石墨/ 高铝水泥模压复合材料双极板的特性

采用高铝水泥作为粘结剂, 石墨作为导电填料, 通过室温模压的方法制备了导电复合材料, 拟用于制作质子交换膜燃料电池的双极板。对石墨/ 高铝水泥复合材料双极板的电性能和力学性能的影响因数进行了分析和评价, 并测量了该复合材料双极板的含水量、凝胶毛细孔尺寸分布和氢气渗透性。实验结果表明: 含有60 wt %石墨的石墨/ 高铝水泥模压复合材料双极板的电导率和力学强度基本上可以同时满足质子交换膜燃料电池的使用要求; 并且该复合材料双极板含有凝胶毛细孔, 约具有7 wt %的含水量, 具有自增湿功能; 此外, 氢气渗透率也较低。      

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.     

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。     

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。     

燃料电池复合材料双极板的制备与性能研究

双极板是燃料电池中的重要组成部分,采用模压热固化二步法,以树脂为粘结剂、天然鳞片石墨作导电骨料、碳黑为添加剂制备燃料电池复合材料双极板.系统考察了树脂含量、溶剂比、碳黑含量、成型压力、保压时间以及固化温度等因素对复合材料双极板性能的影响.结果表明,随着粘结剂含量的增加,双极板的电导率减小,抗折强度增大;碳黑的添加可有效地提高其电导率,但强度会有一定程度的减小;增大成型压力和延长保压时间可提高双极板的导电性和强度;最终固化温度主要影响粘结的交联程度.制备天然石墨/聚合物复合材料双极板的最佳条件为:聚合物树脂含量为20%,碳黑含量为4%～5%,溶剂比为1.0,成型压力为10～12MPa,固化温度为180℃.     

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.     

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。     

直接甲醇燃料电池复合双极板材料性能测试

聚合物 填料复合材料以其低廉的成本、简便的成型工艺、良好的气密性和耐腐蚀性而被认为是直接甲醇燃料电池(DMFC)双极板的适用材料之一。本文对模压成型的聚合物 填料复合材料进行了测试。四探针测试仪的测试结果显示材料的导电性良好,并且沿厚度方向的电导率高于沿平面方向的电导率。模拟DMFC阳极和阴极的内部环境以检验材料的耐腐蚀性,结果表明,该材料在 DMFC的工作环境中无明显腐蚀现象。材料的气密性极佳。此种复合材料满足DMFC对于低成本双极板的要求。     

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双极板材料研究进展

燃料电池是把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统,是继水电、火电和核电之后第四种发电装置。其中,质子交换膜燃料电池有着寿命长、比功率和比能量高、室温下启动速度快等优点,可作为移动式电源和固定式电源使用,且在军事、交通、通讯等领域有着广阔的应用前景,被认为是适应未来能源与环境要求的理想动力源之一。双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一,占据了电池组很大一部分的质量和成本,且承担着均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。为了满足这些功能需要,理想的双极板应具有高的热/电导率、耐蚀性、低密度、良好的力学性能以及低成本、易加工等特点。但目前生产的双极板存在耐蚀性和导电性匹配性差、生产成本高和寿命短等问题。实现双极板材料的导电性和耐蚀性的合理匹配,即在保证导电性合理的前提下,实现高的耐蚀性,保障整个体系的服役寿命,是燃料电池商业化的关键环节之一。目前广泛用作质子交换膜燃料电池双极板的基体材料主要有石墨材料、金属材料及复合材料三种。这三种材料制成的双极板有不同的优缺点,但综合而言均不能满足双极板的性能要求。针对以上问题,近几年来研究者利用掺杂或表面改性的方法,在弥补双极板材料的性能不足方面取得了较多的成果,很多改进后的材料已经可以满足美国能源部提出的性能要求。本文系统总结了上述三类常见的双极板材料,详细综述了近年研究较为深入的金属双极板的涂层材料,并归纳了各种涂层与不锈钢、铝合金、钛合金基材组合的双极板的性能。文末展望了双极板特别是金属双极板材料的发展方向。     

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.     

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.     

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。     

燃料电池用全氟磺酸型复合质子交换膜的研究

本文评述了用于质子交换膜燃料电池的几种全氟磺酸型复合质子交换膜的研究情况。根据这几种膜的制备工艺 ,评价了它们的优、缺点 ,以及在燃料电池上的潜在使用能力和性能 ,预示了燃料电池用质子交换膜的发展方向     

Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell

A Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell or Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell stack is composed of a Gas Diffusion Layer (GDL), an Membrane Electrode Assembly (MEA), and bipolar plates. The electrical resistance of the bipolar plates for a PEM fuel cell should be very low, so that the electricity generated in the fuel cell is conducted through the bipolar plates with minimum electrical loss.