PEMFC聚合物膨胀石墨双极板材料研究

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PEMFC——燃料电池课件资料

由图可知，构成 PEMFC 的关键材料与部件为电催化剂、电极 ( 阴极与阳极 ) 、质子交换膜和双极板。
PEMFC 中的电极反应类同于其他酸性电解质燃料电池。阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反应: 阳极反应： H 2 2H 2e 该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则经质子交换膜到达阴极。氧气与氢离子及电子在阴极发生反应生成水。生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应尾气排出。
（三）双极板 PEMFC电池组一般按压滤机方式组装。由图可知，双极板必须满足下述功能要求。
①实现单池之间的电的联结，因此，它必须由导电良好的材料构成。
②将燃料(如氢)和氧化剂(如氧)通过由双极板、密封件等构成的共用孔道，经各个单池的进气管导入各个单池，并由流场均匀分配到电极各处。 ③因为双极板两侧的流场分别是氧化剂与燃料通道，所以双极板必须是无孔的；由几种材料构成的复合双极扳，至少其中之一是无孔的，实现氧化剂与燃料的分隔。
其后，尽管通用电器公司曾采用杜邦公司的全氟磺酸膜，延长了电池寿命，解决了电池生成水被污染的问题，并用小电池在生物实验卫星上进行了搭载实验。但在美国航天飞机用电源的竞争中未能中标，让位于石棉膜型碱性氢氧燃料电池 (AFC)，造成PEMFC的研究长时间内处于低谷。
1983年，加拿大国防部资助了巴拉德动力公司进行 PEMFC 的研究。在加拿大、美国等国科学家的共同努力下，FEMFC取得了突破性进展。采用薄的 (50酸膜，使电池性能提高数倍。接着又采用铂炭催化剂代替纯铂黑，在电极催化层中加入全氟磺酸树脂，实现了电极的立体化．并将阴极、阳极与膜热压到一起，组成电极 - 膜 - 电极 “ 三合一 ” 组件 (membrane-electrode-assembly ， MEA)。

适合规模化生产的PEMFC双极板材料

适合规模化生产的PEMFC双极板材料摘要：由于传统化石能源紧缺和全球气候变暖等问题，寻找新型清洁能源成为研究热点之一。

质子交换膜燃料电池因其反应气体储量充分且可再生，反应高效、无污染等优点，成为公认的清洁能源之一，从而引起社会广泛关注。

双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一，占据了电池组很大一部分的质量和成本，且承担着均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。

为了寻找双极板经济高效的制备方法，对双极板的材料及其制备工艺进行了对比和分析。

Abstract：Due to the shortage of traditional energy resources and the impact of global warming and other issues，new clean energy has become one of the research hotspots. Proton exchange membrane fuel cells have become one of the recognized clean energy sources because of their abundant and reproducible reaction gas reserves, high reaction efficiency, and no pollution, which hasaroused widespread concern.Thebipolarplate，whichisoneofthecorecomponentsofaprotonexchangemembranefuelcell，occupiesalargepartofthe qualityandcostofthewholebatterypackandhasthefunctionsofuniformlydistributingthere actantgas，conductingcurrent，andconcatenatingmonocells，etc.In order to find a cost-effective preparation method of bipolarplate, wecompared and analyzed thebipolar plate material and its preparation process.0 引言燃料电池发电原理是将氢气和氧气的化学能经电化学反应方式产生电能，氢气在阳极解离为H+，通过质子交换膜后，在阴极与氧气反应生成水，电子从阳极通过外电路到达阴极，在外电路上形成电流回路。

新能源材料模拟题

02．生物质能既可以直接利用，也可以间接利用( √)
03．生物质能是仅次于煤炭、石油居于世界能源消费总量第三位的能源(X )
04．地热能是来自地壳之下的高温能源。(√ )
05．风能是太阳能的一种转化形式( √)
06．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料。( X)
07．水煤浆就是煤和水的混合物。( X)
A．水力发电，符合“低碳经济”理念B．风力发电时，不会对大气造成污染
C．太阳能发电时，太阳能直接转化为化学能D．煤和石油都是化石燃料
9.关于核能的下列说法中，不正确的是( D)
A.核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的
B.如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内会放出巨大的能量，并发生猛烈的爆炸
三、简答题（15分）
来到新余你对新余的新能源公司认识多少？请列举至少5个
四、论述题（本题15分）
材料一、传统能源的利用对环境产生极大的污染，可人们仍然大量使用；
新能源相对更清洁，却不能普遍使用。
作为新能源专业的一名学生，您有何观点想法？
资料二
一.单项选择题（20分，每题2分。请将正确答案的序号填入题中的括号内。）
01．新能源包括( ABCDE)
A太阳能B生物质能C核能D氢能E海洋能
02．生物质能的优点有( ABC)
A燃烧容易B污染少C灰分低D热值高E热效率高
03．属于现代生物质的是( ABCE)
A工业性木质废弃物B工业性甘蔗渣C城市废物D动物的粪便E生物燃料
04．中国洁净煤技术计划框架涉及的领域有( ABCE)
资料三
一、名词解释
1、二次电池：又称充电电池或蓄电池，在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用的电池。

