质子交换膜燃料电池薄型石墨双极板研究
质子交换膜燃料电池催化剂的研究
质子交换膜燃料电池催化剂的研究一、综述质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效的能源转化设备，在便携式电子设备、电动车辆和固定式电站等领域有着广泛的应用前景。
其催化剂的性能是影响电池性能的关键因素之一，因此开发高效、稳定的催化剂对于提高PEMFC的性能至关重要。
质子交换膜燃料电池的催化剂主要分为阳极和阴极两种类型。
阳极催化剂主要负责氧化有机物质，将电子传递到外部电路；而阴极催化剂则负责回收质子，将电子传递到氧气。
市场上的PEMFC催化剂主要是铂基催化剂，但由于其价格昂贵和对硫等毒物的敏感性，限制了其在大规模应用中的推广。
为了提高催化剂的安全性和稳定性，研究者们从多方面进行了深入研究。
在催化剂载体方面，通过改变载体的物理性质，如孔径分布、比表面积等，可以有效地调节催化剂的电子结构和活性位点分布，从而提高催化剂的性能。
在催化剂的组成方面，除了进一步提高铂基金属纳米粒子的分散度和稳定性外，还可以通过引入其他金属元素或非金属元素来优化催化剂的组成，以达到提高催化活性和稳定性的目的。
新型催化材料的探索也是当前研究的热点之一。
一些非铂催化剂，如过渡金属硫族化物、氮化物等，因其具有与铂类似的催化活性和良好的储氧能力，引起了广泛的关注。
虽然这些新型催化材料的制备方法、催化机理和性能等方面还存在一定的问题，但随着研究的深入，有望成为新一代的PEMFC催化剂。
通过对质子交换膜燃料电池催化剂的综述，我们可以看到催化剂的性能直接影响到电池的性能和安全。
发展高效、稳定、安全的催化剂是PEMFC领域的重要研究方向。
随着新材料、新方法的不断涌现，我们有理由相信质子交换膜燃料电池的催化剂将会取得更大的突破，为推动能源转换和环境保护做出更大的贡献。
1.1 燃料电池简介当前，在众多研究和应用领域中，PEMFC主要被应用于交通运输工具（如汽车、公共汽车和卡车等）以及便携式电源（如笔记本电脑、手机和摄像机等产品）。
PEMFC的核心组件包括阳极、阴极和质子交换膜。
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展摘要质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。
该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发，系统总结了相关研究进展。
首先根据燃料电池的市场需求，分析了应用金属双极板的优势；对金属双极板及其涂层导电性和耐久性的典型测试方法进行了讨论，并对近期文献中出现的多种涂层进行了评价，发现除合金涂层外大部分涂层能满足美国能源部2020目标。
如图１所示，PEMFC 的工作环境恶劣：高湿度、高电势、温度分布不均匀。
同时，PEMFC的工作状况复杂，在实际的车辆应用中，燃料电池主要经历４种工况：启/停工况、怠速工况、高负载工况和变载工况。
工况的变化可能会导致反应气体不足，而反应气体不足和启/停工况则会带来高电势。
此外，PEMFC在运行中偶尔也会发生控制故障，导致膜的干燥或水淹现象发生。
研究燃料电池工作环境和工作状况下金属双极板的导电性和耐久性至关重要。
图1 PEMFC工作环境及工作状况对金属双极板的影响本文聚焦于金属双极板及其涂层的导电性和耐久性，综述了相关研究进展。
首先简要概述了近年来PEMFC电堆的产品市场，并根据燃料电池制造商的选择指出了研究金属双极板及其涂层的重要性，对涂层进行了分类；然后，讨论了测试方法，对涂层进行了比较；接下来揭示了工作环境和工作状况对金属双极板及其涂层的导电性和耐久性有显著影响，阐述了各因素所造成的影响，最后提出了未来的研究方向。
１、双极板的类型与涂层双极板是PEMFC电堆的重要组件，约占整体70％的质量和30％的价格。
根据双极板材料的不同可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。
石墨及其复合材料脆性大、渗气性高、成本较高，相比之下,金属双极板强度更高，具有更好的成形性、抗冲击性和较低的渗气性。
图２整理了部分国内外制造商的车用PEMFC电堆的体积功率密度及其双极板类型。
质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述
2021年第5期刘颖1,2赵洪辉1,2盛夏1,2潘兴龙1,2（1.中国第一汽车股份有限公司研发总院，长春130013；2.汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春130013）【摘要】质子交换膜燃料电池（PEMFC ）的发展显示出了它成为清洁、高效和可靠电源的潜力。
