质子交换膜燃料电池用碳纤维纸的研究进展

简述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理、PEMFC用碳纤维纸的制备工艺流程及该碳纤维纸的性能指标,重点介绍了碳纤维在抄纸过程中的分散性能、结合性能及国内外PEMFC用碳纤维纸的最新研究进展.     

两亲改性碳纤维制备质子交换膜燃料电池用碳纸的研究

为了提高短切碳纤维在水中的分散性及碳纤维与后期浸渍树脂的相容性,对碳纤维进行了两亲表面处理:首先通过氧化处理使其获得亲水性官能团—OH及—COOH,在此基础上进一步接枝亲油基团,以获得两亲碳纤维,并将其制备碳纸。结果表明,两亲处理的碳纤维表面—OH含量可达8. 2%。在碳纤维表面改性过程中,铬酸氧化在提高碳纤维表面亲水性官能团的同时会降低碳纸的抗张强度;而接枝亲油性官能团能提高碳纤维与树脂的黏结能力,部分弥补了表面处理所造成的负面影响;碳纤维与树脂黏结力的提高有利于碳纸导电性的提高,两亲改性碳纤维制备的碳纸与未处理碳纤维制备碳纸相比电阻率降低了31. 4%,达到10. 5 mΩ·cm。     

质子交换膜燃料电池用碳纤维纸的研制

介绍了质子交换膜燃料电池用碳纤维纸的纤维原料选择,碳纤维纸原纸的干、湿法抄造工艺以及树脂浸渍、热压及碳化等后处理工艺。     

碳纤维表面特性对燃料电池用碳纤维纸性能的影响

本文使用SEM、BET和XPS对TC-33碳纤维、TC-28碳纤维、T300碳纤维表面特性进行了分析,并就纤维表面特性对燃料电池用碳纤维纸性能的影响进行了研究.表面形态分析表明,T300纤维表面沟槽深,比表面积大于TC-33和TC-28碳纤维;XPS分析表明,T300和TC-33纤维含氧基团数量多于TC-28纤维;碳纤维纸性能测试结果表明,T300和TC-33碳纤维纸的透气性能和导电性能较接近,力学性能方面T300碳纤维纸明显高于TC-33和TC-28碳纤维纸.     

偶联剂处理碳纤维对燃料电池用碳纤维纸性能的影响

本文对偶联剂处理碳纤维前后纤维表面基团的变化进行了分析,并就偶联剂处理碳纤维对碳纤维纸性能的影响进行了研究,结果表明:处理后,碳纤维表面的羟基和含氧基团的数量增多,在偶联剂用量为2%时,碳纤维纸的性能较优,此条件下的碳纤维纸透气性、强度性能优于未经处理的碳纤维纸,但导电性能有所下降。     

高分散水性碳纤维的制备

本研究以壳聚糖盐酸盐（CHI）和十二烷基磺酸钠（SDS）制备改性剂（CHI&SDS）,采用浸渍法对BHM3碳纤维进行表面改性,以提升BMH3碳纤维在水中的分散能力。系统研究了CHI/SDS质量比、CHI&SDS改性剂质量分数及纤维长度对改性BMH3碳纤维在水中分散性的影响,并通过X射线光电子能谱仪和动态接触角测试仪,对改性BMH3碳纤维化学结构和表面润湿性进行了表征。结果表明,BMH3碳纤维经过质量分数0.15%,CHI/SDS质量比=25∶1的CHI&SDS改性剂改性后,纤维长度5 mm的改性BMH3碳纤维在水中的分散率可达96.2%,相较于未改性碳纤维提升了87.5个百分点。改性BMH3碳纤维表面含氧官能团数量显著提升,水接触角明显降低,这是BMH3碳纤维分散性能改善的原因,也是成功实现高分散水性碳纤维制备的基础。     

燃料电池用PAN/Lyocell复合碳纤维纸的制备与性能研究

本研究以Lyocell纤维为增强纤维、PAN短切碳纤维为主体纤维,制备燃料电池气体扩散层用复合碳纤维纸（简称碳纤维纸）,探究了磨浆强度对Lyocell纤维浆料和纤维特性的影响,分析了Lyocell纤维的添加对碳纤维的分散性与碳纤维纸的强度性能、透气性能、导电性能的影响。结果表明,Lyocell纤维的添加有效提升了碳纤维的分散性能,提高了碳纤维纸前驱体（CPP）的匀度指数和强度性能,改善了碳纤维纸的强度性能、透气度和导电性能,当碳纤维与Lyocell纤维质量比为7∶3时,碳纤维纸的性能最佳,拉伸强度为14.3 MPa,抗弯强度为5.9 MPa,透气度为248 mm/s,平面电阻率为5.48 mΩ·cm。     

