质子交换膜燃料电池用炭纸的研制

《质子交换膜燃料电池用炭纸的研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：堂堑日期：丑年j月旦日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同

2、时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者繇衄翩一期：赳年j月旦日储繇衄翩趔蟹期：赳年j月旦日jj中南大学硕士学位论文摘要质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效、环境友好的发电装置，得到各国政府和研究机构的重视。在PEMFC的各组件中，炭纸作为气体扩散层(GDL)的基底材料，不仅起着支撑催化剂层，稳定电极结构的作用，还承担着为电极反应提供气体通道、电子通道和排水通道等多重任务，是影响电极性能的关键部件之一。因此，研究和制备高性能的炭纸，对提高PEMFC的工作效率和加快其商业化进程均有重要意义。本实验

3、以干法制备的聚丙烯腈(PAN)基炭纤维坯体为原料，采用化学气相沉积(CVD)、浸渍模压、浸渍模压与CVD复合工艺三种不同的工艺路线制备了PEMFC用炭纸，并对其组织结构、石墨化度、面电阻率、气体渗透速度、电池性能曲线进行了分析，结果表明：(1)采用CVD工艺制备的炭纸纤维间结合紧密，加强了电能传导，从而提高了炭纸的导电性能，石墨化后炭纸的面电阻率为33．3～34．9mO·cm。但是CVD对填充炭纸中孔隙的效果不明显，CVD后炭纸的厚度为889lam时，炭纸密度为O．1259·cm3，小于炭纸使用要求密度。(2)采用浸渍模压工艺制备炭纸时，模压压力和模压温度是影响模压工艺的重

4、要因素，对炭纸的厚度、密度、气体渗透速度、面电阻率都有显著的影响。选用改性酚醛树脂作为浸渍剂，在温度为150℃、压力为4MPa保压1h制备了厚度为183lam，密度为0．499·cm一，气体渗透速度为4498ml·mm／cm2．hr·mmAq，面电阻率为16．9mO·cm的炭纸，炭纸综合性能最佳。中南大学硕士学位论文摘要(3)采用浸渍模压与CVD复合工艺可在炭纸表面形成连续均匀的热解炭层，增强了纤维与基体的结合，减少了裂纹缺陷，加强了电流的传导。日本东丽炭纸的横向和纵向面电阻分别为O．43Q和O．70Q，自制炭纸的面电阻较小在0．21"-'0．45Q之间，且横向和纵向的面电

5、阻差异小。(4)采用浸渍模压和CVD复合工艺制备了密度为O．58g．cm-3的炭纸，该炭纸在进气湿度较小的环境中使用时电池性能优于日本东丽炭纸。在低进气湿度RH60％的条件下，对应低电流密度为0．5A／cm2时，安装日本东丽炭纸的PEMFC的输出电压为0．67V，安装本实验炭纸的PEMFC输出电压为O．7V；对应高电流密度为2．0A／cm2时，安装日本东丽炭纸的PEMFC输出电压为0．28V，安装本实验炭纸的PEMFC的输出电压为0．38V。关键词质子交换膜燃料电池，化学气相沉积，浸渍模压，面电阻率n中南大学硕士学位论文ABSTRACTProtonexchangemembr

6、anefuelcell(PEMFCs)areattractingconsiderableinterestasaltemativepowersourceforautomotive，stationaryandportableapplicationsduetotheirhi曲powerdensitiesandenvironmentalbenefits．Porousconductingcarbonpaperhasbeenidentifiedasoneofthemostimportantcomponentsinafuelcell．Itnotonlyactsasanelectrolyt

7、eandcatalystsupport，butalsoallowsthediffusionofhydrogenfuelthroughitsfineporosityandSelVeSasacurrent—carryingconductorandaliquidwater-removingchannel．ThereforeresearchanddevelopmentofhighqualitycarbonpaperisofgreatsignificancetoenhancethePEMFC’Sefficiencyandco