单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,PEMFC,聚合物,/,膨胀石墨双极板材料研究,PEMFC聚合物/膨胀石墨双极板材料研究,PEMFC,聚合物,/,膨胀石墨双极板材料研究,双极板作用及要求,双极板分类,聚合物,/,膨胀石墨双极板材料在,PEMFC,领域的应用,未来目标,小结,2024/11/18,Page,2,PEMFC聚合物/膨胀石墨双极板材料研究双极板作用及要求20,双极板是,PEMFC,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%,2024/11/18,Page,3,双极板是PEMFC中的关键组件：分配燃料气和空气2023,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）,2024/11/18,Page,4,产业化要求,双极板要求 良好的导电导热性能2023/9/23Page,双极板材料分类,2024/11/18,Page,5,BP,材料,非金属双极板,金属双极板,复合双极板,无镀层,有镀层,主要是指无孔石墨和人造石墨,优点：,良好的电导率、热导率 和化学稳定性,缺点：,工艺复杂、耗时、费用 高，难以实现批量生产,优点：,良好的机械稳定性、电导率和热导率；易于成型，适合批量生产,缺点：,工作条件下易腐蚀或分解；与电极扩散层（如碳纸）的接触电阻大；质量较重,结构复合：,金属板,+,石墨流场。仍存在腐蚀问题，接触电阻增加。,材料复合：,聚合物,+,石墨。降低电导率，增加接触电阻。成本低，适合批量生产,双极板材料分类2023/9/23Page 5BP材料非金属双,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,MK5,MK8,MK9,目前成本,4-600,3-500,50-100,目标成本,4-500,2-300,3-8,2024/11/18,Page,6,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,膨胀石墨（,EG,）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,2024/11/18,Page,7,膨胀石墨（EG）的结构及特点抗腐蚀性高、耐高/低温2023/,膨胀石墨（,Expanded Graphite,）,2024/11/18,Page,8,S.I.Heo et al./Journal of Power Sources 171(2007)396403,G.Zheng et al./Carbon 42(2004)2839,2847,膨胀石墨（Expanded Graphite）2023/9/,树脂,/,聚合物,石墨材料,作者,/,组织,材料特性,聚四氟乙烯（,PTFE,）,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,PTFE,在膨胀,石墨的孔中沉积,环氧树脂,膨胀石墨颗粒,Celzard et al,仅仅,1.3%,（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,Fawn M.Uhl et al,Pan et al,复合材料电导率低,其渗域滤值为,0.75%(vol),苯乙烯,(St),和丙烯腈,(AN),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,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,c,轴方向，还是,a,轴方向都有着优越的,导电性能,聚苯乙烯,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,P.Xiao et al,材料有着良好的热稳定性,芳香族聚二硫化物,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,导电性能略微下降，综合性能良好，可作为,燃料电池双,极板的材料,聚甲基丙烯酸甲酯（,PMMA,）,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,聚甲基丙烯酸甲酯形成的复合材料的逾渗阈最低。,聚糠醇,膨胀石墨颗粒,Celzard et al,Marta Krzesiska,、,Nicolas,Pisaroni,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,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,聚氯乙烯,膨胀石墨颗粒,Guo-Hua Chen et al,聚丙烯（,PP,）,膨胀石墨颗粒,Chen XM et al,李侃社等,2024/11/18,Page,9,聚合物,/,膨胀石墨材料应用,树脂/聚合物石墨材料作者/组织材料特性聚四氟乙烯（PTFE）,复合材料加工流程,2024/11/18,Page,10,G.Zheng et al./Carbon 42(2004)2839,2847,复合材料加工流程2023/9/23Page 10G.Zhe,2024/11/18,Page,11,E.A.Cho et al./Journal of Power Sources 125(2004)178,182,90%,石墨粉,10%,不饱和聚合物,聚合物,/,石墨,可以作为双极板的候选材料,2023/9/23Page 11E.A.Cho et al,复合双极板单池测试,2024/11/18,Page,12,X.Yan et al./Journal of Power Sources 160(2006)252,257,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,!,复合双极板单池测试2023/9/23Page 12X.Ya,复合双极板电堆测试,2024/11/18,Page,13,X.Yan et al./Journal of Power Sources 160(2006)252,257,1KW,电堆,10KW,电堆,复合双极板电堆测试2023/9/23Page 13X.Ya,PSAN/EG,复合材料导电性,2024/11/18,Page,14,W.P.Wang et al./Journal of Physics and Chemistry of Solids 66(2005)1695,1700,交联结构决定,良好导电性,PSAN/EG复合材料导电性2023/9/23Page 14,SCF,增强复合材料强度,2024/11/18,Page,15,L.N.Song et al./Materials Chemistry and Physics 93(2005)122,128,提高抗弯强度,良好的导电性,满足,PEMFC,要求,SCF增强复合材料强度2023/9/23Page 15L.N,未来目标,2024/11/18,Page,16,未来目标2023/9/23Page 16,未来目标,2024/11/18,Page,17,未来目标2023/9/23Page 17,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。,2024/11/18,Page,18,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,