纳米石墨片制备燃料电池双极板的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：20年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定，即：我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全

2、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密Ο，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密Ο。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：20年月日20年月日AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchofBipolarPlateinFuelCellwithGraphiteNanosheetsMajor:Chemistry

3、andPhysicsofMaterialCandidate:WangShengjunSupervisor:Professor.CaoHongWuhanInstituteofTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaAprial,2012摘要摘要膨胀石墨（ExpandedGraphite,abbreviatedasEG）也称为蠕虫石墨，具有疏松多孔的结构，且有很高的比表面积。目前已经形成了大工业化生产，具有价格低廉、产量高等优点。本论文利用膨胀石墨制备纳米石墨片作为双极板的基体，再添

4、加树脂以及碳纳米管，通过模压成型的方法最后制得复合材料双极板。其中，膨胀石墨是将天然鳞片石墨在强酸的作用下再经过高温膨化制得。随着纳米石墨片与聚酰亚胺树脂的百分含量的变化，双极板的密度、导电率、机械性能等会有所不同，但是都难以达到所希望的电导率以及机械性能。树脂含量的增加不利于双极板的电导率，减少又会降低其弯曲强度。为此笔者考虑加入少量的碳纳米管，在保证导电性能的基础上，同时提高复合材料的强度，便于制备厚度较薄的双极板，降低其体积与质量。论文选择用粉体原料、低温模压的方式制备纳米石墨片/聚酰亚胺复合材料，并研究其

5、制备工艺对双极板性能的影响，并确定最佳制备工艺条件。通过单因素实验法制备纳米石墨片/聚酰亚胺复合材料，讨论工艺参数对复合材料的影响。实验结果表明：随着膨胀石墨膨胀倍率的增大，复合材料的导电性能与弯曲强度都在提高，对其影响较大。复合材料双极板的弯曲强度随着聚酰亚胺的增加而增加，电导率则呈现下降的趋势。在电导率方面，模压温度、模压压力与保温时间对其影响类似，复合材料的电导率随着模压温度、模压压力以及保温时间的上升呈现先上升后下降的趋势。弯曲强度则不尽相同，随着模压温度与模压压力的增加，弯曲强度也在增加，而保温时间增加

6、后，弯曲强度呈现先升高后降低的趋势。成功制备了碳纳米管增强纳米石墨片/聚酰亚胺复合材料双极板，并研究碳纳米管含量对复合材料双极板性能的影响，同时确定碳纳米管增强复合材料双极板的最佳制备工艺条件。实验结果表明：随着碳纳米管含量的增大，双极板的密度逐渐减小，弯曲强度与导电率都呈现先增大后减小的趋势。当碳纳米管含量为2%时，复合材料的性能达到最佳值：弯曲强度为54MPa,,电导率为113s/cm，与增强前的相比分I武汉工程大学硕士学位论文别提高了25%与19%。借助XRD、SEM、Raman等测试方法对原材料和双极板的

7、微观结构和化学成分进行了分析，探讨了碳纳米管的增强机理，碳纳米管和作为粘结剂的聚酰亚胺结合处于增强结合状态。研究碳纳米管增强纳米石墨片/聚酰亚胺复合材料弯曲强度的预估理论。考虑到碳纳米管的长度有效系数与取向系数的影响，并且给出所研究材料的弯曲强度预估公式。关键词：纳米石墨片；双极板；碳纳米管；弯曲强度；电导率IIAbstractAbstractExpandedGraphite(abbreviatedasEG)isvermiforminshapewithlooseandporousstructureandextre

8、mespecificarea.Ithasbeenputintoproducingindustrialization,andwithcertainpropertiessuchaslowpriceandlargeproduction.Inthisstudy,takinggraphitenanosheetsandcarbonnanotubes(CNTs)asthemainraw