车用PEMFC

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6. 加压燃料电池系统传统燃料电池系统通过提高压力的方法来增加它的功率密度，此时系统中要有一个压缩机空气中氮含量约占80%，在对空气进行压缩时，大部分压缩功率，被用来压缩不起作用的氮上，氧利用率（OUR）取得越大，压缩机消耗功率越大，燃料电池输出的净功率减小，效率降低
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用于氢再循环的射流泵结构
铂微粒固定在相对较大的炭粉粒子上,催化剂一般为铂，目前，用量为0.2mg/cm2,
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4 .双极板实现燃料电池内部连接的一个方法，是采用双极板，同一块双极板的两个侧面，分别与相邻燃料电池的阴极和阳极接触，同时双极板还起到把氢送到阳极，和把氧或空气送到阴极的作用
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5. 质子交换膜燃料电池的水管理问题质子交换膜中的电解质必须含有足够的水，才能保证有良好的离子传导性，但水也不能太多，否则它会涌入并堵塞电极或气体扩散层中的孔通道燃料电池里的水来自：一是氢氧反应产生的水，另一是对反应气体加湿将水带进来，下图为几种加湿方法
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1. 单元燃料电池基本结构单元燃料电池由三种基本元件：一个质子交换膜（两侧载有催化剂铂）两个电极（兼气体扩散层）、两个流场板（双极板）组成。
这种燃料电池叫质子交换膜燃料电池
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在燃料电池里，阳极和阴极被电解质膜隔开，电解质膜内载有固态酸电解质，电解质内具有自由氢离子H＋，（见图1－）。在PEM燃料电池里，该固态酸电解质被水饱和，其中含有游离H＋，因此能完成氢离子从阳极转移至阴极的任务，但电子是不能穿越电解质膜的。氢离子H＋也叫质子，因而有聚合物质子交换膜（PEM）这个名称。从前图可以看到，氢燃料流入靠阳极侧的双极板流道内，氧则流入靠阴极侧的流场板（双极板）流道内。下面，我们来说明氢和氧反应如何产生电流？电子从那里来？在阳极，氢分子首先会与电极表面的催化剂铂接触，氢分子被分裂并键合在铂表面，形成弱的H－Pt键。氢分子分裂后，氧化反应就发生，每一个氢原子释放其电子，此电子沿外电路运动，到达阴极（这种电子的流动，既所谓的电流）。而剩下的氢质子黏附在膜表面的水分子上，形成水合氢离子hydronium ion（H3O＋）。这些水合氢离子离开铂催化剂，穿越膜材料到达阴极，铂催化剂又获得自由，可以接待下一拨氢分子。在阴极，进入燃料电池的氧分子也是首先与电极表面的催化剂铂接触，氧分子分被分裂并键合在铂表面，形成弱的O－Pt键，使得还原反应能够发生。然后每一个氧原子离开铂催化剂，与来自外电路的两个电子和从膜穿过来的两个质子化合成一个水分子。至此氧化还原反应就被完成。阴极上的催化剂再一次获得自由，等待下一拨氧分子的到来。氢和氧在燃料电池里，同时发生两个“半反应”，一个是在阳极发生的氧化反应（失去电子），另一个是在阴极发生的还原反应（得到电子），这两个反应构成了一个总的氧化－还原反应（氧化还原作用），反应生成物为水。

PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述-燃料电池论文

PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述摘要: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。

双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件, 其质量占电池堆60%以上。

流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。

系统地综述了现有的流道设计, 剖析了流道的功能及其对电池性能的影响, 并在此基础上讨论了流道设计的设计要点。

关键词: 质子交换膜燃料电池；双极板；流道设计质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源【1】。

双极板是 PEMFC 的重要部件, 其两面都有加工出的流道,起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。

实际上, 燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。

据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50%左右。

流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水, 从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。

流场的设计要满足以下几个方面的条件:(1)流场设计的基本原则是保证在一定的反应剂供应量情况下，电极各处均能获得充足的反应剂。

特别是对十大面积的电极尤为重要，电极工作面积放大过程中流场设计不合理往往是造成电池性能下降的主要原因之一。

(2)依据电极与双极板材料的导电特性，流场沟槽的面积应有一个最优值。

沟槽面积和电极总面积之比一般称为双极板的开孔率，其值应在40%～75%之间。

开孔率太高会造成电极与双极板之间的接触电阻过大，增加电池的欧姆极化损失。

(3)由流场结构所决定的反应剂在流场内的流动状态，应有利于反应剂经电极扩散层向催化层反应点的传递，并能促进反应产物的顺利排出。

(4)在一定的流量下，反应剂通过流场的压力降要适中，一般为千帕的数量级。

压力降太大会造成过高的动力损失，压力降太小则不利于反应剂在并联的多个单节电池间的分配。

质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述

2021年第5期刘颖1,2赵洪辉1,2盛夏1,2潘兴龙1,2（1.中国第一汽车股份有限公司研发总院，长春130013；2.汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春130013）【摘要】质子交换膜燃料电池（PEMFC ）的发展显示出了它成为清洁、高效和可靠电源的潜力。

