模压成型工艺制备微晶石墨/树脂双极板

林政宇,张 杰,刘 兵

(清华大学核能与新能源技术设计研究院,北京 102201)

双极板主要起隔绝电池间气体串通、分布燃料与氧化剂、支撑膜电极和串联单体电池形成电子回路的作用,其成本占质子交换膜燃料电池(PEMFC)总成本的45%[1]。双极板应具有如下功能及特点:①有效分布反应气体的流道;②耐腐蚀性能高;③导电性能高;④阻气性高;⑤一定的机械强度;⑥较低的成本[2]。复合材料双极板因制备工艺简单、性能优良、成本低廉等特点,成为研究的重点。虽然电导率较石墨板和金属板低,但通过优化成型工艺条件、优选的原料及配方组成,复合板的性能仍能满足PEMFC的要求[3]。

本文作者从P104-02、P17-902和590树脂等3种热固性树脂中,选择适合作为微晶石墨复合板粘结剂的树脂,并确定骨料粒度分布、骨料配比、树脂种类和成型条件等对双极板性能的影响。

1 实验

1.1 复合材料双极板的制备

将粉料填入J1245型液压机(萍乡产)的腔体中,在上凸模、腔体及下凸模的共同作用下成型。加热棒提供热量,供混合粉料发生固化反应。热电偶伸入测温孔内,反馈温度信号形成回路,控制双极板的成型温度。压制模具的尺寸为100 mm×60 mm×20 mm。

图1为石墨/树脂复合材料板成型示意图。

图1 石墨/树脂复合材料双极板成型示意图Fig.1 Schematic illustration of formed molding for graphite/resin composite bipolar

实验所用树脂为双酚A乙烯基树脂(P104-02,荷兰产)、邻苯树脂(P17-902,荷兰产)以及酚醛改性乙烯基树脂(590,荷兰产)。将土状天然微晶石墨(郴州产,99%)筛选出所需粒度范围内的石墨颗粒,称量出相应质量的石墨粉料、树脂以及……