Tấm kép hợp chất polybenzooxazine: phân phối chọn lọc carbon đen xây dựng mạng dẫn điện, tổng lượng chất độn 60 wt% là đạt tiêu chuẩn

Bối cảnh nghiên cứu và thiết kế vật liệu

Tấm kép hỗn hợp màng trao đổi chất nền polymer (PEMFC) thường yêu cầu bổ sung hơn 80% chất độn dẫn điện để đáp ứng yêu cầu dẫn điện, gây áp lực lên trọng lượng nhẹ của lò phản ứng. Một nghiên cứu được công bố trên Journal of Applied Polymer Science đã đề xuất rằng việc tối ưu hóa các con đường dẫn điện với chất độn dẫn điện đa quy mô là một chiến lược hiệu quả để tăng hiệu quả của chất độn.

Nghiên cứu sử dụng tấm graphite (GF) làm chất dẫn điện chính và carbon đen (CB) làm chất độn thứ cấp để chuẩn bị các tấm lưỡng cực dựa trên polybenzooxazine (PBA) thông qua quá trình phân tán khô và kiểm tra một cách có hệ thống ảnh hưởng của kích thước và hàm lượng của tấm graphite, tỷ lệ GF/CB đối với độ dẫn điện và hiệu suất dịch vụ khác nhau.

Dữ liệu chính và hiệu suất

Kết quả cho thấy các tấm graphite có kích thước nhỏ hơn giúp đạt được hiệu suất điện tốt hơn. Do sự phân bố có chọn lọc của cacbon đen trong pha ma trận PBA, độ dẫn của các tấm lưỡng cực composite PBA/GF/CB đã được cải thiện đáng kể: hệ thống PBA/GF nhị phân chỉ chứa các tấm than chì không đạt được mục tiêu 100 S/cm do DOE đặt ra ở cùng một hàm lượng chất độn, trong khi độ dẫn đạt 116,36 S/cm sau khi thêm 4 wt carbon đen, đáp ứng các yêu cầu của DOE.

Trong số đó, các tấm kép hợp chất có chứa 52 wt% graphite và 8 wt% carbon đen hoạt động tốt nhất, độ dẫn trong khuôn mặt đạt 153,12 S/cm, mật độ công suất tối đa là 673,13 mW/cm². Ngoài ra, tấm kép composite PBA/GF/CB cho thấy độ bền uốn, dẫn nhiệt, chống ăn mòn và kỵ nước thỏa đáng. Ý tưởng cốt lõi của nghiên cứu này là sử dụng sự phân phối phối hợp của các chất độn quy mô khác nhau để giảm lượng chất độn dẫn điện tổng thể. Vị trí chọn lọc của carbon đen trong pha ma trận, về cơ bản đã phát huy chức năng tương tự như “cầu nối mạng dẫn điện”, có sự tương đồng với ý tưởng xây dựng mạng lưới đóng gói bằng cách bổ sung chất độn và carbon đen trong công thức cao su. Trong lĩnh vực lốp xe và cao su, than trắng đen và carbon đen kết hợp đã là một phương tiện phổ biến để giảm lực cản lăn, cân bằng khả năng chống mài mòn và bám đất, sự phân tán của chất độn trong ma trận và trạng thái phân phối trực tiếp xác định hiệu suất cuối cùng. Từ quan điểm thiết kế công thức, nghiên cứu cho thấy hiệu quả của chất độn không chỉ phụ thuộc vào lượng bổ sung, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố không gian của chất độn trong pha polymer và cách chúng được kết nối với nhau. Đối với hệ thống trộn cao su và lưu hóa, tính đồng nhất phân tán của chất độn, vai trò giao diện của chất độn và ma trận cao su, và ảnh hưởng của quá trình chế biến đối với sự hình thành mạng lưới chất độn, tất cả đều là các biến chính xác định tính dẫn điện, dẫn nhiệt và tính chất cơ học của sản phẩm. Mặc dù nghiên cứu hướng tới tấm kép của pin nhiên liệu, phương pháp của nó liên quan đến việc ghép nối chất độn đa quy mô và phân phối chọn lọc có thể cung cấp tài liệu tham khảo để tối ưu hóa hệ thống đóng gói bổ sung cao su. Điều cần lưu ý là nghiên cứu này sử dụng quá trình phân tán khô để chuẩn bị vật liệu composite polybenzooxazine, có sự khác biệt rõ rệt giữa đường dẫn xử lý và trộn cao su, và kết luận liên quan không thể được đặt trực tiếp cho công thức lốp xe. Ngoài ra, nghiên cứu không đề cập đến tác động của chất chống lão hóa, chất chống oxy hóa và các chất phụ trợ cao su khác đối với hiệu suất lão hóa lâu dài của hệ thống, sự phù hợp của cơ chế phân phối chọn lọc carbon đen trong ma trận cao su cũng cần được xác minh thêm.

Nguồn:Conductive Network Enhancement in Polybenzoxazine‐Based Composite Bipolar Plates via Selective Localization of Carbon Black， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.