双极板（BP ）作为PEM⁃FC 的关键部件之一，具有提供电气连接、输送反应气体、消散反应热、去除副产物的作用，但也是制约PEMFC 成本的主要因素之一。

根据双极板材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板，本文综述了双极板材料(金属、无孔石墨和复合材料)及其制备工艺。

其中，金属双极板因其优异的机械和物理性能，与无孔石墨及复合材料相比具有较强的成本优势，在乘用车应用中备受关注，但其制造工艺和耐腐蚀性是金属双极板的主要关注点。

未来，开发出优良的耐蚀性和导电性涂层或新型的双极板金属材料将极大地促进PEMFC 在乘用车领域的应用。

主题词：质子交换膜燃料电池双极板石墨金属复合材料中图分类号：U469.72+2;U473.4文献标识码：ADOI:10.19822/ki.1671-6329.20200237Review on Materials and Preparation of Proton Exchange MembraneFuel Cell Bipolar PlatesLiu Ying 1,2,Zhao Honghui 1,2,Sheng Xia 1,2,Pan Xinglong 1,2（1.General Research and Development Institute,China FAW Corporation Limited,Changchun 130013;2.State KeyLaboratory of Comprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise &Safety Control,Changchun 130013）【Abstract 】The development of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)shows its potential to become aclean,efficient,and reliable power source.Bipolar Plates (BP),as one of the key components of PEMFC,provide electricalconnections,transport reaction gases,however,the functions of dissipating reaction heat and removing by-products are also the main factors restricting the cost of PEMFC.BP can be divided into metal BP,graphite BP and composite BP according to different materials.This article reviews BP materials (metal,non-porous graphite and composite materials)and theirpreparation methods.Among them,the metal BP has a strong cost advantage compared with non-porous graphite and composite materials due to its excellent mechanical and physical properties so that it has attracted much attention in passenger car applications.While the main focus of the polar plate is its manufacturing process and corrosion resistance.Inthe future,the development of excellent corrosion resistance and conductive coatings or new BP metal materials will greatly promote the application of PEMFC in the passenger car field.Key words:Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC),Bipolar plates,Graphite,Metal,Composite material【欢迎引用】刘颖,赵洪辉,盛夏,等.质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述[J].汽车文摘,2021(5):48-54.【Cite this paper 】Liu Y,Zhao H,Sheng X,et al.Review on Materials and Preparation of Proton Exchange Membrane Fuel Cell BipolarPlates [J].Automotive Digest (Chinese),2021(5):48-54.质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述*1前言为了缓解由化石燃料燃烧导致的环境污染和温室效应的问题，急需新型清洁能源的开发[1]。

燃料电池中质子导体的合成与性能研究

燃料电池中质子导体的合成与性能研究燃料电池作为一种具有高效能、低污染排放且可再生的能源装置，正在逐渐成为能源领域的研究热点。

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是其中最具代表性的一种类型，其性能直接受到质子导体的合成和特性影响。

