PEMFC聚合物膨胀石墨双极板材料研究课件.ppt

1、PEMFCPEMFC聚合物聚合物/膨胀石墨膨胀石墨双极板材料研究双极板材料研究PEMFCPEMFC聚合物聚合物/膨胀石墨双极板材料研究膨胀石墨双极板材料研究双极板作用及要求双极板作用及要求双极板分类双极板分类聚合物聚合物/膨胀石墨双极板材料在膨胀石墨双极板材料在PEMFCPEMFC领域的应用领域的应用未来目标未来目标小结小结2022-10-1Page 2双极板是双极板是PEMFCPEMFC中的关键组件：中的关键组件：分配燃料气和空气 实现单片电池之间的电的联结 从活性区域带出废热 防止气体和冷却剂的泄漏 促进电池中的水管理 成本：30-45%质量：80%2022-10-1Page 3双极板要求

2、双极板要求 良好的导电导热性能 气体/液体渗透率低 耐腐蚀性能好 适宜的机械强度 质量轻（密度低）、厚度薄 价廉易得 加工工艺简单，适合批量生产 适合各种环境的要求（高/低温）2022-10-1Page 4产业化要求产业化要求双极板材料分类双极板材料分类2022-10-1Page 5主要是指无孔石墨和人造石墨主要是指无孔石墨和人造石墨优点：优点：良好的电导率、热导率良好的电导率、热导率 和化学稳定性和化学稳定性缺点：缺点：工艺复杂、耗时、费用工艺复杂、耗时、费用 高，难以实现批量生产高，难以实现批量生产 优点：优点：良好的机械稳定性、电良好的机械稳定性、电导率和热导率；易于成型，适导率和热导率

3、；易于成型，适合批量生产合批量生产 缺点：缺点：工作条件下易腐蚀或分工作条件下易腐蚀或分解；与电极扩散层（如碳纸）解；与电极扩散层（如碳纸）的接触电阻大；质量较重的接触电阻大；质量较重 结构复合：结构复合：金属板金属板+石墨流场。石墨流场。仍存在腐蚀问题，接触电阻增仍存在腐蚀问题，接触电阻增加。加。材料复合：材料复合：聚合物聚合物+石墨。降石墨。降低电导率，增加接触电阻。成低电导率，增加接触电阻。成本低，适合批量生产本低，适合批量生产几种石墨双极板比较几种石墨双极板比较纯石墨混联石墨膨胀石墨原料来源石油焦/煤焦矿石材料工艺碳化+石墨化低温聚合成型工艺电脑刻绘模压模压后处理精磨典型应用MK5MK

4、8MK9目前成本4-6003-50050-100目标成本4-5002-3003-82022-10-1Page 6膨胀石墨（膨胀石墨（EGEG）的结构及特点）的结构及特点抗腐蚀性高、耐高/低温层状/多孔介质密度低疏水、亲油弹性好，耐冲压资源丰富、价格低廉2022-10-1Page 7膨胀石墨（膨胀石墨（Expanded Graphite）2022-10-1Page 8S.I.Heo et al./Journal of Power Sources 171(2007)396403G.Zheng et al./Carbon 42(2004)28392847树脂树脂/聚合物聚合物石墨材料石墨材料作者作者

5、/组织组织材料特性材料特性聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）膨胀石墨密封圈膨胀石墨密封圈US Patent 4,655,610采用浸渍法，且浸渍在电场中进行，更利于采用浸渍法，且浸渍在电场中进行，更利于PTFE在膨胀在膨胀石墨的孔中沉积石墨的孔中沉积环氧树脂环氧树脂膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒Celzard et al仅仅仅仅1.3%（体积分数）的膨胀石墨就可以达到逾渗阈（体积分数）的膨胀石墨就可以达到逾渗阈Nylon-6膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒Fawn M.Uhl et alPan et al复合材料电导率低复合材料电导率低,其渗域滤值为其渗域滤值为0.75%(vol)苯乙烯苯乙烯(St)和丙烯