双极板（BP ）作为PEM⁃FC 的关键部件之一，具有提供电气连接、输送反应气体、消散反应热、去除副产物的作用，但也是制约PEMFC 成本的主要因素之一。
根据双极板材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板，本文综述了双极板材料(金属、无孔石墨和复合材料)及其制备工艺。
其中，金属双极板因其优异的机械和物理性能，与无孔石墨及复合材料相比具有较强的成本优势，在乘用车应用中备受关注，但其制造工艺和耐腐蚀性是金属双极板的主要关注点。
未来，开发出优良的耐蚀性和导电性涂层或新型的双极板金属材料将极大地促进PEMFC 在乘用车领域的应用。
主题词：质子交换膜燃料电池双极板石墨金属复合材料中图分类号：U469.72+2;U473.4文献标识码：ADOI:10.19822/ki.1671-6329.20200237Review on Materials and Preparation of Proton Exchange MembraneFuel Cell Bipolar PlatesLiu Ying 1,2,Zhao Honghui 1,2,Sheng Xia 1,2,Pan Xinglong 1,2（1.General Research and Development Institute,China FAW Corporation Limited,Changchun 130013;2.State KeyLaboratory of Comprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise &Safety Control,Changchun 130013）【Abstract 】The development of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)shows its potential to become aclean,efficient,and reliable power source.Bipolar Plates (BP),as one of the key components of PEMFC,provide electricalconnections,transport reaction gases,however,the functions of dissipating reaction heat and removing by-products are also the main factors restricting the cost of PEMFC.BP can be divided into metal BP,graphite BP and composite BP according to different materials.This article reviews BP materials (metal,non-porous graphite and composite materials)and theirpreparation methods.Among them,the metal BP has a strong cost advantage compared with non-porous graphite and composite materials due to its excellent mechanical and physical properties so that it has attracted much attention in passenger car applications.While the main focus of the polar plate is its manufacturing process and corrosion resistance.Inthe future,the development of excellent corrosion resistance and conductive coatings or new BP metal materials will greatly promote the application of PEMFC in the passenger car field.Key words:Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC),Bipolar plates,Graphite,Metal,Composite material【欢迎引用】刘颖,赵洪辉,盛夏,等.质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述[J].汽车文摘,2021(5):48-54.【Cite this paper 】Liu Y,Zhao H,Sheng X,et al.Review on Materials and Preparation of Proton Exchange Membrane Fuel Cell BipolarPlates [J].Automotive Digest (Chinese),2021(5):48-54.质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述*1前言为了缓解由化石燃料燃烧导致的环境污染和温室效应的问题，急需新型清洁能源的开发[1]。