因此，研究质子导体的合成与性能对于提高燃料电池的效能具有重要意义。

合成质子导体的方法多种多样，常用的包括溶胶-凝胶法、固相法、溶剂热法等。

这些方法通常可以通过改变材料的组成、工艺参数等来调节合成出的质子导体的结构和性能。

其中，高温烧结法是一种常见且可行的合成方法，它能够制备高品质的质子导体。

质子导体的性能研究主要包括离子传导性能、机械强度和热稳定性等方面。

离子传导性能是质子导体性能研究的核心内容之一。

合成出的质子导体应具有较高的离子传导率、较低的电子传导率以及良好的化学稳定性。

此外，质子导体还应具有较好的机械强度，以确保在使用时能够承受一定的机械应力。

热稳定性是评价质子导体抵抗高温腐蚀的性能指标之一。

燃料电池在工作过程中，温度通常较高，因此质子导体的稳定性尤为重要。

在质子导体的合成与性能研究中，当前的挑战主要包括以下几个方面。

首先是如何合成具有高离子传导率的材料。

虽然一些材料已经取得了较好的传导性能，但存在着离子传导率不高、合成工艺复杂等问题，需要进一步改进。

其次是如何提高质子导体的机械强度。

目前的研究往往需要在提高离子传导性能的前提下，保持材料的机械强度，这是一个较大的挑战。

此外，如何提高质子导体的热稳定性也是一个研究的难点。

在高温环境下，一些材料容易发生相变或结构破坏，导致质子导体的性能下降。

为了克服这些难题，近年来的研究主要集中在以下几个方向。

首先，寻找适合合成高离子传导率的材料。

如磷酸盐、磺酸盐和磺酸键等被广泛研究作为质子导体材料，并取得了较好的结果。

其次，利用纳米技术和多相结构设计等手段，提高质子导体的机械强度。

PEMFC用石墨／酚醛树脂复合板的膨胀石墨表面改性

降低。考察了膨胀石墨的膨胀体积、膨胀石墨层厚度等因素对膨胀石墨改性复合板的接触电阻和体积电阻的影响。结果表明，膨胀石墨的膨胀体积是影响膨胀石墨改性复合板体积电阻和接触电阻的重要因素。随膨胀石墨层厚度增加，接触电阻先减小而后趋于不变。复合板中酚醛树脂含量越高，采用膨胀石墨表面改性对降低复合
ｃｍｐｉｅｐｌｔｓＣｏａｔｅｉｔｎｃｄｃｅｓｄｔｉｓａｄｈｎｅｄｄｏｏｏｓｔａｅ．ｎｔｃｒｓｓａｅｅｒａｅａｆｒｔｎｔｅｔｎｅｔｂｅｏｅｎｃｎｄｃｍｕｈａｇｅｗｉｈｈｅｔｔｉｃｅｓｆｔｅｈｉｋｎｅｓｆＥＧ．ｎｒａｅｏｈｔｃｓｏＴｈｅｒｄｕｔｏｏｏｎａｔｅｉｔｎｃｎｄｏｕｍｅｒｓｓａｅｅａｅｅｅｃｉｎｆｃｔｃｒｓｓａｅａｖｌｅｉｔｎｃｂｃｍｅｖｎｍｏｅｒｍａｋｂｌｔｈｅｉｃｅｓｆＰＦｏｅｎｔｅｍｏｉｉｄｃｍｐｏｉｅｐｌｔｓｒｅｒａｅｗｉｈｔｎｒａｅｏｃｎｔｎｔｉｈｄｆｅｏｓｔａｅ．Ｋｅｒｓ：ｅｐｎｄｄｇａｉｅ；ｂｉｌｒｐａｅｙｗｏｄｘａｅｒｐｈｔｐｏａｌｔｓ；ｓｆｃｄｉｉｄｖｌｕｒａｅｍｏｆｅｏｕｍｅｒｓｓａｅ；ｃｎｔｃｅｉｔｎｃｅｉｔｎｃｏａｔｒｓｓａｅ

电堆膨胀石墨双极板

电堆膨胀石墨双极板
电堆膨胀石墨双极板是一种用于核能系统中的重要组件，主要用于核反应堆内的热交换过程。

它由石墨材料制成，具有优异的导热和抗腐蚀性能。

电堆膨胀石墨双极板的主要功能是实现核反应堆内的热交换。

在核能系统中，核燃料通过反应堆内传导热量产生蒸汽，然后蒸汽通过热交换过程转化为发电机产生的电能。

电堆膨胀石墨双极板作为核反应堆的关键部件，能够有效地将热量传导到蒸汽，同时具有一定的膨胀性能，适应高温高压环境下的热膨胀变形。

电堆膨胀石墨双极板的材料选择石墨是因为石墨具有良好的导热性能和化学稳定性。

石墨材料能够快速将热量传导到蒸汽中，确保核反应堆内的高温区域得到充分的冷却。

同时，石墨材料还能够抵抗酸碱腐蚀和辐射侵蚀，保证核能系统的长期稳定运行。

总的来说，电堆膨胀石墨双极板在核能系统中起着至关重要的作用，能够有效地实现核反应堆内的热交换过程，同时具有良好的导热和抗腐蚀性能。

它是核能系统中不可或缺的关键组件之一。

酚醛树脂石墨模压成型复合材料双极板的制备与性能

酚醛树脂⽯墨模压成型复合材料双极板的制备与性能第３０卷第６期２００６年６⽉机械⼯程材料ＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．３０Ｎｏ．６Ｊｕｎ２００６酚醛树脂／⽯墨模压成型复合材料双极板的制备与性能王彦明１。

王威强２，李爱菊３，阴强３（⼭东⼤学１．⼟建与⽔利学院；２．机械⼯程学院；３．材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室，⼯程陶瓷⼭东省重点实验室，⼭东济南２５００６１）摘要：以⽯墨与酚醛树脂粉料为原料通过低温热模压成形⼯艺制备低成本酚醛树脂／⽯墨复合材料双极板，对材料的⼒学性能与导电性能进⾏了研究。

结果表明：酚醛树脂含量是影响复合材料导电性能与⼒学性能的主要因素，酚醛树脂含量低于２０％时，材料具有较⾼的导电性能；提⾼固化温度与固化压⼒，可以提⾼材料的抗弯强度，但材料的导电性能明显降低；适中的固化压⼒与固化温度有利于材料具有较好的⼒学性能与导电性能。

