Ti3SiC2基燃料電池雙極板復合材料的制備與性能研究.pdf

1、燃料電池因具有能量轉換效率高、低排放、模塊結構簡單及維護檢修方便等優(yōu)點引起了各國政府和學者的重視。雙極板是燃料電池的重要組成部件之一，由于其電導率、成型、機械加工性能以及使用壽命等方面有待改善，生產成本有待降低，所以研發(fā)雙極板新材料成為目前燃料電池產業(yè)化技術中的重要課題。本研究通過熱壓燒結單體粉末制備Ti3SiC2基復合材料，研究燒結工藝和附加添C量對其合成和性能的影響，并加入助燒劑進一步提高雙極板復合材料的性能。期望獲得可用于燃料電池

2、雙極板的復合材料，拓寬其選材范圍，提高性價比。
　　 根據美國能源部(DOE)對燃料電池雙極板的性能要求，對燒結溫度和附加添C量進行優(yōu)選，分析影響Ti3SiC2基復合材料力學性能和電學性能的因素。結果表明:在制備工藝范圍內獲得的復合材料的性能都能夠滿足雙極板的使用要求，最優(yōu)制備參數為燒結溫度1400℃，附加添C量5wt％，此時復合材料的彎曲強度為447.80MPa，電導率為28155.68s·cm-1，腐蝕液處理后彎曲強度和電導

3、率下降8.43％和5.56％，熱震溫差為900℃時，剩余彎曲強度為155.71MPa，在40℃～900℃間其平均線膨脹系數為12.22×10-6K-1，900℃時的電導率為5287.9s·cm-1。
　　 為提高Zi3SiC2基復合材料的性能，提出加入Al作為燒結助劑的方案，研究燒結溫度，保溫時間，附加添C量對復合材料的影響。結果表明，隨著燒結溫度的提高和附加添C量的降低，材料的彎曲強度和電導率增加，而其隨保溫時間表現出先增加后

4、減小的變化趨勢，60分鐘時材料的性能最佳。復合材料的整體性能顯著提高，完全可以用于燃料電池雙極板。對比性能最優(yōu)的不加助燒劑制備的復合材料，優(yōu)選的Al助燒復合材料的彎曲強度提高了107MPa，電導率提高了10812.26s·cm-1，腐蝕液處理后彎曲強度和電導率的降幅分別減小了1.1％和0.41％，熱震溫差為900℃時的剩余彎曲強度高出18.04MPa，在40℃～900℃間材料的平均熱膨脹系數減小了0.23K-1，900℃時電導率提高了6

5、563.82s·cm-1。
　　 對復合材料導電網絡組成的研究表明，隨著Ti3SiC2體積分數的降低，復合材料電導率預估公式計算的電導率下降。Ti3SiC2體積分數較大時，復合材料電導率預估公式計算的電導率的誤差都較小。當Ti3SiC2的體積分數為73.38時，復合材料的未修正的計算值與實際值相差較大。隨著Ti3SiC2體積分數的大幅度減少，未修正的計算值誤差稍有變小而修正后的誤差明顯變大。對電子在復合材料導電通道中運動的研究表