石墨/酚醛树脂复合材料双极板的制备与性能

双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,石墨与聚合物的复合材料双极板是目前研究的重要方向。采用模压热固化二步法,以酚醛树脂为粘结剂、天然鳞片石墨为导电骨料、炭黑为添加剂制备了质子交换膜燃料电池用复合材料双极板。系统研究了不同种类石墨对石墨/酚醛树脂复合材料电性能和抗弯强度的影响。结果表明:以天然鳞片石墨为导电原料时,所制备的石墨/酚醛树脂双极板的性能最好;添加导电炭黑能有效提高石墨/酚醛树脂复合材料的电导率;在复合材料制备中加入4wt%的碳纤维,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的抗弯强度提高了29%;碳纤维表面液相氧化处理能有效提高纤维与基体间的结合强度,随着处理时间的延长与处理温度的升高,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的电导率和抗弯强度都有很大程度的提高;最终固化温度主要影响酚醛树脂的交联程度,随着最终固化温度的升高,酚醛树脂的交联程度增加,电导率增大,但抗弯强度有一定程度减小。     

质子交换膜燃料电池及其双极板的研究

为了降低质子交换膜燃料电池双极板的成本,提高质子交换膜燃料电池的性能,综述了质子交换膜燃料电池的基本结构、工作原理、主要优点及应用领域,分析了质子交换膜燃料电池双极板的特点及功能,介绍了制备质子交换膜燃料电池双极板的新材料及新工艺:中间相碳微球材料,凝胶注模成型工艺和中间相碳微球素坯的掺杂催化石墨化烧结工艺.提出了应用质子交换膜燃料电池及其双极板的新材料新工艺来降低其生产成本,为质子交换膜燃料电池及其双极板的研发指出了方向.     

PEMFC聚合物/填料复合材料双极板的研究进展

质子交换膜燃料电池具有高效环保、经济安全、比能量和比功率高、启动快、寿命长等优点,受到各国政府和大公司的广泛关注。双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件之一,直接影响到电池组的性能和成本,降低双极板的成本已经成为PEMFC产业化的关键因素之一。综述了聚合物/填料复合材料双极板的研究进展,介绍了聚合物/石墨,聚合物/中间相碳微球(MCMB),聚合物/其它填料等聚合物/填料复合材料双极板原料及制备方法,并提出了燃料电池双极板的发展趋势。目前,聚合物/填料双极板的研究重点是选用合适的高分子聚合物和导电填料,改善复合时聚合物和填料的加工性能,在导电填料尽可能少的情况下,保证双极板的高导电性和力学强度等。     

质子交换膜燃料电池双极板材料的研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原荆、使生成的水顺利排出、分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用.质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响.双极板材料主要有石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料,针对这些双极板材料的优缺点进行了比较.     

碳纤维增强酚醛树脂/石墨复合材料双极板的低温热模压试验研究

介绍了国外制备树脂/石墨复合材料双极板的研究结果.研究了低温热模压成型工艺制备酚醛树脂/石墨复合材料双极板,结果表明:酚醛树脂含量为15wt%时,复合材料的导电性能满足双极板的要求,但力学性能偏低.提出了碳纤维增强的解决方案,研究了碳纤维表面处理方法以及碳纤维含量对复合材料导电性能与力学性能的影响.得到对碳纤维进行液相氧化处理,碳纤维含量3wt%是综合性能较好的一种试验方案.采用低温热模压工艺制备低成本酚醛树脂/石墨复合材料双极板,双极板材料的性能突破必将促进燃料电池的商业化发展.     

树脂/石墨PEMFC双极板的制备工艺与性能研究综述

介绍了质子交换膜燃料电池双极板的功能及性能要求,综述了树脂/石墨双极板复合材料的性能研究进展及双极板的主要成型方法——注射成型与模压成型,并对这两种成型方法进行了比较。指出在双极板成型中,模压成型既可兼顾成分和性能又可保证成型工艺的要求,可以考虑将模压成型作为双极板批量化生产的主要成型方法。     

石墨/聚合物复合材料双极板的研究进展

评述了采用石墨/聚合物复合材料制备质子交换膜燃料电池双极板的研究进展,主要分析了原材料、制作工艺对复合材料电导率、力学强度等性能的影响,并介绍了赋予此类双极板内增湿功能的研究概况,预示了燃料电池用双极板的发展方向.     