关键词：酚醛树脂／⽯墨复合材料；双极板；低温热模压中图分类号：ＴＭ９１１．４⽂献标识码：Ａ⽂章编号：１０００⼀３７３８（２００６）０６⼀００３４⼀０３ＰｈｅｎｏｌＦｏｍａｌｄｅｈｙｄｅＲｅｓｉｎ／Ｉ：》ａｐｈｉｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＢｉｐｏｌａｒＰｌａｔｅＰｒｅｐａｒｅｄｂｙＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｌｄｉｎｇＷ蝌ＧＹａｎ－ｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＷｅｈｉ粕ｇ，ＬＩＡｉ－ｊｕ，ＹＩＮＱｉ蛐ｇ（ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｋｉｎｄｏｆ１０ｗ＿ｃｏｓｔＰＦｒｅｓｉｎ／ｇｒａｐｈｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｈｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｍ０１ｄｉｎｇ．ＭｅｃｈａｎｊｃａｌｐｒＯｐｅｎｉｅｓａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｐｒＯｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＰＦｒｅｓｉｎｃｏｎｔｅｎｔｍａｉｎｌｙｉｎｎｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．ＷｉｔｈＰＦｒｅｓｉｎｃｏｎｔｅｎｔｌｅｓｓｔｈａｎ２０％，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈａｄｆａｉｒｌｙｇｏｏｄｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ａｓｃｕｒｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｕｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｂｕｔｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ、∞ｕｌｄｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｐｐａｒｅｎｔｌｙ－Ｍｏｄｅｒａｔｅｃｕｄｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｕｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＦｒｅｓｉｎ／ｇｒａｐｈｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ－ｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅ；ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｌｄｉｎｇ１引⾔双极板是质⼦交换膜燃料电池（ＰＥＭＦ、Ｃ）的主要部件，由于价格昂贵，成了⽬前阻碍ＰＥＭＦＣ商业化发展的主要障碍［１－３］。

