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柔性石墨

  燃料电池能量转换结果高、污染小,正在异日的能源需要中有着很好的行使前景。目前,极少技巧题目制止其贸易化经过。举动症结部件,双极板的筹议显得至合主要。

  直接甲醇燃料电池的任务道理如图1所示.甲醇水溶液经阳极反响,形成的质子通过全氟磺酸膜转移到阴极,电子通过外电途转达到阴极,二氧化碳正在酸性电解质助助下从阳极出口排出。正在氢氧质子相易膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的阴极区,所发作的反响都是氧气或氛围经阴极流场板平均分拨后,通过阴极扩散层扩散并进入阴极催化层中(即阴极电化学活性反响区域),正在电催化剂的用意下,与从阳极转移过来的质子发作电化学还原反响天生水,并随反响尾气从阴极出口排出。

  双极板寻常攻克电堆重量的70%-80%,攻克分娩本钱约60%,其应具备的要紧功效有:完整间隔并平均分拨电池中的燃料和氧化剂;优良的导电性,能征求并传导电流;优良的热导性,能有用的冷却电池组;传输天生水、湿气;杀青电池组中的单电池的连结。目前双极板资料、流场机合,加倍是加工本钱都存正在很众急需治理的技巧题目。

  双极板资料应具有优良的导电性和化学安宁性,以及高板滞强度和低渗入性。目前广博操纵的双极板资料有石墨资料、金属资料和复合资料等。

  石墨资料具有良好的电导性和热导性、较好的耐腐化性和热膨胀系数低等利益。古板的石墨双极板的制备寻常采用石墨粉、破碎的焦碳和可石墨化的树脂或沥青羼杂,过程厉肃的升温次第取得无孔石墨板,再通过板滞加工或者电脑刻绘沟槽以取得流场。但石墨资料的脆性变成了相当大的加工难度,限定了全豹双极板厚度的低重,寻常厚度不小于3 mm,而且制备工艺丰富、耗时、用度高,正在创设进程中容易产发怒泡,使燃料和氧化剂彼此渗入,从而低重了燃料电池功能,难以杀青批量分娩。

  美邦橡树岭(oak ridge)邦度实习室采用低本钱泥浆模塑法制备片状石墨纤维预塑件,然后用化学气相渗入碳密封,取得气密性良好的双极板,而且有较高的电导率(200~300 s/cm),同时密度小,质地轻,双轴弯曲强度为(175±26)MPa,电池检测证明电池阻力小,结果高。

  金属资料导电功能优异、导热功能好、板滞强度高、气密性好且易于加工。铝、钛、镍、不锈钢等都是创设双极板的金属资料。

  巩固抗腐化才略和减小接触电阻是金属资料需求治理的两大困难。因为燃料电池任务情况呈弱酸性,金属很容易被腐化或消融,加倍是金属板被消融后形成的金属离子就会扩散到质子相易膜,增长了双极板的电阻,乃至使得膜电极“中毒”.从而导致电池失效。若直接采用耐腐化的金属或合金(如钛、不锈钢等),固然抗腐化性巩固,但其轮廓天生的钝化层为电绝缘体,这使得极板的接触电阻增大。

  对金属举行轮廓改性惩罚,比拟有用的治理计划是正在金属双极板的轮廓笼罩一层防护层。该防护层务必抗氧化、耐腐化、导电功能较好。防护层分为两类:一类是金属,如贵金属、金属碳化物、金属氧化物;另一类是以碳为主体的资料,如石墨、导电性聚拢物。目前,金属板的轮廓改性要紧有以下几种格式:

  电镀或化学镀贵金属(如铂、银)或其氧化物具有优良的导电功能的金属(如银、铅、锡等);

  采用丝网印刷和焙烧,即近似用于氯碱工业RuOx/Ti阳极制备格式.制备导电复合氧化物涂层。

  大连海事大学资料工艺筹议所和长春工业大学基本科学学院用厚度为2mm的AISI 304不锈钢举动基体,通过以下工艺流程:304不锈钢基体→电镀硬铬(厚度约10 mm)→离子氮化(氮化温度为580°C,氮化时光为7h)所制备的双极板经测定耐腐化功能进步,接触电阻分明低于基体,电功能取得进步。

  如图2所示.吴博等人采用电弧离子镀的格式,正在燃料电池轮廓用304.不锈钢双极板试样重积一种预先打算的高质地的Cr/CrN/Cr复合薄膜.过程对薄膜的接触电阻、电化学腐化功能举行测试。浮现其抗腐化功能大幅度进步。同时接触电阻也大幅度低重。

  目前采用的复合资料要紧囊括碳,碳复合资料、碳基复合资料和金属基复合资料。

  碳/碳复合资料具有高电导率、高热导率、质地轻、耐高温、高强度、高度耐腐化和化学安宁性高、可正在冲压进程中造成流场等利益,是较理念的双极板资料。

  采用碳/碳复合资料制制双极板的古板格式;最先将聚拢物树脂和填料羼杂,造成预制料并固化成型,然后举行炭化、石墨化、气相重积等进程。炭化或石墨化惩罚可有用进步资料的导电性,并袪除其内应力。但其制制进程需求高温前提,需求永久且腾贵的化学气相预浸惩罚,所以本钱较高。

  黄明宇等人筹议采用中心相碳微球(mesocarbon mi-crobeads,MCMB)/石墨复合资料。通过常温模压成型和炭化烧结工艺制备双极板.创设本钱低、结果高,抗压强度大于152 MPa,抗弯强度大于40MPa,电阻率小于30μΩm,餍足了燃料电池正在任务前提和功能上的请求。文献指出采用一种新型的碳/碳复合资料(以MCMB为基.以导电碳黑和碳纤维CF等为巩固相)和凝胶注模新工艺制制的双极板.可能不需机加工而一次成型双极板气体流道。筹议证明,该种双极板功能安宁,并且制制本钱仅为进口产物的40%掌握。