Композитные биполярные пластины на основе ПБД: селективное распределение сажи для построения проводящей сети, общее количество наполнителей 60 Вт%, что соответствует стандарту

Предыстория исследования и конструкция материала

Композитные биполярные пластины на топливных элементах с субкоммутационной мембраной на основе полимера (PEMFC) обычно требуют включения токопроводящего наполнителя более 80 Вт для удовлетворения требований к электропроводности, что создает давление на легкий реактор. Исследование, опубликованное в Journal of Applied Polymer Science, показало, что оптимизация проводящих каналов с помощью многоразмерных проводящих наполнителей является эффективной стратегией повышения эффективности наполнителей.

Изучает графитовую пластину (GF) в качестве основного проводящего наполнителя, сажу (CB) в качестве вторичного наполнителя, через сухую дисперсию процесса подготовки композитных биполярных пластин на основе полибензоазина (PBA) и систематически изучает размер и содержание графитовых пластин, соотношение GF / CB на электропроводность и различные эксплуатационные характеристики.

Ключевые данные и производительность

Результаты показывают, что меньшие размеры графитовых пластин помогают получить лучшие электрические характеристики. Поскольку сажа избирательно распределена в базовой фазе PBA, проводимость композитных биполярных пластин PBA / GF / CB значительно улучшилась: при том же общем содержании наполнителя бинарная система PBA / GF, содержащая только графитовые пластины, не достигла цели 100 S / cm, установленной DOE, а проводимость после добавления 4 Вт% сажи достигла 116,36 S / cm, что соответствует требованиям DOE.

, из которых композитные биполярные пластины, содержащие 52 Вт% графита и 8 Вт% сажи, демонстрируют наилучшую производительность, внутренняя проводимость поверхности достигает 153,12 S / cm, максимальная плотность мощности 673,13 мВт / cm². Кроме того, композитные биполярные пластины PBA / GF / CB демонстрируют удовлетворительную прочность на изгиб, теплопроводность, коррозионную стойкость и гидрофобию.

Откровение для промышленности полимерных добавок

Основная идея исследования заключается в использовании синергического распределения наполнителей разных размеров для снижения общего использования проводящих наполнителей. Избирательное позиционирование сажи в базовой фазе, по сути, играет аналогичную функцию « моста проводящей сети», которая имеет сходство с идеей построения сети наполнителей в резиновой формуле путем усиления наполнителя и сажи. В области шин и резины белый уголь и сажа в сочетании с обычным средством снижения сопротивления качению, балансировки износостойкости и захвата земли, дисперсия и распределение наполнителя в матрице также непосредственно определяют конечную производительность.

С точки зрения конструкции формулы, исследование предполагает, что эффективность наполнителя зависит не только от количества добавок, но и от пространственного распределения наполнителя в полимерной фазе и способа соединения. Для системы смешивания и вулканизации резины дисперсная однородность наполнителя, взаимодействие наполнителя с резиновой базой и влияние процесса обработки на формирование сети наполнителя являются ключевыми переменными, определяющими электропроводность, теплопроводность и механические свойства изделия. Хотя исследование ориентировано на биполярные пластины топливных элементов, его методология мультиплексирования и селективного распределения многоразмерных наполнителей может служить основой для оптимизации системы резиновых наполнителей.

Следует отметить, что исследование использует сухой процесс дисперсии для подготовки композитов на основе полибензозолазина, путь обработки и смешивание резины имеют очевидные различия, соответствующие выводы не могут быть непосредственно применены к формуле шины. Кроме того, в исследовании не рассматривается влияние резиновых добавок, таких как антивозрастные и антиоксиданты, на долгосрочные характеристики старения системы, применимость механизма селективного распределения сажи в резиновой базе также нуждается в дальнейшей проверке.

Источник: Conductive Network Enhancement in Polybenzoxazine‐Based Composite Bipolar Plates via Selective Localization of Carbon Black， Обработано химикатами Herun.