膨胀石墨的阻燃机理

膨胀石墨的阻燃机理在科学与技术领域中，膨胀石墨引起了广泛的关注。

膨胀石墨是一种特殊的材料，具有出色的阻燃性能，可以在高温环境下有效地阻止火焰蔓延。

这种材料的阻燃机理引起了科学家们的浓厚兴趣，他们通过深入研究，试图揭示其中的奥秘。

1. 膨胀石墨的基本概念和特性膨胀石墨是一种具有层状结构的材料，其分子结构中的碳元素排列成平面形式，并通过共价键与邻近的碳原子相连接。

这种特殊的结构使膨胀石墨表现出许多独特的性质。

膨胀石墨具有优异的导热性和导电性，使其在大量的工业应用中发挥重要作用。

膨胀石墨的层状结构使其可以通过插入或吸附其他分子来改变其物理和化学性质。

这种可控的结构调控为膨胀石墨的阻燃性能的实现提供了可能。

2. 膨胀石墨的阻燃机理膨胀石墨的阻燃性能源于其特殊的分子结构。

在封闭的空间中，当有害气体和烟雾产生时，膨胀石墨可以快速膨胀，形成一层密封的保护层，防止火焰和烟雾进一步蔓延。

这种膨胀过程是通过碳原子层之间的物理变化和结构扩展来实现的。

当材料遇到高温时，层状结构中的碳原子将迅速热胀冷缩，从而导致材料的膨胀。

在高温环境下，膨胀石墨中的孔隙会放大，使其可以吸附更多的有害气体和烟雾。

3. 膨胀石墨在实际应用中的意义膨胀石墨的阻燃性能使其成为一种理想的阻燃材料。

它可以被广泛应用于建筑、交通、电子、化工等领域，以提高人们的安全性能。

在建筑领域，膨胀石墨可以作为建筑材料的防火层，有效地减少火灾的发生和蔓延。

在电子领域，膨胀石墨可以用作电池隔膜材料，提高电池的安全性和稳定性。

这些实际应用证明了膨胀石墨在提高人们生活质量和促进社会发展方面的重要作用。

4. 个人观点和理解对于我个人来说，膨胀石墨的阻燃机理给我留下了深刻的印象。

这种材料的阻燃性能非常出色，通过其独特的分子结构实现了膨胀和防火的功能，为保障人们的安全提供了一种新的可能性。

我认为，膨胀石墨的研究和应用将在未来得到更广泛的关注，其进一步的研究将有助于揭示更多的性能和潜力。

膨胀石墨材料的研究进展及其应用综述

膨胀石墨材料的研究进展及其应用综述膨胀石墨材料是一种具有微观空隙结构的石墨材料，可以通过化学氧化和高温处理等方法将天然石墨氧化并膨胀而成。

这种材料具有优异的导电性、导热性和化学稳定性，因此在许多领域都有着重要的应用价值。

本文将对膨胀石墨材料的研究进展及其应用进行综述。

一、膨胀石墨材料的制备方法目前制备膨胀石墨材料的方法主要有化学氧化法、物理膨胀法和化学氧化-物理膨胀复合法等。

化学氧化法是通过将天然石墨与氧化剂反应，将其氧化成石墨烯氧化物，再经过高温处理使其膨胀而成。

物理膨胀法则是通过高温加热天然石墨，在高温下石墨层间的氧化物蒸发，从而使石墨产生膨胀。

化学氧化-物理膨胀复合法是将两种方法结合起来，先进行化学氧化，再进行物理膨胀。

这些方法都可以制备出高质量、高膨胀率的膨胀石墨材料。

膨胀石墨材料的物理性质主要包括膨胀率、导电性、导热性、表面积等。

膨胀率是衡量膨胀石墨材料膨胀程度的指标，一般可以通过加热天然石墨样品来测定其膨胀率。

导电性和导热性是膨胀石墨材料最重要的物理性质，其导电性能比普通石墨高出很多倍，因此在电池、超级电容器等领域有着重要应用。

表面积则是膨胀石墨材料的另一个重要物理性质，其大的比表面积使其在催化剂、吸附剂等领域有广泛的应用。

膨胀石墨材料的化学性质主要表现在其表面的化学活性和对各种化学物质的吸附性。

其表面的官能团使其能够与化学物质发生反应，广泛应用于催化剂、吸附剂等领域。

膨胀石墨材料对气体、液体的吸附性也很强，因此在储气、净水等方面也有着重要的应用。

1. 电化学领域膨胀石墨材料具有优异的导电性能和化学稳定性，在电化学领域有着广泛的应用。

其可以作为电极材料用于电容器、电池等设备中。

由于其大的比表面积，也可以作为电化学传感器的敏感材料，用于检测各种离子和分子。

膨胀石墨材料还可以用作超级电容器的电极材料，具有高能量密度和长循环寿命等优点。

膨胀石墨材料具有丰富的表面官能团和大的比表面积，因此可以作为催化剂的载体或直接作为催化剂。

质子交换膜燃料电池铜基改性双极板研究

质子交换膜燃料电池铜基改性双极板研究摘要：质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新兴的绿色能源技术，其具有高效、环保、可靠、噪音低等优点，因而被广泛关注。

铜基双极板作为PEMFC中关键的材料之一，对燃料电池的性能表现有着重要的影响。

本文针对铜基双极板的性能进行改性研究，以提高其导电性、耐腐蚀性等能力，从而提高PEMFC的性能。

通过添加不同比例的导电性添加剂，利用电化学分析技术、表面分析技术等手段，研究不同材料对铜基双极板的影响，通过实验发现添加适量的碳纳米管和金属氧化物等添加剂，铜基双极板的性能得到了显著提高。

关键词：质子交换膜燃料电池；铜基双极板；改性；导电性；耐腐蚀性。

Abstract:The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is an emerging green energy technology, which has the advantages of high efficiency, environmental protection, reliability, low noise, etc., and thus has been widely concerned. Copper-basedbipolar plates, as one of the key materials in PEMFC, have important influence on the performance of fuel cells. In this paper, the performance of copper-based bipolar plates was studied by modification, in order to improve its conductivity, corrosion resistance and other capabilities, and thus improve the performance of PEMFC. By adding different proportions ofconductive additives, using electrochemical analysis technology, surface analysis technology and other means, the influence of different materials on copper-based bipolarplates was studied. It was found that adding proper amount of carbon nanotubes and metal oxides and other additives could significantly improve the performance of copper-based bipolar plates.Keywords: Proton exchange membrane fuel cell; Copper-based bipolar plate; Modification; Conductivity; Corrosion resistance.1. 引言在全球环保和能源危机的情况下，寻找一种新型的可再生绿色能源已经成为全球各国的共同目标。

燃料电池双极板研究进展调研报告(全面)

燃料电池双极板研究进展调研报告1. 国内外现状质子交换膜燃料电池(PEMFCs)可以将氢能直接转化为电能，被认为是下一代汽车，固定式和便携式应用中最具前景的新能源系统。

PEMFCs具有启动快，工作温度相对较低，对各种环境能够快速响应，无污染和高能效等优点。

一个PEMFC电堆通常由双极板(BPPs)，膜电极组件(MEAs)，密封垫和端板组成。

在这些组件中，BPPs约占电堆重量的80%，几乎全部的电堆体积，以及约18-28%的电堆成本。

此外，BPPs在PEMFC电堆中具有至关重要的作用，如传导电子，分配化学燃料，分隔单个电池，支撑薄而机械强度较弱的MEAs，以及促进电池内部的水管理。

因此，BPPs必须满足可加工性，耐电化学腐蚀，界面导电性和成本效益等要求。

目前常用的双极板包括石墨材料、石墨复合材料、金属材料，这三种双极板材料均具有良好的导电性，但针对不同的应用场景要有一些特殊考虑。

纯石墨双极板导电性好，但通常要机械雕刻出流道，加工效率低、成本高，是第一代双极板技术，已逐渐被取代。

石墨复合材料通常是采用碳粉与树脂等组分按一定比例混合制成的，可以通过模压方法加工流场，具有良好的经济性；但树脂等非导电性物质的加入会在一定程度上影响导电性，尤其是在大电流密度下表现明显，不利于提高功率密度；因此，石墨复合材料要在保证双极板的致密性、可加工性基础上尽可能提高导电性。

金属是电与热的良导体，其作为双极板材料得到越来越普遍的应用，尤其是车辆空间限制(如乘用车)，要求燃料电池具有较高的功率密度。

薄金属双极板以其可以实现双极板的薄型化及本征的优良导电特性，成为了提高燃料电池功率密度的首选方案；目前各大汽车公司大都采用金属双极板技术，如丰田汽车公司、本田株式会社、现代汽车有限公司等。

金属双极板技术挑战是其在燃料电池环境下(酸性、电位、湿热)具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件与材料的相容无污染性。

