以酚醛樹脂與石墨粉料為原料,通過熱模壓成形得到一種質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板材料。研究了酚醛樹脂含量、石墨粒徑和固化溫度對復合材料導電性能與彎曲強度的影響。結(jié)果表明:隨酚醛樹脂含量的增加,導電性能降低,強度升高;隨石墨粒徑的增大,復合材料的導電性能和彎曲強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;隨固化溫度的增加,導電性能出現(xiàn)明顯波動,而彎曲強度呈先增大后減小的趨勢;酚醛樹脂質(zhì)量分數(shù)為15%,石墨顆粒粒徑為105 Um,固化溫度為240°C時,導電復合材料的電導率和彎曲強度可達142 s/cm,61.6 MPa。
質(zhì)子交換膜燃料電池由于其能量轉(zhuǎn)化率高、污染小,排放二氧化碳少等諸多因素,備受各國政府與科學家的重視,被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電裝置。燃料電池中最主要元件是雙極板,其費用要占質(zhì)子交換膜燃料電池成本的60%~70%。按照極板材料的不同,雙極板可以分為石墨雙極板、金屬雙極板和復合雙極板,而其中用石墨與聚合物制作雙極板是目前的一個主要研究方向。美國能源部(DOE)對這類雙極板材料的性能提出了一系列的要求,其中最主要的性能指標是:電導率大于100 S/cm,彎曲強度大于50 MPa。
目前的研究中,往往采用黏滯態(tài)酚醛樹脂同石墨粉末進行混捏,然后進行模壓成型的工藝。 這種工藝過程復雜,并且物料混合均勻性差,使復合材料性能偏低。為提高復合材料的性能,筆者采用粉體酚醛樹脂與石墨作為原料,利用球磨機進行機械法混合,不僅工藝簡單,而且混合得更為均勻,可以有效地提高復合材料的性能。同時,筆者研究了酚醛樹脂含量、石墨粒徑以及固化溫度對復合材料
性能的影響,以期得到制造復合材料的最佳工藝。
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