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题名PTFE浓度对气体扩散层用碳纸性能的影响
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作者
徐怡珺
卢雪峰
刘城
冯勇
田合鑫
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机构
江南大学纺织科学与工程学院
上海嘉资新材料科技有限公司
贵州梅岭电源有限公司
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出处
《功能材料》
北大核心
2025年第5期5008-5015,共8页
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基金
国家重点研发计划项目(2021YFB4001303)。
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文摘
质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中产生的液态水无法及时排出会导致孔隙堵塞进而影响电池运行效率的问题,因此排水性能对气体扩散层(GDL)用碳纸至关重要。以聚四氟乙烯(PTFE)为疏水剂,采用5种不同质量浓度(5%、10%、15%、20%、25%)(质量分数)的PTFE乳液对气体扩散层用碳纸进行疏水处理。通过SEM、孔隙率、垂直平面(TP)透气率、接触角、机械性能、TP电阻率,系统表征了碳纸的结构与性能,并通过组装成膜电极测试了气体扩散层的单电池性能。结果显示,当PTFE浓度从5%(质量分数)增加到25%(质量分数)时,碳纸的TP渗透率大幅下降,从197.62 mL·mm/(cm^(2)·h·Pa)降至102.07 mL·mm/(cm^(2)·h·Pa),与未处理的碳纸相比经25%(质量分数)PTFE处理的碳纸透气性能降低了53.4%。随着PTFE浓度增加,碳纸的接触角从125°提升至152°,其疏水性能显著提升。PTFE浓度对碳纸力学性能的影响不明显,随着PTFE浓度的提高,碳纸拉伸性能有轻微下降,弯曲性能轻微提升。在相同压力(1MPa)下,碳纸的TP电阻率随着PTFE浓度的增加而变大,当PTFE浓度从5%(质量分数)增加到25%(质量分数)时,碳纸的TP电阻率从9.02 mΩ·cm^(2)增加到15.8 mΩ·cm^(2),增加了75.15%。组装的单电池性能测试结果表明PTFE浓度为10%性能最佳,此时碳纸的接触角为133°,TP透气率为181.80 mL·mm/(cm^(2)·h·Pa),TP电阻率为10.07 mΩ·cm^(2)。
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关键词
气体扩散层
碳纸
聚四氟乙烯(PTFE)浓度
疏水处理
单电池性能
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Keywords
gas diffusion layer
carbon paper
polytetrafluoroethylene(PTFE)concentration
hydrophobic treatment
performance of the single cell
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分类号
TM911.4
[电气工程—电力电子与电力传动]
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