团体标准 质子交换膜燃料电池模压石墨双极板用碳粉技术要求
团体标准质子交换膜燃料电池模压石墨双极板用碳粉技术要求以下是一份可能的“团体标准质子交换膜燃料电池模压石墨双极板用碳粉技术要求”的草案，仅供参考：1. 范围本标准规定了质子交换膜燃料电池模压石墨双极板用碳粉的技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
本标准适用于质子交换膜燃料电池模压石墨双极板用碳粉。
2. 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
3. 术语和定义下列术语和定义适用于本文件：质子交换膜燃料电池PEMFC：一种燃料电池，使用质子交换膜作为电解质，能够将化学能转化为电能。
模压石墨双极板 Monolithic Graphite Double Plate：一种燃料电池双极板，由石墨材料模压而成，具有较高的机械强度和导电性能。
碳粉 Carbon powder：用于制备模压石墨双极板的粉末状碳材料。
4. 技术要求外观碳粉应为黑色粉末，无明显的杂质和颗粒物。
粒度分布碳粉的粒度分布应满足一定的要求，以确保模压石墨双极板的性能。
粒度分布应符合附录A的规定。
纯度碳粉的纯度应不低于99%。
松装密度碳粉的松装密度应不小于/cm³。
流动性碳粉的流动性应满足一定的要求，以确保模压过程的顺利进行。
流动性应符合附录B的规定。
5. 试验方法外观目视法检查碳粉的外观。
粒度分布按照附录C的规定进行碳粉粒度分布的测定。
纯度按照附录D的规定进行碳粉纯度的测定。
松装密度按照附录E的规定进行碳粉松装密度的测定。
流动性按照附录F的规定进行碳粉流动性的测定。
质子交换膜燃料电池的研究开发及应用新进展
收稿日期:2002201207 作者简介:王凤娥(1972—),女,内蒙古自治区人,工程师,硕士,主要研究方向为信息调研。
Biography :WAN G Feng 2e (1972—),female ,engineer ,master.质子交换膜燃料电池的研究开发及应用新进展王凤娥(北京有色金属研究总院,北京100088)摘要:介绍了国内外研究质子交换膜燃料电池的整体现状及水平,从电催化剂、膜电极及其制备工艺、质子交换膜以及双极板等几个方面,综述了质子交换膜燃料电池在材料及部件方面取得的成绩及研究现状,概述了质子交换膜燃料电池目前在电动车、船舶、移动电源等方面的应用情况。
提出了我国质子交换膜燃料电池的发展方向。
关键词:质子交换膜燃料电池;电池材料;部件;研究开发中图分类号:TM 911.4 文献标识码:A 文章编号:10022087X (2002)0520383205State 2of 2arts of re search ,development and application ofproton exchange membrane fuel cellWAN G Feng 2e(General Research Instit ute f or Non 2f errous Metals ,Beiji ng 100088,Chi na )Abstract :Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC )is the clean energy with high efficiency.It has wide ap 2plication prospect in stationary power supply ,portable power supply ,special power source for military ,and es 2pecially in electric vehicle (EV )as driving power.The comprehensive state 2of 2arts of research on PEMFC at home and abroad are introduced according to the R &D about it in recent years.The advances and status of re 2search on materials and assemblies for PEMFC