碳纤维屏蔽纸制造过程中纤维分散性能的研究

通过不同浓度、不同分散剂以及纤维表面化学改性对碳纤维分散性影响的探讨,研究了碳纤维在水中的分散性能。研究结果表明、PEP与CPAM均能明显提高碳纤维的分散性,尤以CPAM为好;碳纤维经过表面化学改性后,表面产生更多的活性基团,进一步提高了纤维的分散性能。     

燃料电池用碳纤维纸的研究及发展现状

介绍了燃料电池的性能及分类,简述了燃料电池用碳纤维纸的要求及性能,并综述了气体扩散层的制备,详细阐述了碳纤维纸的改性,展望了燃料电池用碳纤维纸的发展方向。     

燃料电池用碳纸的制备及其石墨化研究

以聚丙烯腈（PAN）基碳纤维无纺布为骨架,通过酚醛树脂乙醇溶液浸渍、模压和碳化,再经不同温度石墨化处理,制备了燃料电池用碳纸。通过现代分析仪器表征碳纸原纸的微观形貌、平面方向电阻率、孔隙分布、拉伸强度等指标,探讨石墨化温度对碳纸原纸各项性能的影响。结果表明,在石墨化处理过程中,大块聚集且杂乱无章的树脂炭能够逐渐收缩到碳纤维表面及碳纤维与碳纤维的交结点上,获得较完美的石墨晶体结构。石墨化温度需大于2000℃,才能获得具有较好性能且满足应用要求的碳纸原纸。当石墨化温度为2000℃时,碳纸原纸的平面方向电阻率为19.0 mΩ·cm,拉伸强度达17.8 MPa,孔隙率达79.15%。     

质子交换膜燃料电池中碳纸微孔层设计的研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种极具潜力的电化学装置,具有广泛的应用前景,但有效的水管理方法还需探索。不合适的水负荷会引起各种问题,包括材料的降解和反应物传质受限等,损害电池的长期耐用性。在气体扩散层（GDL）中引入微孔层（MPL）是改善水管理能力和性能的有效方式。本文综述了以碳纸为大孔底物,近年来MPL结构和材料设计方面的研究进展,展望MPL的未来研究方向,对开展提高电池性能的研究具有重要意义。     

浸渍树脂中添加纳米碳纤维对碳纸性能的影响

在质子交换膜燃料电池用碳纸制备工艺的浸渍工序用树脂中加入纳米碳纤维,研究它对碳纸强度、透气性及电性能的影响。结果表明,添加纳米碳纤维后,碳纸抗张强度和导电性能提高,而透气度减小;纳米碳纤维的用量以1.5%为最佳。     

碱预处理对碳纤维分散及碳纸原纸性能的研究

本研究以碳纤维为原料,研究碱预处理对碳纤维分散稳定性及湿法抄造制备碳纸原纸性能的影响。具体考察了碳纤维在碱预处理后表面形貌和表面基团的变化,探讨了碳纤维浆料悬浮液的稳定性变化规律,并表征了碳纸原纸的匀度、透气性、抗张强度和电阻率的变化情况。结果表明,与使用去离子水处理的碳纤维相比,经0.75 mol/L的碱液预处理60 min后,碳纤维可以更好地在水中分散,制备出的碳纸原纸匀度性能更好,碳纸原纸的透气度从1432 mm/s降至1080 mm/s,抗张强度从1.44kN/m提升至2.49 kN/m,电阻率从143.58 mΩ/cm降至68.10 mΩ/cm。     

浅谈碳纤维纸在燃料电池的应用及其制备工艺

介绍燃料电池的发展前景以及其气体扩散层专用碳纤维纸的特点,重点综述碳纤维纸的国内外研究现状及生产工艺,同时对碳纤维纸生产过程中遇到的问题及改进方法进行了阐述。     

增强纤维对用于燃料电池碳纸性能的影响研究

本研究分别采用亚麻纤维、黏胶纤维、ES纤维作为增强纤维与碳纤维复合制得碳纸前驱体(CPP),经树脂浸渍、热压(温度140℃,压力10 MPa)、热处理(氮气保护下,温度980℃)制备了可应用于燃料电池气体扩散层的高性能碳纸,研究了3种增强纤维及其用量对CPP强度以及对碳纸电阻率、孔隙率、拉伸强度的影响。结果表明,增强纤维显著提高了碳纸的拉伸强度,并使碳化后的树脂产生固定作用,降低了碳纸电阻率及孔隙率。亚麻纤维用量20%时,增强效果最优。相比未添加增强纤维碳纸,碳纸的拉伸强度由18. 5 MPa提升至20. 4 MPa,提高了10%;电阻率由36. 7 mΩ·cm降低至34. 2 mΩ·cm,降低了7%;孔隙率由63%下降至56. 4%,降低了10%。