学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

石墨/乙烯基酯树脂复合材料的制备及性能研究

作　者: 杜海芹
导　师: 方卫民
学　校: 浙江大学
专　业: 化学
关键词: 燃料电池复合材料双极板石墨乙烯基酯树脂
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 12次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)关键部件之一,在整个电池重量与成本控制方面起着非常重要的作用,开发性能优良且成本低廉的的双极板材料是目前PEMFC研究的重点。本文以石墨为导电填料、热固性乙烯基酯树脂(VER)为粘合剂,采用非等温差示扫描量热分析(DSC)研究了石墨/VER复合材料固化行为；从树脂含量、石墨种类、导电填料球型石墨与鳞片石墨的不同比例、炭黑含量、真空模压、模压压力及固化温度等方面对制备的石墨/VER复合双极板的导电性能、力学性能、热稳定性及微观结构等进行了初步的研究。实验结果表明：经计算所得VER的表观活化能Ea为46.15kJ/mol,石墨/VER复合体系的表观活化能Ea为79.82kJ/mol; VER反应级数n为0.950,石墨/VER复合体系的n为0.951；石墨的加入提高了树脂固化的表观活化能,但对反应级数几乎无影响。复合体系中树脂的固化放热量的平均值△H比纯VER体系的约降低17%,一定程度上降低了树脂的固化反应程度；石墨/VER复合体系中树脂几乎不存在后固化现象。利用外推法获得了石墨/VER复合材料理论固化温度参数,即凝胶温度Tgel≈70.5℃、固化温度Tcure≈104.6℃、后处理温度Ttreat≈187.2℃,为石墨/VER复合双极板的固化温度提供理论依据。选用真空模压,以球型石墨与鳞片石墨配比为3：7(w/w)的混合物为导电填料,VER树脂含量20wt%～25wt%,炭黑含量3wt%-4wt%,模压压力为6MPa,三段固化温度、时间分别为：80℃～0.5h、120℃～1h、160℃～0.5h时,可制得综合性能优良的石墨/VER复合板；石墨/VER复合板在300℃左右仅失重1%,产品完全能适用于质子交换膜燃料电池工作环境中；自制球型石墨/VER复合板力学性能优于球型/GCPI(热塑性聚酰亚胺)复合板和德国的SCHUNK板。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-26
  1.1 燃料电池概述  11-14
    1.1.1 定义  11
    1.1.2 国内外发展  11-12
    1.1.3 燃料电池的优点  12-13
    1.1.4 燃料电池的分类  13-14
  1.2 质子交换膜燃料电池(PEMFC)  14-16
    1.2.1 质子交换膜燃料电池工作原理  14-15
    1.2.2 质子交换膜燃料电池优点及应用前景分析  15-16
  1.3 质子交换膜燃料电池双极板  16-22
    1.3.1 双极板的功能特点及性能要求  16
    1.3.2 双极板材料种类及其发展  16-22
      1.3.2.1 石墨双极板  16-17
      1.3.2.2 金属双极板  17-19
      1.3.2.3 复合双极板  19-22
    1.3.3 双极板的主要制作工艺评述及展望  22
  1.4 乙烯基酯树脂  22-24
    1.4.1 乙烯基酯树脂介绍  22-23
    1.4.2 乙烯基酯树脂的固化  23-24
    1.4.3 乙烯基酯树脂导电复合材料  24
  1.5 本文的选题和主要研究内容  24-26
第二章实验部分  26-30
  2.1 实验原料及仪器  26
    2.1.1 主要实验原料  26
    2.1.2 主要实验及测试仪器  26
  2.2 石墨/VER复合材料双极板的制备  26-27
    2.2.1 复合材料预聚体的制备过程  26-27
    2.2.2 复合双极板的成型工艺  27
  2.3 性能测试  27-30
    2.3.1 VER及石墨/VER复合材料的非等温DSC测试  27
    2.3.2 热稳定性测定  27
    2.3.3 双极板抗弯强度的测定  27-28
    2.3.4 双极板的导电性测试  28
    2.3.5 复合双极板的体积密度的测定  28
    2.3.6 硬度测定  28-29
    2.3.7 微观形貌分析  29
    2.3.8 红外谱图分析  29-30
第三章石墨/乙烯基酯复合材料动力学及热稳定性的研究  30-38
  3.1 前言  30
  3.2 结果与讨论  30-37
    3.2.1 纯VER固化前后的红外谱图分析  30-31
    3.2.2 VER和石墨/VER两体系的非等温DSC固化行为研究  31-34
      3.2.2.1 石墨对VER特征固化温度的影响  32
      3.2.2.2 石墨对VER固化反应放热量的影响  32-33
      3.2.2.3 石墨对VER表观反应活化能Ea和反应级数n的影响  33-34
    3.2.3 石墨对VER后固化反应的影响  34-35
    3.2.4 石墨/VER复合材料固化工艺参数的确定  35-36
    3.2.5 石墨/VER的热稳定性的研究  36-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章石墨/VER复合材料的电学性能研究  38-46
  4.1 前言  38
  4.2 结果与讨论  38-44
    4.2.1 外压对材料接触电阻的影响  38-39
    4.2.2 树脂含量对双极板导电性的影响  39-40
    4.2.3 不同种类石墨对复合双极板导电性能的影响  40-41
    4.2.4 不同种类石墨之间配比对极板导电性能的影响  41-43
    4.2.5 炭黑及其含量对双极板导电性能的影响  43-44
    4.2.6 真空模压对双极板的导电性能研究  44
  4.3 本章小结  44-46
第五章石墨/VER复合材料的力学性能研究  46-56
  5.1 前言  46
  5.2 结果与讨论  46-54
    5.2.1 树脂含量对双极板力学性能的影响  46-47
    5.2.2 模压压力对极板性能的影响  47-50
    5.2.3 固化温度对复合双极板的力学性能的影响  50-51
    5.2.4 导电填料种类对极板力学性能的影响  51-52
    5.2.5 炭黑及其含量对极板力学性能的影响  52-53
    5.2.6 自制双极板与其他双极板性能比较  53-54
  5.3 本章小结  54-56
第六章结论  56-58
参考文献  58-64
硕士期间发表的论文  64

石墨/乙烯基酯树脂复合材料的制备及性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文