燃料電池氣體擴散層用碳纖維紙的研制.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)是目前最有發(fā)展前景的清潔能源，是目前世界上研究熱度最高的燃料電池。氣體擴散層是質子交換膜燃料電池中的重要組件，起到支撐催化劑層，提供反應氣體、生成水的重要傳質通道，同時還要起到傳輸電能的作用。高性能碳纖維紙是目前應用最廣泛的氣體擴散層基底材料，國外已經實現(xiàn)商業(yè)化生產，而我國尚沒有實現(xiàn)。碳纖維紙的發(fā)展已經成為制約我國自主開發(fā)質子交換膜燃料電池的障礙之一，我國急需生產出具有自主知識產權的高性能碳纖維紙，以滿足

2、制造燃料電池的需求。 本文針對這一問題，采用國產碳纖維氈片為原料，制備高性能的氣體擴散層用碳纖維紙。通過研究確定了制備碳纖維紙的各項工藝條件對碳纖維紙結構與性能的影響，開發(fā)了直接浸漬樹脂-碳化、預處理后浸漬樹脂-碳化、納米管改性碳纖維紙三種制備工藝路線；詳細論述了各個工藝方法的優(yōu)缺點，確定預處理后浸漬樹脂-碳化工藝是制備碳纖維紙的最佳工藝方法，并確定該工藝方法中各項最佳的工藝參數(shù)，為連續(xù)化生產提供了寶貴的數(shù)據。利用分形維數(shù)的方法

3、表征了碳纖維紙的微觀結構，為碳纖維紙進一步的改進提供依據。具體的研究成果如下： 通過實驗研究得出碳纖維紙中短切碳纖維同樹脂碳的最佳體積比為1：0.7；模壓工藝參數(shù)為：模壓壓力1-3MPa；模壓溫度140-170℃；固化時間20-30min；確定預處理后浸漬樹脂-碳化工藝為制備碳纖維紙的最佳工藝。所得碳纖維紙的性能：厚度0.30mm，密度0.42g/cm<'3>，孔隙率77％，透氣率2800 mL·mm/(cm<'2>·hr·mm

4、Aq)，拉伸強度18MPa；對碳納米管進行表面處理，處理液為濃H2804與濃HN04混合液，混合比為3：1。經表面處理后的碳納米管在酚醛樹脂乙醇溶液中分散良好。利用經表面處理后碳納米管改性的碳纖維紙的性能：厚度0.30mm，密度0.42 g/cm<'3>，孔隙率77％，透氣率2400mL·mm/(cm<'2>·hr·mmAq)，拉伸強度13MPa；采用分形維數(shù)的方法對碳纖維紙進行表征。自制碳纖維紙和日本Toray公司生產的碳纖維紙的分形