复合双极板的接触角调控及性能优化

张璐瑶, 郑俊生, 樊润林, 明平文

材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (06) : 218-226.

复合双极板的接触角调控及性能优化

  • 张璐瑶, 郑俊生, 樊润林, 明平文
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摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)能量转换效率高,发电效率受负载变化影响小,有害物和碳排放少。双极板是其关键结构部件之一,承担传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用。复合双极板有质轻、耐腐、成本低等优势,受到了较多的关注。然而,为了保持燃料电池的稳定运行,应保证膜电极充分润湿的情况下,确保积累在流道内的液态水顺利排出,这对于双极板的表面特性提出了新的要求。对于复合石墨板而言,可以通过极板组分与制备工艺的改变,实现接触角的调节,进而调控电池的水、气状况。本工作在鳞片石墨-树脂复合材料中,加入化学气相沉积制备的纳米碳纤维(CF-CVD)作添加剂,调控复合双极板的亲水性。同时,通过改变鳞片石墨粒径,验证其对复合双极板亲水性调控的影响。结果表明,极板表面的亲水性随着碳纤维含量的升高而增强,接触角降低幅度可达10.28°。鳞片石墨粒径影响复合双极板的接触角调控效果,为配合CF-CVD实现极板最佳亲水性,应选择500~1500目石墨作为导电基材。CF-CVD含量为3%、鳞片石墨为1000目的亲水复合双极板综合性能最佳,电导率达到239.33 S/cm,抗弯强度达到73.47 MPa。

关键词

复合双极板 / 接触角 / 纳米碳纤维 / 鳞片石墨 / 水管理

中图分类号

TB33 / TM911.4

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张璐瑶, 郑俊生, 樊润林, 明平文. 复合双极板的接触角调控及性能优化. 材料工程. 2025, 53(06): 218-226

基金

国家重点研发计划项目(2018YFB1502504)

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