膨胀石墨/酚醛树脂-聚乙烯醇缩丁醛复合双极板的制备与性能

采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）对酚醛树脂（PF）进行改性,并以膨胀石墨为第一导电填料,用模压成型法制备了新型质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板。研究了PVB与PF质量比、改性树脂含量及炭黑的添加对膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板电导率、抗弯强度等性能的影响。结果表明,当改性树脂质量分数固定为30wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板在PVB：PF=0.5时表现出最佳的电导率及抗弯强度,分别为192.3 S/cm、47.25 MPa,与不添加PVB的膨胀石墨/PF复合材料双极板相比,平面内电导率和抗弯强度分别提高了12.3%、14.2%。在PVB含量固定的条件下（PVB：PF=0.5）,当改性树脂的质量分数由25wt%增加至45wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的电导率下降,而抗弯强度增加。进一步添加炭黑提高膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的导电性能,当改性树脂质量分数固定为45wt%时,炭黑添加量为4wt%的试样表现出最佳的平面电导率和面比电阻,分别为137 S/cm、14.4 mΩ·cm²。     

质子交换膜燃料电池双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原剂,使生成的水顺利排出,分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用.质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响.双极板材料主要有无孔石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料,针对这些双极板材料的优缺点进行了比较.流场设计目前采用较多的是蛇形流场,其它的还有网格状流场、叉指形和肺形等.     

质子交换膜燃料电池复合材料双极板的研究

以高分子预聚物为粘合剂，天然或人造石墨为导电骨料，通过模压一次成型制备质子交换膜燃料电池双极板。研究了导电骨料的组分、树脂的种类及其含量，成型温度、成型压力对双极板性能的影响。结果表明：1)导电骨料的组分、树脂的种类及其含量对制品的性能影响较大；成型温度、成型压力对制品的性能影响较小。2)人造和天然两种石墨混合组分为导电骨料的制品，其导电性能明显高于单一石墨组分的制品；乙烯基树脂为粘合剂的性能优于以邻苯基树脂为粘合剂的双极板的性能。3)使用质量分数为16％～18％的乙烯基树脂作粘结剂，在成型压力为10MPa～20MPa，成型温度为150℃～200℃时制备的复合材料双极板的电导率＞300S／cm，抗折强度＞30MPa，空气透气率为10^-7cm^2／S。     

The effect of mold pressing pressure and composition on properties of nanocomposite bipolar plate for proton exchange membrane fuel cell

This paper is an attempt to introduce a suitable composite to be used in the bipolar plate of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). At first the effect of the mold pressing pressure and graphite content on the through-plane and in-plane electrical conductivities, flexural strength, hardness, density, porosity and water absorption of phenolic resin/graphite composite was investigated. The two mold pressing pressures, 15 and 740 bar were applied in 20, 30, 40, 50, 60, 70 and 80 wt.% graphite contents. The characterization was also conducted by an optical microscope, a stereoscope and the scanning electron microscopy. The results showed that the pressure considerably affects all properties and can dramatically change the porosity percentage of the composite. To improve conductivity and strength, the composite composition was modified by the nanosheet expanded graphite and carbon fiber. In an optimum composition, the in-plane and through-plane electrical conductivity and flexural strength reached 1518, 76 S/cm and 84 MPa, respectively. In this study, the contact resistance between the bipolar plate and carbon paper (as a gas diffusion layer) was also determined by changing the clamping pressure.     

聚偏氟乙烯与石墨导电复合材料双极板的物理性能分析

采用聚偏氟乙烯(PVDF)与导电填料石墨复合,通过高温模压方法制备了导电复合材料双极板,测量了双极板的电导率、弯曲强度和气密性。借助扫描电镜表征了复合材料的微观结构,分析了此导电复合材料能用于制备燃料电池双极板并能用于燃料电池电堆组装的必备条件。     

Manufacture of a polymer-based carbon nanocomposite as bipolar plate of proton exchange membrane fuel cells

