直接甲醇燃料電池雙極板的研究進(jìn)展
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4．3．2 碳/聚合物復(fù)合材料
根據(jù)添加樹脂的不同，碳／聚合物復(fù)合材料分為熱固性和熱塑性兩種。通常采用的熱固性樹脂有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂。在制備雙極板的過程中，熱固性樹脂經(jīng)模鑄，可以立即成型，固化所需時(shí)間很短。通常采用的熱塑性樹脂有聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚醚砜等。在利用熱塑性樹脂制備雙極板時(shí)，大多采用注射成型及模壓成型技術(shù)。
孫斌等人以熱塑性丙烯酸樹脂TAR(Thermoplastic Acr-ylic Resin，型號(hào)：TAR-B-3)作為石墨的粘結(jié)劑，采用模壓一次成型制備復(fù)合材料雙極板。研究了成型溫度、成型壓力、樹脂含量及不同導(dǎo)電填料種類配比對(duì)雙極板性能的影響。結(jié)果表明在較低的成型溫度和成型壓力下采用溶劑溶解法制備的雙極板性能要優(yōu)于直接混合法。并得出較好的制備工藝：樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～16％，天然與人造石墨比例接近l：l，成型溫度為130℃～160℃，成型壓力為8―12 MPa。
陰強(qiáng)等人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。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)酚醛樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150%，石墨顆粒粒徑為105μm，固化溫度為240℃時(shí)．導(dǎo)電復(fù)合材料的電導(dǎo)率和彎曲強(qiáng)度達(dá)142 s／cm，6 116 MPa。
羅曉寬等人采用國(guó)產(chǎn)石墨，選用雙酚A型環(huán)氧樹脂及線型酚醛樹脂為填料，模壓制作成雙極板。研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樹脂制作的雙極板的性能，并最終制作出適合電池運(yùn)行的合格雙極板。其性能為：彎曲強(qiáng)度大于45 MPa，拉伸強(qiáng)度大于35 MPa，透氣性能達(dá)到10-cm3(cm2s)-1的數(shù)量級(jí)。
4．3．3 金屬／聚合物復(fù)合材料
沈春暉等人采用高鋁水泥作為粘結(jié)劑，石墨作為導(dǎo)電填料，通過室溫模壓的方法制備了導(dǎo)電復(fù)合材料雙極板。并對(duì)其電性能和力學(xué)性能的影響因數(shù)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：含有60 wt％石墨的石墨，高鋁水泥模壓復(fù)合材料雙極板的電導(dǎo)率和力學(xué)強(qiáng)度基本上可以同時(shí)滿足質(zhì)子交換膜燃料電池的使用要求；并且該復(fù)合材料雙極板含有凝膠毛細(xì)孔，約具有7 wt％的含水量，具有自增濕功能。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/181382.htm
5 雙極板的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
流場(chǎng)結(jié)構(gòu)是否設(shè)計(jì)合理直接關(guān)系到電池性能的好壞。流場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的就是提高甲醇的利用率，使得甲醇經(jīng)過流場(chǎng)在擴(kuò)散層表面盡可能的均勻分布。DMFC流場(chǎng)區(qū)內(nèi)部由支撐梁和溝道兩部分組成，它們分別起到支撐擴(kuò)散層和引導(dǎo)流體的作用。DMFC流場(chǎng)結(jié)構(gòu)主要有以下類型：點(diǎn)狀流場(chǎng)、網(wǎng)狀流場(chǎng)、柵型流場(chǎng)、螺旋蛇型和叉指型流場(chǎng)等如圖3所示。
點(diǎn)狀流場(chǎng)由許多排列規(guī)則的方形或者圓形等形狀的脊構(gòu)成流場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。這種流場(chǎng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是燃料易發(fā)生短路現(xiàn)象，導(dǎo)致流場(chǎng)板利用率下降，進(jìn)而影響電池性能。
網(wǎng)狀流場(chǎng)中，燃料流經(jīng)的路程相同，因而分配比較均勻。
柵型流場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，從人口到出口的通道相對(duì)較短，而且沒有方向變化，不易造成因反應(yīng)劑流動(dòng)而引起的短路現(xiàn)象。但反應(yīng)劑在流場(chǎng)里產(chǎn)生的壓降很小，會(huì)引起反應(yīng)劑的分布不均，從而導(dǎo)致電池性能不穩(wěn)定。螺旋蛇型流場(chǎng)利于反應(yīng)劑的均勻分布，但是流動(dòng)阻力較大，這也導(dǎo)致了人口與出口的壓力差很大。
專利CNl332891A提出的叉指型流場(chǎng)，如圖4所示，即在每個(gè)板上的入口和出口通道是不連續(xù)的，形成叉指形。這樣的優(yōu)點(diǎn)是使反應(yīng)物強(qiáng)制對(duì)流通過燃料和氧化劑擴(kuò)散層，使反應(yīng)劑更接近催化劑層，加快了電化學(xué)反應(yīng)速率。陰極上產(chǎn)生水的速率加快，并通過膜向陽極反向擴(kuò)散，使陽極上水的利用率提高。
6 結(jié)語
傳統(tǒng)材料石墨制備雙極板工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，尤其是生產(chǎn)成本高很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；金屬材料易于機(jī)械加工．能夠大幅度的減小雙極板體積，一旦其表面處理技術(shù)得到突破性發(fā)展，將很快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；隨著具有良好力學(xué)性能的導(dǎo)電新材料和新的制備工藝的產(chǎn)生，采用復(fù)合材料制備雙極板將克服傳統(tǒng)制備工藝復(fù)雜，成本高等缺點(diǎn)，是雙極板一個(gè)嶄新的發(fā)展方向。
評(píng)論