模压和凝胶注模工艺成型碳材料微观结构和性能的研究

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1、上海交通大学博士后士学位论文模压与凝胶注模工艺成型碳材料的微观结构与性能研究姓名：李飞申请学位级别：博士后士专业：工程热物理指导教师：孙宝德;杜朝晖20041201上鼻生馥太案博士右盘站嘏毒镰妻摘要旗予交换貘燃料滚、追(PE氧攥e)终麓薮兴糍滚技术，垮猩寒寒2e年内实瑰商业化成用。PEMFC从发明到现在经过了许多研究工艺和技术上的改进，但若实现工她化还需要克服很多困难。目前，影响其工业化的最大因素是PEMFC的双投投徐强舄赛，终蠢整个毫遮缝懿60％鞋上。嚣就，本摄整戳越终兔硪突耱系，系统研究了采用具有翻烧结特性的中闻相碳微球(McMB)横压和凝胶淀模成型而得到的碳

2、材料的微观结构和性能，为MCMB在燃料电池领域的应用提供了萋毯数攒，验涯了凝胶滢攘工艺套一次建成墅PEMFC取极掇方瑟戆霉学靛；采用理碳烧结工藏，可以在t6004C以下实现MCMB的烧结，得到的碳制品的体积密度达到了1．9Clg／em3，抗折强度超过90MPa，电阻率低于O．03Q．cm，其石墨优发达蘩了25．66％；难MCMB割鑫遴行碳缍缝掺杂，在较低遗凄TfS∞℃≥埋碳烧络，其强度和密度与MCMB烧结体相比衡所下降，而猩较高温度T0600℃)烧结，其强度和密殿则明显增大，这主要归结予高温下碳纤维和MCMB碳化矮褥基体阙器瑟结合魄较紧密，纾缝戆拨塞帮凝袋缘震要港

3、糕较大能量，黧筵力学性能撮商。采用碳化硼、碳化硅晶须、金属钛和镍对MCMB进行了掺杂改性，研究发瑗，这些毒葶辩不仅霹苏不同罄度怒撵寒MCMB旋络俸夔密度、嚣毫纛力学镶憝，而且可蒙祷提高MCMB烧结体的霸摄化度。其中，以金属镍的催化效果溅为明显，而碳化硅晶须对MCMB烧结体的增强效果墩为明显。因此，在采用MCMB佟受覆糕糕终PEMFC双辍援瓣，霹考虑对其邋行掺杂袭毪，淤疆裹双圾援鳃导电性和力学强度。采用凝胶注模工慧，无需机加正而一次性成型了带有气体流道的PEMFC用双援援，势磅交了熊予凝黢注搂裁蘩瓣MCMB浆瓣戆滚交学特圣奎。磺突终莱表明．采粥该工艺得到的碳材料，箕

4、体积密度较模聪成型得到的碳材料低，孔隙率较高，因此为了提高该材料的性能，应对其进行漫渍封孔处理，同时在制备的时候，霹漆嬷篷纯裁，黻捷褰其力学+缓缝彝导电瞧麓。美键词：质子交换膜燃料电池；双极板；中间相碳微球：模聪；凝胶注模上唪置矗土孽博士后^站簟告ABsTRACTABSTRACTProtonexchangemembranefuelcell(PEFMC)willberealizedindustrialproductioninthetwodecades；henceithasplentyofmarket-applicationpotentialsasanewpowerS

5、OUICCtechnology．Manymaterials，processesandtechniquesonPEMFChavebeenimprovedsincePEMFCwasinvented，buttherearemanydifficultiestobesolvedbeforeitisindustriallymanufactured．Currently,thekeyfactorthataffectsthecommercializationofPEMFCisthebipolarplate，whichhasacostofmorethan60％ofthewholePE

6、MFCsmcks．SothebipolarplateofPEMFCistheresearchbackgroundofthispaper．Inthispaper,themicrostructureandpropertiesofcarbonmaterialspreparedbymoldingandgelcastingprocessesusingMCMBasthestartingmaterial，whichhasself-sinteringability,werestudied．ThisresearchwidenstheusageofMCMBinthefieldoffu

7、elcells．Moreover,thefeasibilityofgelcastingprocessforthemanufactureofPEMFCbipolarplatewithoutmachiningisvalidated．TheMCMBgreenbodiescanbesinteredatorunder1600℃incarbonembeddingcondition．Thecarbonartifactshaveadensityof1．90egcm3，bendingstrengthofmorethan90MPaandelectricalresistanceof0．

8、03n．c