磨碎碳纖維增強聚苯硫醚-石墨雙極板材料的制備及性能研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)被認為是適應未來能源和環(huán)境要求的理想動力源之一。雙極板是PEMFC的重要組成部分，其成本約占總成本的60％，而高成本正是制約其產(chǎn)業(yè)化的一大障礙。尋找性能優(yōu)良且成本低廉的雙極板新材料和加工方法已成為燃料電池產(chǎn)業(yè)化技術研究中的重要課題。本文中針對現(xiàn)有雙極板成本高的問題，在開發(fā)性能好、價格低廉的燃料電池雙極板材料和工藝方面進行了一些新的探索和

2、嘗試。 根據(jù)美國能源部(DOE)對碳質填料/聚合物復合雙極板材料的性能要求，以彎曲強度及電導率作為重點考慮的性能指標，對聚苯硫醚(PPS)樹脂含量以及成型溫度、保溫時間等模壓工藝參數(shù)進行了優(yōu)選，分析了復合材料力學性能與導電性能的影響因素與影響機理。研究得到：(1)制備PPS/G雙極板材料，應選擇升溫保溫后加壓，冷卻方式應選擇空冷，這樣可以明顯改善PPS/G雙極板材料彎曲強度較低的缺點，顯著提高雙極板材料的綜合性能；(2)在PPS

3、/G雙極板材料的制備中，石墨材料的不同會影響復合材料具體模壓工藝的確定，因此需要對使用的石墨原材料加以確定；(3)通過選用兩種不同的石墨原料以及模壓工藝參數(shù)的優(yōu)化，制備得到的PPS/G雙極板材料的性能達到DOE標準，而且明顯好于國內外已有的關于PPS/G雙極板材料的研究結果。 為進一步提高PPS/G雙極板材料的性能，提出了利用磨碎碳纖維來增強的方案。研究了磨碎碳纖維的表面處理方法及纖維含量對復合雙極板材料性能的影響。研究得到：(

4、1)空氣氧化處理的碳纖維增強PPS/G復合材料，當纖維含量為5％時，復合材料的彎曲強度和電導率最佳，其中復合材料的彎曲強度由52.1MPa提高到57.3MPa，而復合材料的電導率略有降低，由原來的133.9S/cm降低到111.9S/cm；(2)雖然用一定含量液相及氣相氧化處理的碳纖維增強PPS/G復合材料能大幅度提高復合材料的彎曲強度，但同時也使復合材料的電學性能惡化，因此不宜采用這種氧化處理方式來處理碳纖維。 另外詳細研究了