质子交换膜燃料电池用扩散层电极材料的研究

摘要

随着人们对节约能源和保护环境意识的增强,质子交换膜燃料电池(protonexchange membranefuelcell,简称PEMFC)被广泛地认为是21世纪最理想的氢能源和环保型电源.为了配合中国质子交换膜燃料电池的产业化,该文首次研究开发了一种嵩性能、低成本,用于PEMFC扩散层电极材料的柔性碳纸.它不但有效地解决了传统碳纸脆性的缺点,而且省略了高温炭化工艺,从而降低了成本.该文设计了一条包括对碳纤维纸基底材料进行喷涂、烧结和模压等工序的工艺路线来制备柔性碳纸样品,并且对制得的样品进行了显微结构及性能的测试和表征,通过研究几个主要的工艺参数对加工工艺、显微结构和性能的影响,获得了制备高性价比柔性碳纸的最佳工艺条件.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪言

1.1 PEMFC概述

1.1.1 PEMFC的工作原理及单电池结构

1.1.2 PEMFC发展前景[7]

1.2 PEMFC用扩散层电极材料

1.2.1扩散层电极材料的功能特点及性能要求

1.2.2几种常用扩散层电极材料的制作方法

1.2.3扩散层电极材料憎水处理方法的种类

1.3本课题的研究意义及主要研究工作

1.3.1本课题的研究意义[7]

1.3.2本课题的主要研究工作

第二章 实验部分

2.1实验原料及主要仪器设备

2.1.1实验原料

2.1.2主要仪器设备

2.2柔性碳纸的工艺路线及主要工艺参数

2.2.1柔性碳纸的工艺路线

2.2.2柔性碳纸的主要工艺参数

2.3柔性碳纸显微结构的表征

2.3.1放大镜照片

2.3.2扫描电镜照片

2.3.3孔径大小及其分布[28]

2.4柔性碳纸的性能测试及表征

2.4.1孔隙度[29]

2.4.2电阻率[32-33]

2.4.3抗张强度[34]

2.4.4透气性[35]

2.4.5憎水性[36]

第三章 结果与讨论

3.1柔性碳纸的工艺研究

3.1.1炭粉种类对喷涂工艺的影响

3.1.2喷涂液炭粉含量对喷涂工艺的影响

3.1.3烧结温度及保温时间对烧结工艺的影响

3.1.4炭粉种类对模压工艺的影响

3.1.5压力大小和模压温度及保温时间对模压工艺的影响

3.2柔性碳纸的显微结构研究

3.2.1柔性碳纸中炭粉填充量不同时的显微照片

3.2.2柔性碳纸中PTFE含量不同时的显微照片

3.2.3柔性填充量和PTFE含量对柔性碳纸孔径大小及其分布的影响

3.3柔性碳纸的性能研究

3.3.1柔性碳纸孔隙度的研究

3.3.2柔性碳纸导电性能的研究

3.3.3柔性碳纸抗张强度的研究

3.3.4柔性碳纸透气性能的研究

3.3.5柔性碳纸憎水性能的研究

3.4柔性碳纸综合性能的评价

第四章 结 论

参考文献

附录Ⅰ 毛细管流量孔径测试原理

附录Ⅱ 孔隙度测试原理

附录Ⅲ 电阻率的四探针测试原理

致谢

攻读硕士期间论文发表情况：