質(zhì)子交換膜燃料電池用炭紙的制備與性能研究.pdf

1、中圖分類號(hào)UDCTB3323l碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼密級(jí)10533質(zhì)子交換膜燃料電池用炭紙的制備與性能研究Researchonthepreparationandpropertiesoftheprotonexchangemembranefuelcell作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：胡蓉材料科學(xué)與工程材料學(xué)粉末冶金研究院黃啟忠謝志勇答辯委員會(huì)主席中南大學(xué)2014年4月質(zhì)子交換膜燃料電池用炭紙的制備與性能研

2、究摘要：質(zhì)子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)作為一種多元化、持久化的能源轉(zhuǎn)換裝置，已掀起了世界各國(guó)的研究熱潮。在PEMFC的膜電極中，炭紙是常用的氣體擴(kuò)散層(GasDiffusionLayerGDL)的基底材料，其結(jié)構(gòu)和性能對(duì)PEMFC的性能具有極其重要的影響。本論文以浸漬一模壓制備技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)滿足燃料電池要求的炭紙制備作出了新的探索和嘗試，并針對(duì)石墨化溫度對(duì)炭紙綜合性能的影響

3、做了相關(guān)研究。以酚醛樹(shù)脂為浸漬劑，經(jīng)浸漬模壓工藝制備PEMFC用炭紙。研究了石墨化過(guò)程中，溫度對(duì)炭紙結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明：隨石墨化溫度升高，炭紙密度增大，而孔隙度和透氣率降低，抗拉強(qiáng)度變低。并且發(fā)現(xiàn)，隨石墨化溫度增加，炭紙石墨化度增加，平面電阻率下降、熱導(dǎo)率升高，用經(jīng)2500℃石墨化處理的炭紙組裝燃料電池，以氫氣和氧氣作燃料和氧化劑，當(dāng)電流密度為2106mAcm之時(shí)電池輸出電壓可達(dá)0532V。用端羧基丁腈橡膠(Carboxylte

4、rminatedModifierCTBN)改性酚醛樹(shù)脂為浸漬劑，研究了CTBN含量對(duì)炭紙結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：隨CTBN含量增加，炭紙孔隙率、氣透率增加，電池性能提高，電阻率減小，力學(xué)性能先增強(qiáng)后減弱。當(dāng)CTBN含量為30％時(shí)，炭紙力學(xué)性能最優(yōu)，其他性能指標(biāo)為：孔隙率為656％，透氣率為2130mln皿cm2hr1mmAq～，電阻率為232mQcm；抗拉強(qiáng)度為3014MPa，抗彎強(qiáng)度為6815MPa，分別高于Toray炭紙17％和

5、21％；當(dāng)電流密度為2010mAcm。2時(shí)輸出電壓可達(dá)0513V。并且發(fā)現(xiàn)，對(duì)于添加CTBN的炭紙，影響其電阻率的主要因素是纖維／基體界面的結(jié)合程度。用導(dǎo)電炭黑(ConductiveCarbonBlack，CB)改性酚醛樹(shù)脂為浸漬劑，研究了CB含量對(duì)炭紙結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：隨CB含量增加，炭紙厚度不變、密度增加，孔隙率、氣透率均減小，炭紙抗拉強(qiáng)度先增加后減小，電阻率先減小后增加。當(dāng)CB含量為6％，電流密度為1156mAcm。2時(shí)