are also reviewed from the point 2of 2view of electrocatalyst ,mem 2brane electrode and its fabricating technology ,proton exchange membrane ,current collector ,etc.Moreover ,the application status of PEMFC in EV ,ship and portable power supply is summarized ,and the developing trend of PEMFC in China is presented.K ey w ords :proton exchange membrane fuel cell (PEMFC );material of fuel cell ;assembly ;R &D 燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂之间的化学能通过电极反应直接转化成电能的装置。
质子交换膜燃料电池双极板累积成形研究
ｐ ｏ ｏｎ ｅ ｃ ａ ｇ ｍｂ ａ ｅ ｒ ｔ ｘ ｈ ｎ ｅ ｍｅ ｒ ｎ
ＷＡ ＧＪ ｇｊ ｇ ＷＡ Ｇ Ｙ ｎ Ｄ Ｎ ｈ ｎ ，Ｈ ＮＧＹ ａ － ｕ ｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｋ ｉＹ Ａ ｕ － ｉｇ Ｎ ｉ －ｉ ， Ｎ ｕ ， Ｉ Ｇ Ｓ ｅ ｇＺ Ａ ｕ ｎ ｙａ ， Ｈ Ｎ ａ， Ｕ Ｎ Ｇ ｏ ｄｎ ｎ ｎ
ｖｔ ｏ ｐ ｎｎ Ｐ ＭＦ ａ ｅｅｔｔｅｃｓｐ ｆ ｒ ｎｃ ｔｅｂ ｔｒ． ｎｗ ｍ ｔｏ ａｃｍ ｌｉｅ ｉｌ ｍ ｏｅｔｏ Ｅ Ｃｔｔ ｆ ｃ ｈ ｏｔ ｅ ｏｍａ ｅｏ ｈ ａｅｙ ｅ ｅｈｄｏ ｃｕ ｕａ ｖ ａｃ ｓｆ ｈ ｆ ｓ ｆ ｔ Ａ ｆ ｔ
ｆ ｒ ｎ ｃｏｂ ｏ ｒ ｌ ｅｉ ｉｔ ｄ ｃｄ傩 ｗ ｌ ａ ｉ ｏｋｎ ｒ ｃ ｌＢ ｓｄｏ ｈｓｔｅＡ Ａ Ｕ ｏｍｉ ｏ ｍｉ ｉ ｌ ａ ｓ ｎｒ ｕ ｅ ｇｆ ｒ ｐ ａ ｐｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ｗ ｒｉｇｐ ｉ ｉ ｅ ａｅ ｎ ｔｉ， Ｂ Ｑ Ｓ ｌ ｓ ｎｐ ． ｈ
【 ｂｔ ｃ】 ｏｇ ｉｅ ｎ ｃｍ ｏｅｔｏｆｅｃｌ ， ｅ ｉ ｌ ａ ｓ ａｅ ｈ ｎｔ ｎ ｏ ｏ ｉ Ａ ｓ ａｔ Ａ ｎ ｆ ｒ ｔ ｏ ｐ ｎｎ ｕｌ ｅｓｔ ｐ ａｐ ｔ ｖ ｅ ｕ ｃｏｓ ｆ ｓｌ ｎ ｒ ｍ ｄ ｅ ｓｆ ｌ ｈ ｂ ｏ ｒ ｌｅ ｈ ｔ ｆ ｉ ｉ ａ ｇ ｔ
（ｃ ｏｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇＪ ｎｓ ｎｖ ｒ ｔ，ｈ ｎｉ ｇ２ ２ １ ， ｈｎ ） Ｓ ｈｏ ｈ ｎｃ ｇｎ ｅｉ ， ａ ｇｕＵ ｉ ｓ ｙＺ ｅｊ ｎ １ ０ ３ Ｃ ｉａ ｏ Ｍｅ ａＥ ｎ ｉ ｅｉ ａ
【 摘
要】 质子交换膜燃料电池双极板是关键部件之一 ， 具有 ｄ ｗ ｉ ｓｌ ｈ ｗ ｔａ ｔｅｃ ａｇ ｈ ｈｃ ｎｓ ｏ ｅ ｔ ｔｌ ｓｌ ｓｔｅｃ ｎｒｒ ｈｐ ｂａ ｅ ，ｈｃ ｒ ｕｔ ｓｏ ｔ ｈ ｈ ｎｅｏ ｅｔｉｋ ｅｓｆ ｓ ｅ ｍｅ ｕ ｅ ｈ ｏ ｔ ｙＵ ｓ ａ ｅ ｉ ｈｅ ｓ ｈ ｆｔ ｈ ａａ ｎ ｓ ａ
质子交换膜燃料电池实验报告
质子交换膜燃料电池实验报告一、实验目的本实验旨在研究质子交换膜燃料电池的性能及其应用，通过实验掌握质子交换膜燃料电池的工作原理、构成和性能测试方法，为未来的燃料电池应用提供实验依据。
二、实验原理质子交换膜燃料电池是一种基于氢气与氧气反应产生电能的新型能源装置。
其工作原理是将氢气流经阳极，同时将空气或纯氧气流经阴极，在阳极上发生氢化反应产生质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，与阴极上的电子和空气或纯氧发生还原反应生成水和电能。
其中，质子交换膜扮演着关键角色，它可以选择性地传递正离子而阻止其他离子通过。
三、实验步骤1.准备好所需材料：质子交换膜燃料电池组件、液态水、加热器、温度计等。
2.将液态水注入质子交换膜燃料电池组件中。
3.将质子交换膜燃料电池组件连接到加热器和温度计上，调节加热器的温度使其达到适宜的工作温度范围。
4.连接电路，打开电源，记录并分析质子交换膜燃料电池的输出电流、输出电压、功率等参数。
5.根据实验数据分析质子交换膜燃料电池的性能，包括效率、稳定性等指标。
四、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了质子交换膜燃料电池在不同工作条件下的输出电流、输出电压、功率等参数。
