聚吡咯/复合石墨板—气体扩散层接触电阻研究

论文摘要

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能不经燃烧直接转化为电能的发电装置。由于它具有能量转化率高、低排放、能量和功率密度高等优点而被认为是未来的理想电源。双极板是燃料电池的重要组成部分,它为电池分配燃料与氧化剂并串联相邻电池。双极板分金属型和石墨型两种。其中石墨型双极板由于具有耐腐蚀,质量轻等优点而成为今后的发展方向。但存在于石墨板-气体扩散层间的接触电阻阻碍了石墨板性能的进一步提高。寻找有效降低石墨板-气体扩散层间接触电阻的工艺已成为燃料电池中石墨型双极板产业化中的重要课题。本论文针对这一问题进行了一些探索和尝试。论文从增大石墨板与气体扩散层的接触面积入手,采用聚吡咯这种高导电材料对石墨板表面进行了修饰。本文首先比较了三种不同形态聚吡咯对接触电阻的作用结果,考察了不同控制条件如聚合时间、聚合温度、掺杂离子浓度、聚合电位和吡咯单体浓度对石墨板-气体扩散层接触电阻的影响。本文还比较了不同压力下聚吡咯纳米线对接触电阻的降低结果。使用扫描电子显微镜等实验手段对所制复合板的表面形貌进行了观察,结合聚吡咯纳米线的高电导率的性质,基本确定了聚吡咯纳米线对接触电阻的作用机理。实验发现聚吡咯纳米线可以有效地降低石墨板-气体扩散层间的接触电阻,实验摸索出了降低接触电阻的最佳条件。本文提出的聚吡咯纳米线修饰石墨板以降低石墨板-气体扩散层接触电阻的技术成本低廉,适于工业化,这将为燃料电池提高效率和走向实用化很有意义。

论文目录

• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 燃料电池
• 1.1.1 概念及特点
• 1.1.2 质子交换膜燃料电池组成及工作原理
• 1.1.2.1 膜电极
• 1.1.2.2 双极板
• 1.1.3 双极板的要求和类型
• 1.1.3.1 金属双极板
• 1.1.3.2 石墨双极板
• 1.1.4 双极板中的接触电阻问题
• 1.1.4.1 金属双极板中接触电阻
• 1.1.4.2 解决方法
• 1.1.4.3 石墨双极板中接触电阻
• 1.1.4.4 解决方法
• 1.2 聚吡咯
• 1.2.1 合成
• 1.2.1.1 化学法
• 1.2.1.2 电化学法
• 1.2.1.3 光化学法
• 1.2.2 掺杂
• 1.2.2.1 化学掺杂
• 1.2.2.2 电化学掺杂
• 1.2.2.3 界面电荷注入掺杂
• 1.2.3 形貌
• 1.2.4 导电特性
• 1.2.4.1 导电载流子及导电机理
• 1.2.4.2 影响电导率的主要因素
• 1.3 本文的选题和主要工作内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 复合板实验原料和设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 鳞片石墨/树脂复合板的加工过程
• 2.3 电阻测量
• 2.3.1 汞电极测量装置
• 2.3.2 铜电极测量装置
• 2.3.3 接触电阻测量
• 2.3.3.1 测量原理
• 2.3.3.2 装置可靠性验证及测量值的选择
• 2.4 聚吡咯纳米线在复合石墨板上的制备
• 2.4.1 实验试剂、材料与仪器
• 2.4.2 合成方法
• 第三章 纳米聚吡咯修饰复合石墨板研究
• 3.1 形态的影响
• 3.2 接触压力
• 3.3 单、双辅助电极
• 3.3.1 对形貌的影响
• 3.3.2 对接触电阻的影响
• 3.4 聚合时间
• 3.4.1 对形貌的影响
• 3.4.2 对接触电阻的影响
• 3.5 高氯酸锂浓度
• 3.5.1 对形貌的影响
• 3.5.2 对接触电阻的影响
• 3.6 聚合温度
• 3.6.1 对形貌的影响
• 3.6.2 对接触电阻的影响
• 3.7 吡咯单体浓度
• 3.7.1 对形貌的影响
• 3.7.2 对接触电阻的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