湿法混料工艺制备钒电池双极板及其性能研究

采用新的室温湿法混料工艺,以聚乙烯树脂粉末为基体、炭黑和石墨为导电填料,采用易挥发溶剂乙醇为分散介质,经搅拌-抽滤-烘干-模压成型,制备了钒电池用导电塑料双极板。结果表明双极板的最佳配方为:w(PE)∶w(炭黑)∶w(石墨)=45∶40∶15,最佳的成型温度在140～160℃,最佳的成型压力为10～15 MPa;双极板电阻率<0.5Ω.cm,抗拉强度>15 MPa;以此导电塑料为集流板,在70 mA/cm2的电流密度下,电流效率达到96.5%,电压效率达到83.5%,能量效率达到80.6%。     

热塑性树脂基碳素复合材料双极板的研究

以热塑性树脂作为石墨的粘结剂,采用模压一次成型制备复合材料双极板。考察了成型温度、成型压力、树脂含量及不同导电骨料种类配比对双极板性能的影响。实验表明(:1)在较低的成型温度和成型压力下采用溶剂溶解法制备的双极板性能要优于直接混合法(;2)较好的制备工艺:树脂质量分数为10%～16%,天然与人造石墨比例接近1∶1,成型温度为130～160℃,成型压力为8～12MPa。     

复合材料双极板配方优化研究

将碳纤维(CF)、碳纳米管(CNT)、乙炔黑(AB)和炭黑(CB)等导电材料与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料混合,压制成复合材料导电双极板基体,再在两侧覆盖铅箔,得到双极板。观察基体成型后的外观,并测试导电性能。正交实验确定复合材料双极板的优化配方为:m(ABS)∶m(CF)∶m(CNT)∶m(AB)∶m(CB)=100∶1∶0.5∶6∶8。以此配方制作的24 V、10 Ah双极性铅酸电池与传统单极电池相比,内阻低28%,以0.5 Ca放电,比能量高15%左右。     

导电塑料作为钒电池集流板的研究

以聚乙烯为基体、炭黑为导电填料制备导电塑料板,研究了该导电塑料板导电性、力学性能以及在钒电池电解液中的电化学行为.导电塑料板与铜网复合后与石墨毡组成复合电极作为钒电池的正负极,考察了经过试验电池反复充放电后导电塑料集流板导电性与表面形貌的变化.研究结果表明导电塑料板可以代替石墨用作钒电池的集流板.当钒电池正极存在析氧过程时,会造成导电塑料集流板中的碳流失.     

PEMFC复合材料双极板透气性能的研究

以热塑性树脂为粘结剂、石墨为导电填料,采用模压一次成型,制备复合材料双极板。考察了树脂含量和成型工艺参数对双极板透气性能的影响。树脂含量与成型压力对双极板透气性能的影响比成型温度与保温时间的影响要大。在树脂含量为10%~16%,成型压力为5~25 MPa,成型温度为140~170℃,保温时间为10~40 min时,双极板的透气率可达10-12cm/s.Pa的数量级。     

复合材料双极板质子交换膜燃料电池

测定了两种树脂对导电骨料的润湿性,研究了树脂及其含量对复合材料双极板性能的影响。采用对导电骨料浸润性好的树脂作粘合剂,通过模压一次成型技术制备出复合材料双极板的电导率大于300S/cm,抗折强度大于30MPa,空气透气率为10!7cm2/s。并进行了电堆组装及电性能和稳定性测试。结果表明,在较小的电流密度(<1.0A/cm2)条件下,复合材料双极板的电性能和石墨材料双极板相当,在较大的电流密度(>1.0A/cm2)条件下,其电性能要稍优于石墨材料双极板;电池经350h放电试验并重复启动电池100次以上,双极板性能稳定。     

碳黑/硅橡胶复合材料压阻性能稳定性改进研究

从提高碳黑/硅橡胶复合材料的受力结构与导电网络的稳定性和均匀性入手,研究了优化硅橡胶硫化成型条件、引入纳米增强相和复配使用导电粒子等对碳黑/硅橡胶复合材料压阻性能稳定性的影响.结果表明:当硫化成型条件为145℃/100 min、纳米氧化铝用量为2%和氧化钌用量为5%时,碳黑/硅橡胶复合材料获得了稳定的压阻性能.在反复压缩5次的过程中,压阻曲线基本重合.     

锂硫电池硫-导电炭黑复合正极材料的研究

采用富含微孔的导电炭黑BP2000和无孔导电炭黑VXC72作为导电载体材料,分别与单质硫进行复合制备硫-导电炭黑复合材料,研究微孔孔隙对硫-导电炭黑复合材料电化学性能的影响。通过扫描电子显微镜法(SEM)、X-射线衍射光谱法(XRD)、低温氮气吸附法对该材料进行了结构表征,利用循环伏安扫描和恒电流充放电技术对复合材料的电化学性能进行了测试。结果表明:硫与导电炭黑复合后,能较好地改善单质硫的导电性和电化学性能,具有高比表面积微孔结构的炭黑BP2000因其高吸附性可限制聚硫离子的溶解和扩散,表现出较高的比容量和较好的大电流充放电能力。样品S/BP2000在100 mA/g充放电时,首周放电比容量达1 274.4 mAh/g,硫的利用率达到了76.1%;在1 600mA/g的大电流密度充放电时,其放电容量明显高于S/VXC72与单质硫电极,并表现出较好的倍率性能;经过120次循环后充放电效率保持在99.1%,较之普通硫电极其电化学性能得到显著改善。     

导电ABS/PETG共混物的制备及性能研究

以炭黑、石墨和镍粉等为导电填料,ABS和PETG作为高分子基体,采用熔融共混-模压成型工艺制备具有双连续相结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)用双极板。主要研究导电填料炭黑、石墨和镍粉等对ABS/PETG共混物的导电性、耐水性和耐热性能的影响。结果表明:当ABS和PETG为双连续相,炭黑为20%时,复合材料的导电性最好,为123S/m,玻璃化温度98℃,维卡软化温度123℃,接触角为100°。保持炭黑的含量为10%,通过调控石墨含量,发现当石墨含量在4%时,复合材料综合性能最好:电导率30S/m,玻璃化温度93℃,维卡软化温度107℃,接触角为103°。当保持15%炭黑的比例,镍粉含量为5%时得到最佳试样:电导率43S/m,玻璃化温度69℃,维卡软化温度150℃,接触角为89°。     

固体氧化物燃料电池集流层厚度优化

针对电解质支撑固体氧化物燃料电池(SOFC),建立了一个较为全面的二维数学模型,考虑了相互依存的离子导电过程、电子导电过程以及气体输运过程,研究了孔隙率和电极集流层厚度对电池性能的影响。结果表明:电池的输出电流密度强烈依赖于电极集流层厚度,合适的阳极集流层厚度应在20~60μm,合适的阴极集流层厚度应在250~300μm。