石墨酚醛树脂复合材料双极板研究

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1、摘要质子交换膜燃科电池(PEMFC)以其能量转化率高、低排放、能量和功率密度高等优点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。双极板是PEMFC的重要组成部分，它为电池分配燃料与氧化剂并串联相邻电池，其成本可占总成本的约40％，而高成本正是其走向实用化的一大障碍。寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料和加工方法已成为燃料电池产业化技术研究中的重要课题。本论文针对现有双极板成本高的问题，在开发高性能、价廉的燃料电池双极板材料和工艺方面进行了一些新的探索和尝试。采用一步模压成型工艺制备复合板，降低了双极板的加工成本。而且同注塑成型工艺相比，应用该工艺可以制备聚合物含

2、量较低的复合板，使得双极板具有较好的导电性能。我们选取价格低廉的酚醛树脂与天然鳞片石墨混合，应用模压工艺制备了NG／PF复合板。对模压工艺条件、树脂含量对复合板导电性能、阻气性能、机械性能和耐腐蚀性能等其它性能的影响进行了考察。结果表明，在适当的工艺条件下，PF质量含量为10％的NG／PF复合板各项性能均能达到PEMFC双极板材料性能的要求。为了更好的推广NG／PF复合板，我们对其结构做了改进，研制了NG／PF夹心复合板，以蠕虫石墨为上下表层，以NG／PF复合板为芯层，结果发现在保持原有NG／PF复合板性能基础上，复合夹心板降低接触电阻70％-一80％，降低总电阻1

3、3％--45％，相应电导率则提高13％--45％。使双极板导电性能更好。为了提高工效，又对预制夹心NG／PF复合板作了初步研究。并发现了其缺陷，为今后该设想的研究做了前期工作。关键诃：质子交换膜燃料电池；电池双极板；复合双极板；复合夹心板；复合预制夹心板：接触电阻；酚醛树脂：石墨ABSTRACTPolymerelectrolytemembranefuelcell(PEMFC)isrecognizedasanewalternativetothepresentpowersourcesbecauseofitshighefficiency,lowemission，highe

4、nergyandpowerdensity．Bipolarplateis粕importantpartinFC．whichdistributesfuelandoxidantforFCandprovideselectronicconnectionbetweensinglecells．Itscostaccountedforabout40％ofaFCsmcLwhilethehifghcostofFCisakeyobstacletoitswideapplication．Therefore，searchingmaterialsandmanufacturingmethodsforh

5、i【gllperformanceandlowcostbipolarplatehasbeenveryimportant．Withtheabovebackground．newmaterialsandmanufacturingmethodsforbipolarplatesareexploredinthisstudy．Graphite／polymercompositeplatewasmanufacturedusingcompressionmoldingwithone—stepwhichdecreasestheprocessingcost．Comparedwithinject

6、ionmolding,thecompressionmoldingismoreapplicableforthecompoundwithpolymercontentintherangeofl0-20％．Sothecompositeplateshavebetterelectricalproperties．Low-costphenolformaldehyderesinwaschosentomixwithnaturalgraphite．Thecompositeplatewasmanufacturedusingthecompressionmoulding．Thevariatio

7、nofelectricalproperties，gastightness，mechanicalpropertiesandcorrosionresistancewithcompressiontechnologicalconditions，polymercontentwerealsostudied．Thecompositeplatewithformaldehyderesin(PF)content10wt％canmeetthedemandforthebipolarplatematerials．NG／PFcompositeplatestructureisimproved