目前常用的金属双极板材料是带有表面涂层的不锈钢或钛材。

pem双极板阳极腐蚀电位要求

pem双极板阳极腐蚀电位要求
PEM双极板阳极腐蚀电位要求。

在聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）中，双极板是一个关键的
组件，它不仅承担着电子和质子传输的功能，还需要具有良好的耐
腐蚀性能。

其中，阳极腐蚀电位是双极板耐腐蚀性能的重要指标之一。

PEM双极板在工作过程中会受到酸性环境和电化学反应的影响，因此其阳极腐蚀电位要求较高。

这意味着双极板的阳极在一定的电
位下应该具有较好的抗腐蚀性能，以确保其长期稳定地工作在燃料
电池中。

为了满足PEM双极板阳极腐蚀电位的要求，需要采用合适的材
料和表面处理技术。

首先，选择耐腐蚀性能较好的材料作为双极板
的基底材料，如不锈钢、钛合金等。

其次，可以采用表面涂层或涂
覆一层耐腐蚀性能较好的材料，如铂、铑等贵金属，以提高双极板
的抗腐蚀能力。

除了材料选择和表面处理外，良好的设计和制造工艺也是确保
PEM双极板阳极腐蚀电位要求的关键。

通过优化双极板的结构设计和制造工艺，可以减少其在酸性环境中的腐蚀速度，从而提高其使用寿命和稳定性。

总之，PEM双极板阳极腐蚀电位要求是影响燃料电池性能和稳定性的重要因素。

通过合理的材料选择、表面处理和制造工艺，可以有效地满足这一要求，从而推动燃料电池技术的发展和应用。

PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展

PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展摘要质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。

该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发，系统总结了相关研究进展。

首先根据燃料电池的市场需求，分析了应用金属双极板的优势；对金属双极板及其涂层导电性和耐久性的典型测试方法进行了讨论，并对近期文献中出现的多种涂层进行了评价，发现除合金涂层外大部分涂层能满足美国能源部2020目标。

如图１所示，PEMFC 的工作环境恶劣：高湿度、高电势、温度分布不均匀。

同时，PEMFC的工作状况复杂，在实际的车辆应用中，燃料电池主要经历４种工况：启/停工况、怠速工况、高负载工况和变载工况。

工况的变化可能会导致反应气体不足，而反应气体不足和启/停工况则会带来高电势。

此外，PEMFC在运行中偶尔也会发生控制故障，导致膜的干燥或水淹现象发生。

研究燃料电池工作环境和工作状况下金属双极板的导电性和耐久性至关重要。

图1 PEMFC工作环境及工作状况对金属双极板的影响本文聚焦于金属双极板及其涂层的导电性和耐久性，综述了相关研究进展。

首先简要概述了近年来PEMFC电堆的产品市场，并根据燃料电池制造商的选择指出了研究金属双极板及其涂层的重要性，对涂层进行了分类；然后，讨论了测试方法，对涂层进行了比较；接下来揭示了工作环境和工作状况对金属双极板及其涂层的导电性和耐久性有显著影响，阐述了各因素所造成的影响，最后提出了未来的研究方向。

１、双极板的类型与涂层双极板是PEMFC电堆的重要组件，约占整体70％的质量和30％的价格。

根据双极板材料的不同可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。

石墨及其复合材料脆性大、渗气性高、成本较高，相比之下,金属双极板强度更高，具有更好的成形性、抗冲击性和较低的渗气性。

图２整理了部分国内外制造商的车用PEMFC电堆的体积功率密度及其双极板类型。

PEMFC金属双极板的腐蚀性能：综述

PEMFC金属双极板的腐蚀性能：综述Renato A. Antunes a,*, Mara Cristina L. Oliveira b, Gerhard Ett b, Volkmar Ett ba Engenharia de Materiais, Universidade Federal do ABC (UFABC), 09210-170 Santo Andre´, SP, Brazilb Electrocell Ind. Com. Equip. Elet. LTDA, Centro de Inovac¸a˜o, Empreendedorismo e Tecnologia (CIETEC), 05508-000 Sa˜o Paulo, SP, Brazil摘要：质子交换膜燃料电池因其相对其他电池有较高的转换效率和环境友好的特点在动力电源领域引起人们的广泛关注。

双极板是燃料电池的关键组成部分，其质量和成本在燃料电池中占很大比重。

相比石墨双极板，金属双极板有着更高的机械强度和更小的电阻，但是因为在金属表面会逐渐生成氧化层，从而导致电阻增大，降低燃料电池的效率，所以金属双极板的抗腐蚀性能得到很广泛的关注。

本文介绍了最近文献中对金属双极板腐蚀性能的研究结果。

关键词：PEM燃料电池；金属双极板；腐蚀；不锈钢；镀层1 绪论CO2,NOX和SOX等导致温室效应气体的过量排放使全球气候逐渐变暖，因此使用较小污染的能源作为化石能源的替代显得尤为重要[1,2]。