根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.随着温度升高，质子交换膜燃料电池的输出功率有所提高。
这是因为在较高的温度下，氢气和氧气反应速率加快，反应产生的能量也更多。
2.在相同工作条件下，使用纯氧气作为阴极气体比使用空气能够产生更高的输出功率。
这是因为纯氧气中含有更多可用于反应产生能量的氧分子。
3.质子交换膜燃料电池的效率随着输出功率的提高而降低。
这是因为在高功率输出时，部分能量会被转化为热能而无法转化为电能。
4.质子交换膜燃料电池具有较好的稳定性，经过长时间运行后仍能保持较高的输出功率。
五、实验结论通过本次实验，我们深入了解了质子交换膜燃料电池的工作原理和性能表现。
实验结果表明，在适宜的工作条件下，质子交换膜燃料电池具有较高的效率和稳定性，具有广阔的应用前景。
质子交换膜燃料电池电催化材料研究综述
质子交换膜燃料电池电催化剂的研究综述[摘要] 概述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及电催化剂的特殊性质，总结了近年来的相关研究资料，综述了质子交换膜燃料电池用催化剂在国内外研究现状及目前的研究热点。
归纳了近年来提高催化剂稳定性的改进方法，包括改变合金组成、选择高稳定性催化剂载体、制备新型催化剂材料；最后提出了该催化剂材料研究中存在的问题和今后的发展方向。
[关键词] PEMFC；催化剂；载体；性能衰减；稳定性1.引言随着全球能源的减少以及环境恶化的加剧,开发环保的新能源逐渐引起了人们的广泛关注。
燃料电池(FuelCell)因具有高效、环保、燃料来源广及可靠性高等优点成为各国研究的热点。
燃料电池是一种能直接将存储在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的电化学装置。
而其中的质子交换膜燃料电池(PEMFC)除了具备燃料电池一般的特点之外，还具有可室温快速启动、无电解液流失、无腐蚀、寿命长、比功率与比能量高、重量轻、体积小等突出特点[1]。
无论是PEMFC还是其它类型的燃料电池，其关键材料与部件都包括电极、电解质隔膜与双极板三部分。
电极是其核心组成部分，而电极性能是由电催化剂性能、电极材料与制作工艺来决定的。
其中，电催化剂的性能又决定着电流密度放电时的电池性能、运行寿命及成本等[2]。
所以，电催化剂的性能是关系到PEMFC能否真正走向商业化的重要因素，制备出性能优异、成本低、稳定性好的电催化剂将会有力促进PEMFC走向商业化，最终为发电技术开辟新的途径。
2 .质子交换膜燃料电池及其电催化材料质子交换膜燃料电池(PEMFC)也称固体聚合物电解质燃料电池。
以高分子聚合物为电解质，以Pt/C或Pt-Ru/C为电催化剂，以氢气或催化重整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，以带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板的一种燃料电池，低温燃料电池单体主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外电路，如图1所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｉｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ—ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ
ＬＵＯ Ｘｉａｏ－ｋｕａｎ”，ＨＯＵ Ｍｉｎｇ：，ＦＵ Ｙｕｎ．ｆｅｎ９１，ＨＯＵ Ｚｈｏｎｇｄｕｎ’，ＭＩＮＧ Ｐｉｎｇ—Ｗｅｌｌｌ，ＹＩ Ｂａｏ－ｌｉａｎ。 （１．Ｓｕｎｍｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．．Ｌｔｄ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｌ １６０２５，Ｃｈｉｎａ；
本文通过用有机硅树脂对高分子环氧树脂及线型酚醛 树脂进行改性后和导电材料膨胀石墨制作复合材料，然后将 复合材料采用模压制作双极板，由于有机硅树脂添加．使复合 材料伸长率大大提高，就可以用很薄复合材料模压制作双极 板，选择添加合适比例的有机硅树脂，树脂在固化后的复合材 料强度几乎没有受到影响，因此可制作成薄型石墨双极板。其 厚度几乎可达到薄金属双极板的厚度。用此薄型石墨双极板 组装ＰＥＭＦＣ电池组，可明显减轻电池组的质量及减小其体 积。
双极板的电阻，如图６。
由图６可看出，由于石墨双极板中添加了树脂，薄型石墨
双极板的电阻比纯石墨双极板的电阻微微的大一些，以电池
