燃料電池?cái)U(kuò)散層用碳布的制備工藝研究.pdf

1、燃料電池以高效、清潔的供電方式備受關(guān)注，更以穩(wěn)定的供電能力逐步成為重要的供能方式。燃料電池?cái)U(kuò)散層是影響電池性能的關(guān)鍵部件，其主要作用有:支撐催化劑和膜結(jié)構(gòu);均勻分布?xì)怏w;支撐整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，擴(kuò)散層又是氣體、電子和產(chǎn)物水的通道。目前，燃料電池?cái)U(kuò)散層所使用的碳紙脆性較大，缺乏柔性，在安裝和使用過程中容易受損，不易安裝而且降低了燃料電池的使用壽命。非織造布雖具有一定的柔性，但其制備工藝復(fù)雜，開孔孔隙率較大，需填充其他材料才能達(dá)到使用要求，導(dǎo)致

2、了成本的增加。而現(xiàn)有的碳纖維布以機(jī)織物為主。這種機(jī)織物結(jié)構(gòu)疏松、厚度不均勻，并且在平面方向上易伸縮而缺乏尺寸穩(wěn)定性，從而不易安裝難以制成電極。
　　 對(duì)此，本文提出使用具有柔性的紡織布來(lái)制作用于氣體擴(kuò)散層的碳布。以六種常見的有機(jī)纖維布為原料，研究了炭化/石墨化工藝對(duì)碳纖維布性能與結(jié)構(gòu)的影響，采用熱重分析儀、厚度儀、微歐計(jì)、掃描電子顯微鏡對(duì)原料布及所得碳布的性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，人造棉和棉布經(jīng)過炭化、石墨化后厚度適中，具

3、有較低的電阻率，適于制備燃料電池所用的柔性擴(kuò)散層材料;真絲具有較低電阻率的同時(shí)厚度較低，有望成為超薄擴(kuò)散層的原料。
　　 為提高制品的收率，以磷酸氫二銨為浸漬劑對(duì)人造棉進(jìn)行處理，探討了浸漬劑處理對(duì)炭化收率的影響，并從碳布的厚度、密度，導(dǎo)電能力、拉伸強(qiáng)度、滲透率以及微觀結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究。結(jié)果表明，磷酸氫二銨的存在改善了有機(jī)纖維布的熱行為，提高樣品炭化收率的同時(shí)使其電阻率降低，經(jīng)過(NH4)2HPO4的浸漬，碳布的炭化收率從11.

4、3％提高到31.3％;電阻率有明顯下降，石墨化后碳布的電阻率降為0.068Ω·cm;斷裂伸長(zhǎng)率為14.7％。同時(shí)具有良好的透氣性能和一定的強(qiáng)度，可用于燃料電池氣體擴(kuò)散層材料。
　　 為了進(jìn)一步提高樣品的性能，以磷酸氫二銨改性人造棉為基體材料，酚醛樹脂為改性劑，經(jīng)噴涂、炭化工藝制備燃料電池?cái)U(kuò)散層材料用碳布。研究了酚醛樹脂含量對(duì)碳布強(qiáng)度、電阻率、厚度和密度的影響，并通過XRD譜圖和SEM圖片對(duì)碳布進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，探討了酚醛樹脂對(duì)碳