The aim of this paper is to prepare a polymer-based carbon nanocomposite reinforced by carbon fiber cloth (CF) to be utilized as bipolar plate of proton exchange membrane (PEM) fuel cell. For this purpose, some single, double, and triple-filler composites were manufactured by using phenolic resin as polymer (P) and graphite (G), carbon fiber (CF) and expanded graphite (EG) as fillers. The production method was compression-molding technique. The electrical conductivity, flexural strength, toughness, hardness, porosity, and hydrogen permeability tests were then measured to determine the mechanical and physical properties. A triple-filler composite containing 45 wt.% G, 10 wt.% CF, 5 wt.% EG, reinforced by a layer of CF cloth, was selected as composite bipolar plate. The electrical conductivity, thermal conductivity, and flexural strength of this composite were 74 S/cm, 9.6 W/m K, and 74 MPa, respectively, which are higher than the specified value by department of energy in USA (DOE). The composite bipolar plate used in the single fuel cell assembly showed a maximum power density 810 mW/cm². In this paper, a material selection was performed on the different materials of bipolar plates. It can be concluded that the composite bipolar plates are more suitable for high life time stationary applications.     

常温可逆温致变色功能水泥基复合材料

在白水泥中掺加常温可逆温致变色微胶囊制备了先进功能水泥基复合材料。该材料的颜色随温度变化可在低温时的蓝、绿、红色和高温时的白色之间可逆变化, 其变色温度约在42～58 ℃。方差分析判断结果表明,掺加10 %蓝温致变色颜料微胶囊对细度、强度有明显影响。细度下降约37 % , 标准稠度用水量增加约13 % , 凝结时间变化不大, 安定性合格; 在同流动度条件下, 硬化水泥浆体3 、7 、28 d 抗折强度均下降20 %左右, 抗压强度下降30 %～40 %。所研究的常温可逆温致变色功能水泥基复合材料具有低温下吸收太阳能、高温下反射太阳能、且能随温度进行可逆转换的吸热绝热功能, 符合建筑物冬暖夏凉的要求。      

Effects of hybrid carbon fillers of polymer composite bipolar plates on the performance of direct methanol fuel cells

The effects of carbon filler type on the properties and performance of composite bipolar plates fabricated by compression molding of carbon fillers such as graphite, carbon black (CB), multi-walled carbon nanotube (MWNT), carbon fiber (CF) and powder type epoxy have been investigated. The electrical conductivity and flexural properties of the composites are increased by increasing the content of fibrous conducting fillers, e.g. MWNT and CF. On the contrary, incorporation of particulate fillers such as CB and graphite plays a significant role in enhancing the electrical conductivity but has a negative effect on the flexural properties of the composites. The current–voltage curve of the fuel cell indicates that the performance of the fuel cell is improved upon selection of an optimum amount of carbon filler in the composite bipolar plates.     

SiO2 / 氰酸酯纳米复合材料的力学性能和热性能

采用高速均质剪切法制备了SiO₂ / 氰酸酯(CE) 纳米复合材料, 并对该体系的静态力学性能、动态力学性能和热稳定性进行了研究。结果表明, 纳米SiO₂的加入提高了复合材料的冲击强度和弯曲强度。当SiO₂ 含量为0. 30 wt %时, 复合材料的冲击强度达最大, 增幅为88. 9 %; 当SiO₂含量为0. 15 wt %时, 材料的弯曲强度达最大, 增幅为2010 %。复合材料的储能模量和高温损耗模量较纯CE 树脂有明显提高, 玻璃化转变温度比纯CE 提高了31. 2 ℃, 热分解温度在SiO₂含量为0. 30 wt %时达最大, 失重为10 %时的热分解温度提高了25. 7 ℃。      

选择性激光烧结铝/尼龙复合粉末材料

制备了不同铝粉含量的尼龙12覆膜复合粉末,利用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDX),差示扫描量热分析(DSC),热失重分析(TG)对粉末材料的形貌以及热性能进行了表征。对复合粉末进行激光烧结成形,并研究了不同铝粉含量对烧结件尺寸精度以及力学性能的影响。结果表明:尼龙与铝粉表面粘结良好,烧结过程中尼龙熔融,铝粉均匀分布在尼龙基体中;随着铝粉含量的增多,烧结件的弯曲强度和模量显著提高,冲击强度逐渐降低;铝粉质量分数为50 wt%时,烧结试样的弯曲强度和模量与纯尼龙烧结试样相比分别提高了62. 1%和122.3%;铝粉含量的增多能够有效抑制尼龙基体的收缩,提高烧结件的精度。