质子交换膜燃料电池用炭纸的制备与性能研究

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1、万方数据中图分类号UDCTB3323l硕士学位论文学校代码密级10533质子交换膜燃料电池用炭纸的制备与性能研究Researchonthepreparationandpropertiesoftheprotonexchangemembranefuelcell作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：胡蓉材料科学与工程材料学粉末冶金研究院黄启忠谢志勇答辩委员会主席中南大学2014年4月万方数据学位论文原创性声明hUlllIIllUlIlUlIlllIllIlillIY2684352本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行

2、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教育机构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。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：主8堡日期：兰生年』月三日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部

3、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。导师签名：日期：丝丝年互月￡日万方数据质子交换膜燃料电池用炭纸的制备与性能研究摘要：质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)作为一种多元化、持久化的能源转换装置，已掀起了世界各国的研究热潮。在PEMFC的膜电极中，炭纸是常用的气体扩散层(GasDiffusionLayer,GDL)的基底材料，其结构和性能对PEMFC的性能具有极其重要的影响。本论文以浸渍一模压制备技术为基础，对满足燃料电池要求的

4、炭纸制备作出了新的探索和尝试，并针对石墨化温度对炭纸综合性能的影响做了相关研究。以酚醛树脂为浸渍剂，经浸渍模压工艺制备PEMFC用炭纸。研究了石墨化过程中，温度对炭纸结构及性能的影响。结果表明：随石墨化温度升高，炭纸密度增大，而孔隙度和透气率降低，抗拉强度变低。并且发现，随石墨化温度增加，炭纸石墨化度增加，平面电阻率下降、热导率升高，用经2500℃石墨化处理的炭纸组装燃料电池，以氢气和氧气作燃料和氧化剂，当电流密度为2106mA-cm之时电池输出电压可达0．532V。用端羧基丁腈橡胶(Carboxyl．terminatedModifier,CTBN)改性

5、酚醛树脂为浸渍剂，研究了CTBN含量对炭纸结构和性能的影响。结果表明：随CTBN含量增加，炭纸孔隙率、气透率增加，电池性能提高，电阻率减小，力学性能先增强后减弱。当CTBN含量为30％时，炭纸力学性能最优，其他性能指标为：孔隙率为65．6％，透气率为2130ml·n皿·cm-2．hr-1·mmAq～，电阻率为23．2mQ·cm；抗拉强度为30．14MPa，抗弯强度为68．15MPa，分别高于Toray炭纸17％和21％；当电流密度为2010mA．cm。2时输出电压可达0．513V。并且发现，对于添加CTBN的炭纸，影响其电阻率的主要因素是纤维／基体界面的

6、结合程度。用导电炭黑(ConductiveCarbonBlack，CB)改性酚醛树脂为浸渍剂，研究了CB含量对炭纸结构和性能的影响。结果表明：随CB含量增加，炭纸厚度不变、密度增加，孔隙率、气透率均减小，炭纸抗拉强度先增加后减小，电阻率先减小后增加。当CB含量为6％，电流密度为1156mA·cm。2时输出电压为0．502V，此时抗拉强度和电阻率达最优值，分别为36．82MPa，15．72mQ．cm，比未添加CB的炭纸提高了22．4％和39．8％。图29幅，表8个，参考文献70篇关键词：炭纸；石墨化；改性；性能分类号：TB332TT万方数据Research

7、onthepreparationandpropertiesoftheprotonexchangemembranefuelcellAbstract：Asenergyconversiondevice，protonexchangemembranefuelcell(PEMFC)hasattracttedworldwideattentionduetoitsdiversityandpersistent．AsaimportantcomponentofPEMFC，gasdiffusionlayer(GDL)isusuallymadewithcarbonpaperbeca

8、useofitsstructureandperformancecanmakesi