6、腈和丙烯腈(AN)膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒Genhua Zheng et al复合材料的层面或层间的电导率都很高，特别是层间电复合材料的层面或层间的电导率都很高，特别是层间电导率，甚至比天然石墨还要高一点。导率，甚至比天然石墨还要高一点。W.P.Wang et al该复合材料无论在该复合材料无论在c轴方向，还是轴方向，还是a轴方向都有着优越的轴方向都有着优越的导电性能导电性能聚苯乙烯聚苯乙烯膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒J.F.Zou et al该材料有着高的电导率和低的逾渗阈该材料有着高的电导率和低的逾渗阈P.Xiao et al材料有着良好的热稳定性材料有着良好的热稳定性芳香族聚二硫化物芳香族聚

7、二硫化物膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒L.N.Song et al可加短碳纤维增强，机械性能要好于未加强的材料，但可加短碳纤维增强，机械性能要好于未加强的材料，但导电性能略微下降，综合性能良好，可作为导电性能略微下降，综合性能良好，可作为燃料电池双燃料电池双极板的材料极板的材料聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒W.G.Zheng et al与未经处理的石墨和传统的炭黑材料相比，膨胀石墨与与未经处理的石墨和传统的炭黑材料相比，膨胀石墨与聚甲基丙烯酸甲酯形成的复合材料的逾渗阈最低。聚甲基丙烯酸甲酯形成的复合材料的逾渗阈最低。聚糠醇聚糠醇膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒Celza

8、rd et alMarta Krzesiska、Nicolas Pisaroni,经加热分解、活化后作为催化剂的支撑物或吸附剂经加热分解、活化后作为催化剂的支撑物或吸附剂醇溶性清漆醇溶性清漆压缩膨胀石墨颗粒压缩膨胀石墨颗粒Marta Krzesiska、Nicolas Pisaroni,经加热分解、活化后作为吸附剂经加热分解、活化后作为吸附剂聚氯乙烯聚氯乙烯膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒Guo-Hua Chen et al聚丙烯（聚丙烯（PP）膨胀石墨颗粒膨胀石墨颗粒Chen XM et al 李侃社等李侃社等2022-10-1Page 9聚合物/膨胀石墨材料应用 复合材料加工流程复合材料加工流程2

9、022-10-1Page 10G.Zheng et al./Carbon 42(2004)283928472022-10-1Page 11E.A.Cho et al./Journal of Power Sources 125(2004)17818290%90%石墨粉10%10%不饱和聚合物聚合物/石墨可以作为双极板的候选材料复合双极板单池测试复合双极板单池测试2022-10-1Page 12X.Yan et al./Journal of Power Sources 160(2006)252257环氧树脂/膨胀石墨材料的导电性和接触角能够满足PEMFC双极板要求!复合双极板电堆测试复合双极板电堆

10、测试2022-10-1Page 13X.Yan et al./Journal of Power Sources 160(2006)2522571KW1KW电堆电堆10KW10KW电堆电堆PSAN/EGPSAN/EG复合材料导电性复合材料导电性2022-10-1Page 14W.P.Wang et al./Journal of Physics and Chemistry of Solids 66(2005)16951700交联结构决定良好导电性SCFSCF增强复合材料强度增强复合材料强度2022-10-1Page 15L.N.Song et al./Materials Chemistry and Physics 93(2005)122128提高抗弯强度良好的导电性满足PEMFC要求未来目标未来目标2022-10-1Page 16未来目标未来目标2022-10-1Page 17小结小结膨胀石墨材料由于其密度小、抗腐蚀、耐冲压、资源丰富、价格低廉等优点被公认为PEMFC双极板良好的备选材料；聚合物/膨胀石墨材料由于其成本低、适合批量生产，同时导电性能和机械强度也能够基本满足PEMFC的要求，已经逐步应用在PEMFC电堆中；未来的一段时间内仍需进一步研究复合双极板材料，以期提高其强度，降低电阻率，减小厚度，降低成本。2022-10-1Page 18