纖維增強樹脂-石墨復合材料雙極板制備與性能研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)以能量轉換率高、無污染和功率密度高等優(yōu)點被認為是適應未來環(huán)境要求的理想新能源之一。雙極板作為PEMFC中關鍵部件之一,它的性能優(yōu)劣直接影響整個電池堆的成本價格、體積大小、使用壽命以及輸出功率等。因此,尋找一種成本低廉且性能優(yōu)越的雙極板材料是人們目前PEMFC主要研究課題之一。本文作者采用價格低廉的酚醛樹脂(PF)、環(huán)氧樹脂(EP)和石墨粉,通過干混球磨混合,以低溫熱壓燒結方式制備磨碎炭纖維增強樹脂/石墨復

2、合材料。期望通過優(yōu)選合適的制備工藝和原材料來提高材料的綜合性能,同時降低材料的成本。
　　 磨碎炭纖維增強樹脂/石墨復合材料的性能不僅受所用的原材料影響,而且與相應的比例有關,另外還受到燒結成型工藝條件的制約。首先,為了確定一個成熟可靠的成型工藝條件,安排了兩個單因素試驗來確定成型工藝中的重要影響參數(shù)固化溫度和固化時間。然后通過均勻試驗,對原材料及相互配比進行了篩選和優(yōu)化,且對其中的主要影響因素再采用單因素試驗來進行驗證對比。在

3、綜合考慮復合材料彎曲強度和電導率兩個性能指標之后,確定了磨碎炭纖維增強樹脂/石墨復合材料的導電填料使用粒度為80～120目的天然鱗片石墨(FG)和160～200目的人造石墨(SG)混合使用,含量分別為45wt％和33wt％。粘結劑使用EP和PF的共混樹脂,其官能團摩爾比為1:3,總樹脂含量為17wt％。再加上5wt％磨碎炭纖維增強體,此時得到的復合材料彎曲強度為50.9MPa,電導率達到376.8S·cm-1。同時該材料具有良好的阻氣性

4、和耐腐蝕性,且能夠在PEMFC環(huán)境中長期使用。
　　 為進一步驗證纖維增強樹脂/石墨復合材料能否適用于作為制備雙極板的材料,在選用了一種典型的雙極板流場布置之后,設計和制造了相應的配套模具,然后著重討論了脫模效果這一模壓成型時的關鍵問題。在研究了多種內、外脫模劑的脫模效果之后,在直接采用硬脂酸鋅當外脫模劑使用時,成功壓制出流道清晰的雙極板。
　　 根據(jù)纖維增強復合材料理論,在匯總了纖維的方向系數(shù)、粘結系數(shù)和長度有效系數(shù)的