在众多新颖的技术研究中，质子交换膜燃料电池有着能量密度高，启动速度快，启动温度低和导致温室效应的气体排放量低等特点，开始被用作汽车和公共汽车的动力[3]。

通用汽车，福特，丰田和标志等较大的汽车生产厂商都在进行燃料电池电动车的开发,在2008年夏天，本田第一款商业燃料电池汽车投放美国市场[4]。

然而，与常规的内燃机相比，要完全达到汽车产业化的要求，就需要克服燃料电池的寿命和成本的问题[5]。

技术燃料电池金属双极板制造方法综述

图3 双极板辊压成形工艺示意图
2.1.4 磁脉冲成形
美国俄亥俄州大学对金属双极板磁脉冲成形工艺方法进行了研究，所依据的原理是电磁感应定律，图4为磁脉冲成形原理示意图。电容组放电且在线圈周围产生变化的磁场，工件在脉冲磁场中产生感应电流，感应电流产生反向瞬时磁场，从而洛伦兹力充当排斥力使工件冲击模具发生变形。目前，已成功制造出了厚度0.1mm，流道深度0.0311mm的镁合金双极板。磁脉冲成形具有成形能力好、效率高、成本低、表面质量与尺寸一致性好等优点，但大尺寸双极板成形困难，提高复合板的耐磨性是难点。
引言
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学能转化成电能和热能的装置，具有能量转化效率高、启动迅速、环境友好、工作安静、可靠性高等优点，应用前景广阔，但目前双极板制造成本偏高、体积比功率偏低，严重制约了PEMFC的产业化进程。作为PEMFC关键件，双极板的质量占到整个燃料电池堆的60%～80%，占总成本的40%～60%。双极板的主要功能是分隔反应气体、均匀导入反应气体、收集并传导电流、支撑膜电极、实现整个燃料电池系统快速散热和排水。为此，双极板应具有良好的导电性能、导热性能、耐腐蚀性能、阻气性能以及一定的机械强度，表1为美国能源部(DOE)提出的车载PEMFC双极板的性能指标。
2 金属双极板成形方法
目前金属双极板成形技术主要有塑性成形技术、液态成形技术和特种加工技术。
2.1 塑性成形
2.1.1 软膜冲压成形
金属双极板软模冲压成形过程如图1所示，用软模（如聚氨酷橡胶）来代替传统冲压成形中的一个钢模，成形时，钢模在液压机作用下向下运动，挤压金属薄板和橡胶垫，橡胶垫产生变形，在摩擦力作用下与板料一起填充满模具型腔。利用该技术已成功制备了带有蛇形流道的SS304 不锈钢双极板，流场宽度0.8mm，流场深度0.5mm，流场脊宽1.2mm。软模成形方法可在同一个工序上完成多个工步（如成形、冲孔或切边等），生产效率高，双极板表面质量佳，不会产生翘曲和破裂，且模具结构简单，成本低。但受到橡胶垫的流动性影响，软膜成形存在成形极限问题，此外，有待提高橡胶垫片的耐磨性。

膨胀石墨多次膨胀机理

膨胀石墨多次膨胀机理膨胀石墨是一种具有特殊结构和性质的材料，其多次膨胀机理引起了广泛的研究兴趣。

在本文中，我们将探讨膨胀石墨多次膨胀的机理，并解释其背后的原理。

膨胀石墨是一种由石墨层片组成的材料，其层片之间存在着间隙。

这些间隙可以容纳分子、原子或离子等物质，使得膨胀石墨具有吸附和膨胀的特性。

膨胀石墨的多次膨胀是指在一定条件下，膨胀石墨可以多次吸附和释放物质，从而引起体积的变化。

膨胀石墨的多次膨胀机理可以通过以下几个方面来解释。

首先，膨胀石墨的层片之间存在着范德华力，这种力可以使得层片之间的间隙发生变化。

当外界条件改变时，比如温度的升高或压力的增加，范德华力的作用会导致层片之间的间隙发生变化，从而引起膨胀石墨的体积变化。

膨胀石墨的多次膨胀还与其结构中的孔隙和缺陷有关。

膨胀石墨的结构中存在着各种大小的孔隙和缺陷，这些孔隙和缺陷可以容纳物质的吸附。

当外界条件改变时，比如温度的升高或压力的增加，这些孔隙和缺陷中吸附的物质会发生相应的变化，从而引起膨胀石墨的体积变化。

膨胀石墨的多次膨胀还与其结构中的层片之间的相互作用有关。

膨胀石墨的层片之间存在着范德华力和静电相互作用力，这些相互作用力可以使得层片之间的间隙发生变化。

当外界条件改变时，这些相互作用力的作用会导致层片之间的间隙发生变化，从而引起膨胀石墨的体积变化。

膨胀石墨的多次膨胀机理是一个复杂的过程，涉及到范德华力、孔隙和缺陷以及层片之间的相互作用等因素。

通过研究膨胀石墨的多次膨胀机理，我们可以更好地理解膨胀石墨的性质和应用，并为其在吸附、储能等领域的应用提供理论基础。

膨胀石墨的多次膨胀机理是一个复杂而有趣的研究课题。

通过深入研究膨胀石墨的结构和性质，我们可以揭示其背后的原理，并为其在材料科学和能源领域的应用提供理论指导。

希望本文对读者对膨胀石墨多次膨胀机理有所启发，并促进相关领域的研究和发展。