论文部分内容阅读
质子交换膜燃料电池是目前最有发展前景的清洁能源之一。气体扩散层是质子交换膜燃料电池的重要组成部分。碳纸由于其优异的性能和比较成熟的成纸工艺,是气体扩散层应用最广泛的基底材料。目前,碳纸的生产主要由国外公司垄断,国内仍处于实验室研究阶段。因此,系统的研究碳纸的制备工艺,有着十分重要的价值。本文采用传统的抄纸工艺制备了碳纸,系统地研究了打浆、模压成型、碳化、石墨化工艺对碳纸性能和结构的影响。在此基础上,利用碳纳米管对制备的碳纸进行改性,并对其进行性能表征。通过上述研究工作,得到如下结论：1.碳纸前驱体对碳纸有着重要影响。不同长度的碳纤维,有利于碳纸前驱体的均匀性；分散剂的浓度和打浆时间影响着碳纸前驱体的厚度和电阻率。采用0.12%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液,经过8min打浆制备了性能优异的碳纸前驱体。2.浸渍和热压工艺对碳纸原纸的厚度和电阻率,以及最终产品中树脂碳的含量有着很大影响。通过10%的乙醇-酚醛树脂溶液浸渍,经干燥热压成型后,得到碳纸原纸。热压时间4-5min,温度160℃所制得的碳纸原纸的具有良好的性能。其厚度为185±5μmm,电阻率为5.7x10-2Ω·cm。3.经过碳化、石墨化后得到的碳纸厚度几乎不变,电阻率大大降低,导电性能得到提高。碳化温度900℃,石墨化温度2500℃,恒温时间为30min,制备的碳纸厚度185±5μm,电阻率8.09x10-3Ω·cm,接触角136°,孔隙率76%。4.通过气相沉积法在所制备的碳纸表面直接生长碳纳米管／碳纳米纤维,所得的碳纸具有较低的电阻率和较高的孔隙率。同时,其表面疏水性也得到了提高。改性后的碳纸电阻率达到5.81×10-3Ω.cm,孔隙率82%,接触角147°,达到了理想的改性效果。