3章不同工艺制备NG/PF双极板复合材料

3.1 湿法复合工艺

3.2 干法复合工艺

3.3 不同工艺制备NG/PF双极板性能分析

3.4本章小结

第4章不同形貌碳掺杂NG/PF双极板复合材料

4.1 碳填料掺杂NG/PF双极板制备工艺

4.2 碳纳米管掺杂NG/PF双极板复合材料

4.3炭气凝胶掺杂NG/PF双极板复合材料

4.4压制的条件对复合材料的性能影响

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