基于pem燃料电池蠕虫石墨树脂复合双极板的研究

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1、天津大学硕士学位论文PEM燃料电池蠕虫石墨/树脂复合双极板的研究姓名：潘朝光申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王宇新20031201摘要聚合物膜燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接、连续地转变成电能的发电装置。它与热机或充电电池等比较，具有能量转化效率高、可靠性强、高的质能比、清洁、易启动、无噪音、低辐射、隐蔽性强、模块化结构等一系列优点。、聚合物膜燃料电池中的双极板向膜电极分配燃料和氧化剂并串连相邻单电池，是重要部件之一。高电导和气密性是双极板材料需有的基本性能。目前质子交换膜燃料电池的极板材料主要有两种：一种是石墨或碳板，可以机

2、加工，其优点较明显，电阻小，耐腐蚀性强，质量轻等；但其缺点也很明显，费用高且强度差。另一种是金属板(不锈钢板)，优点是成本低、强度大、易成型、体积小，缺点是耐腐蚀性差一些，质量大。复合双极板结合了石墨板和金属板的优点，具有耐腐蚀、体积小、质量轻、强度高等特点，应该是将来发展的趋势。本文中我们按照用廉价的天然石墨和聚丙烯复合制备双极板的构思，进行了与材料和工艺两方面相关的基础研究。论文首先从材料入手研究了聚丙烯的粒径、熔体流动指数，膨胀石墨的粒径等因素对复合板的导电及阻气性能的影响，并且寻找到一种使膨胀石墨可以与聚丙烯复合制板的机械处理方法。本文还

3、分别验证了加热温度、恒温时间、成型压力、冷却成型压力、聚丙烯混合均匀程度等工艺条件对复合板导电和阻气性能的影响，并且通过正交实验综合考察了恒温温度、恒温时间、成型压力、冷却成型压力及其交互作用与聚丙烯熔体流动指数等因素对复合板导电与阻气性能的影响程度的大小以及显著程度。使用体式显微镜，扫描隧道电子显微镜，金相显微镜等辅助实验手段对所制复合板的断面及表面形貌进行了观察，基本确定了聚丙烯在复合过程中的流动及分布，石墨颗粒的排布情况以及工艺条件对复合板影响的作用机理。研究突破了传统的以鳞片石墨为主的复合板工艺，首次将膨胀石墨作为基材制备了复合板，并得到

4、了阻气性能略优于柔性石墨板，电导率高于柔性石墨板的复合材料，并且成本将远低于硬质石墨板，这将为燃料电池双极板的材料研究提供新的思路并且为提高质子交换膜燃料电池的竞争力和走向实用化奠定基础。关键词：双极板，蠕虫状石墨，可膨胀石墨，聚丙烯，燃料电池ABS’l‘RAC。I’PEMFCisanelectricaldevicewhichdirectlyconvertschemicalenergyoffuelandoxidanttoelectricity．Comparedwithheatengineandrechargeablebattery,ithasas

5、eriesofmerits，suchashighefficiencyofenergytransform，highdependability,highenergydensity,lowemission，easytostart，lownoise，lowradiation，strongdisguiseandmodularizedslaⅥcture，etc．Bipolarplateisoneoftheimportantpartsinfuelcellswhichdistributesfuelandoxidanttothemembraneelectrodea

6、ndprovideselectricallyconnectionbetweenneighboringsinglecells．Hi曲conductivityandgastightnessarethebasicrequirementsforbipolarplatematerials．AtpresenttherearemainlytwokindsofbipolarplateinPEMFC：graphiteandmetal．Graphitebipolarplateismadeviamachinetooling，ithashighconductivitya

7、ndiss扭ongtycorrosion-resist，Withshortcomingsincludinghighcostandpoormechanicalstrength．MetalbipolarplateusuallyhashighmechanicalstrengthandCanbemademuchthinner,butspecialmeasureshavetobetakentopreventmetalfromcorrosionandyetmaintainingitshi曲conductivity．Compositebipolarplates

8、combiningthemeritsofgraphiteandmetalshouldbeawendinthefuture，asindic