运行时电流密度为０．５ Ａ／ｃｍ２计算，其增加的内部电压降为
Ｏ．５ｘ ４＝２ ｍＶ，其增加的内部电压降可忽略不计，由此可得出，
图６两种双极板的电阻 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅｓ 就电阻而言。薄型石墨双极板完全适合ＰＥＭＦＣ运行。 （２）双极板表面憎水性的测量 双极板的表面是否具有憎水性对于电池组能否稳定，长 时间地放电具有很强的影响，特别在大电流放电的过程中，电 池阴极会有大量的生成水产生，为使生成水有效地排出。双极 板的表面就要具有一定的憎水性。测量薄型石墨双极板与纯 石墨双极板的表面接触角，如图７。
通人氦气和氧气，测量分析透氧量。测试装置如图２。 （４）用双极板组装电池进行稳定性测量 将制作的双极板组装电池，采用实验室的燃料电池测试
实验平台，选择一定条件，进行长时间的运行，测试双极板的 稳定性，实验流程简图如图３。
１．氢气瓶：２、１３．流量计：３、１２．干燥器；４、１１．针型阀； ５、１０．增湿罐；６．电池；７、８、９＃ 姐 州
图２ 透气量测量实验装置 Ｆｉｇ．２ Ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｏｓｍｏｓｉｓ
万方数据
０．０
Ｏ．５
１．０
１．５
２，０
２，５
硅树脂含量，％
图４硅树脂含量与复合材料伸长率的关系 Ｆｉｇ．４ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｓｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｅ ｒａｔｉｏｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ
选择合适的复合材料在油压机上用模具成型为有流场 的氢气、空气单双极板；然后将单双极板放人烘箱，在２００℃ 的温度下对树脂进行固化．最后将氢气、空气单双极板进行粘 结，制成双极板。 １．４复合材料伸长率的测量
采用ＷＩ）电子万能试验机测馈不同复合材料的伸长率及 不同复合材料固化后的拉伸强度及弯曲强度。
１．５双极板性能测试
ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｓｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ
复合材半ｌ
原始长ｆＥ／Ｌ
托断“ｋ『立ＩＬｌ
伸长率”，％
Ａ
５０
７０
４０
Ｂ
５０
９８
９６
Ｃ
５０
１３ｌ
１６２
Ｄ
５０
１４９
１９８
Ｅ
５０
１５７
２１４
沌：１）占＝（Ｌｌ—Ｌ），Ｌ×１（）（）％
由图４呵看出，硅树脂对复合材料的改性作用是很明显
的，没有硅树脂的复合材料其伸长率只有４０％，添加硅树脂。
２．Ｄａｌｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ＂Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｂｙｓ菇ｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｊ １６０２３，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｕｓｉｎｇ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｗｉｔｈ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｈｅｎｏｌｌｃ ｒｅｓｉｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｓｉｎ．Ｔｈｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅｓ ｆｏｒ ＰＥＭＦＣ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ
０／１００（编号为Ａ），０．５／１００（编号为Ｂ）。１／１００（编号为Ｃ），
１．５／１００（编号为Ｄ），２／１００（编号为Ｅ），制作５种不同的复合
材料，复合材料的长度都为５０ ＩＴｌｌＴＩ，分Ｎｆ萸ＪＪ量其拉断后的长度
Ｌ，计算伸长率６．测量及计算结果见表１。
表１
Ｔａｂ．１
不同硅树脂含量的复合材料的伸长率 Ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｌｏｎｇａｔｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｅｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ａｄｄｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｉｎ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｒｅｓｉｎ ｃｈａｎｇｅｄ
ｈａｒｄｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅｓ ｃａｎ
树脂的质量比例低于１．０／１００时，减小的幅度很小，可以认为
其机械性能几乎没有变化，而当硅树脂与环氧树脂的质量比
例高于１．０／１００时，复合材料固化后的机械性能急剧下降，这
是因为当硅树脂的含量较少时，树脂固化后，复合材料的机械
性能主要有环氧树脂的机械性能来体现，当有机硅树脂含量
达到一定量以后，由于树脂中的ＳｉＯ．含量过剩，而ＳｉＯ一具有
双极板是ＰＥＭＦＣ的关键部件之一。它在电池中的主要功 能为支撑电极、导电、隔离氧化剂及燃料和均匀输送反应气体 等Ⅲ。制作双极板的材料主要为金属和石墨材料，金属双极板 具有较高的电导率，很好的力学性能，而且能够加工成为薄的 双极板，但在ＰＥＭＦＣ中，双极板工作的环境为高温及ｐＨ为 ２～３的酸性条件。双极板在此条件下，就会发生腐蚀和溶解， 使ＰＥＭＦＣ性能降低，甚至使ＰＥＭＦＣ不能工作Ｈ一１。石墨材料 由于其良好的导电、导热及耐腐蚀等功能而普遍用于ＰＥＭＦＣ 的双极板【６－７ｌ。作为传统使用的纯石墨或模铸碳板制作的双极 板，板的制备一般在高温下要进行石墨化，温度高达２ ５００ ℃．并且按严格的升温程序进行．时间长且造价昂贵；而且纯 石墨双极板的流场用计算机刻绘机加工，工艺更加复杂。膨胀 石墨由于其可压缩性，可根据电池组的工艺要求设计双极板 尺寸及流场，依次制作成模具，选择合适的高分子树脂和膨胀
较强的延展性，致使树脂同化后，复合材料的机械性能降低。
为保证复合材料具有一定的伸长率，以制作薄型石墨双极板，
同时。要使复合材料固化后具有一定的机械强度，以保证双极
板具有一定的机械强度，根据２．１，２．２的实验结论，最合适的
选择是用有机硅树脂与环氧树脂的质量比例为１／１００的复合
材料制作薄型石墨双极板。
（１）电阻测量 对双极板电阻进行测量，测量方法：在两块圆柱形的铜块 （ｄ－－６０ｔｒｉｌｌｌ）的表面采取镀金处理．目的是减少待测样品与铜 块间的接触电阻，将样品放在两端板之间，在一定压力（Ｆ）下 通入一定的电流（Ｊ）来测试其两端电压（Ｕ）的变化。使用公 式Ｒ＝ＵＳ／２ ｆ（其中ｓ为铜块的下表面积）分别计算不同压力 下双极板的接触电阻，测试装置见图１。
１实验
１．１主要原材料 双酚Ａ型环氧树脂及线型酚醛树脂，有机硅树脂，膨胀
石墨（密度Ｐ＝０．２９／ｃｍ２）。
１．２复合材料的制备
将环氧树脂与酚醛树脂按ｌ：２的比例混合用乙醇作为
２００８．”Ｖ０１．３２ Ｎｏ．１ １
万方数据
７６０
溶剂配成粘度为２０ ｍＰａ·Ｓ的溶液．在此溶液中加入一定比例 的有机硅树脂，然后在一定压力条件下将此溶液灌入膨胀石 墨；接着将板材在烘箱中加温去除溶剂；再将低密度的板材用 滚压机压薄，制作成复合材料。 １．３双极板的制备
复合材料的伸长率的增加特别大，同时可看Ｈ｛有机硅树脂与
环氧树脂的质量比例高于１．０／１００时．复合材料伸长率的增加
程度明显且逐渐变慢。这是由于硅树脂中的ＳｉＯ．对于环氧树
脂苯环间的．ｏ．进行改性，使其具有一定的延展性，但随着有
机硅树脂的增加，环氧的含量相对变低，硅树脂中的ＳｉＯ．与
环氧的结合比例降低，所以，当有机硅树脂达到一定比例后，
２
３
ｌ、３．铜镀金板；２．双极板 图１ 电阻的测试示意图
Ｆｉｇ．１ Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
（２）憎水性测量 测量方法为将２此的水滴滴在双极板上。采用放大数
为４０倍的显微镜对不同双极板的接触角进行测量。 （３）双极板透气量的测量 采用气相色谱仪分析双极板的透气量，在双极板的两侧
７６１
２００８．１ １ Ｖ０１．３２ Ｎｏ．１ １
复合材料的伸长率增加程度会减小。 ２．２不同复合材料固化后机械性能的测量
双极板必须具有一定的机械性能，以保证在一定的压紧 力下组装电池组时，双极板不会变形。同时保证整个电池组有 很强的稳定性。将５种不同的复合材料在２００℃于烘箱中进 行固化，分别测茸其机械强度（拉伸强度和弯曲强度），以验证 其是否可以用于制作双极板。测量结果如图５。‘
图３质子交换膜燃料电池测试实验流程图 Ｆｉｇ．３ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ＰＥＭＦＣ
２实验结果与讨论
２．１复合材料伸长率的测量
因为双极板必须具有阻气的功能，为制作薄型双极板，
复合材料应是伸长率较大的塑性材料，只有这样。在油压机上
模压成型时。复合材料才不会产生裂缝。才能保证双极板的致
密性。本文选择有机硅树脂与环氧树脂的质苗比例分别为：