测试聚四氟乙烯涂层在高分子电解质型燃料电池中对碳纸性能的影响.docx

本科生毕业设计（论文）外文翻译

测试聚四氟乙烯涂层在高分子电解质型燃料电池中对复写纸性能的影响
D. Bevers*, R. Rogers, M. Von Bradke
德国航空航天研究机构（DLR），技术热力学研究，Pfaffenwaldring 38-40.70569斯图加特，德国1996年6月20日获得；1996年8月2日被公认。
摘要：聚合物燃料电池的电解质构成增益动量，取决于可实现高功率密度和相对简单的处理。因为他们的实际反应催化层大约<< 10μm。复写纸经常被作为额外的支持目的是提高在燃料电池中气体的分布和水的管理。通过聚四氟乙烯涂层的悬浮液复写纸通常是疏水的。通过纸平面的导电率聚影响四氟乙烯涂层及烧结时间，本文分析讨论了透气性和纸张的疏水性。
关键词：聚合物电解质燃料电池；涂层；复写纸
1 引言
聚四氟乙烯涂层
将西格里纸裁切成9㎝X9㎝的正方形并泡在丙酮里一小时，目的确保碳纤维是清洁的并且纸张是无灰尘的。在纸张进行简单的冲洗之后丙酮溶液静置几分钟，纸张允许的干燥温度是80—100℃。为了给纸张覆盖PTFE，9㎝X9㎝的样品缓慢的降落于PTFE悬浮液中，悬浮液吸附到纸张上的速度要慢。纸张放置于悬浮液5分钟然后取出，为了干燥纸张，将纸张平置于正方形13针的配置上（针对性）。这使聚四氟乙烯干在纸张的表面均匀并且当样品发生挂干时避免大量的PTFE干燥在纸张部分区域 。然而，观察到了在干燥过程中聚四氟乙烯的迁移：较高量的PTFE干燥在纸张的四个边缘与其中心部分做比较。然而，这并非是不利于研究，纸张中心的PTFE含量是一致的，从这个区域切割下实验中使用的样本，剩下的聚四氟乙烯类似的制备的碎片负荷偏差在3—4%的范围内（图2）与PTFE考虑到的负载范围0—200%作比较。PTFE质量百分比计算方法是（（mhydr —munhydr）/munhydr）X100换句话说就是PTFE/复写纸的重量比。
2.3 烧结
样品置于温度低于200℃的烧结炉中，烤箱加热到所需的温度，这一过程长达10分钟。一旦已经达到所需的温度标记下时间。当标记的时间反映预期的烧结时间，烤箱是快速冷却（2-3分钟）到150-200℃并取出样品。为了确保PTFE含量尽可能最好的均匀性，整个9 cmx9厘米的样品片与PTFE涂层后烧结，然后切成来自烧结方块的单个样品。在390℃中具有不同的PTFE负载样品的烧结时间为20分钟，不同烧结温度下的样品的烧结时间是15分钟。

烧结温度/℃
图2烧结前后聚四氟乙烯样品的百分含量

图3气流的压降在样品具有的不同烧结温度；流动率；20SLPM.PTFE；180wt%.样品区：3.14cm2
2.4 导电率实验
该疏水化纸张的贯通面的导电性是通过夹住样品测量2个对准的铜电极并测量样品在下不同施加压力下贯通面的电阻（最多540块），测定值表示由于疏样品接触电阻的变化。使用的电极是由每次实验前抛光的固体铜组成的。都有22毫米直径的圆的接触表面区域。通过面电阻的测定使用毫欧表（HP 4228A，1 KHZ下四点测量法）验证电阻短路后铜电极的稳定性（其间没有样本）电线连接欧姆计的电极上，电极的背面用导电的银化合物胶水。
2.5 散射实验
通过测定流经纸平面的压力降评价透过直面的气体扩散，只要数据趋势相对于烧结温度和PTPE的百分含量如何影响对流和扩散而言，这些压降实验揭示了相同的基本信息。两段内径20 mm的有机玻璃管，端到端的放置形成了本次实验中气体流动的主要通道。一个小的金属板凭借其平面导向放在气体入口的一端。目的是破坏任何集中的气流以至于撞击样品表面，严重的影响样品表面，从而导致降压纸平面错误的度数。拟合了其中的两根管子使直径为26mm的圆形样品垂直于气流嵌入它的平面上。所有管道管和管样品接触是密封的,直面的压力降的测量是通过样品侧边管壁上的小孔得到的，都连接到两端含乙醇的U型管。U型管中两乙醇柱之间的高度差是由于直接测量纸张表面的压降导致的，使用乙醇使得柱高度读数较高，比所看到的比如水这样更密集的液体更容易读取。 通过测量气体的入口压力调节气体流量。
2.6 疏水性实验
纸张的疏水性标志是通过观察样品在软化水压力下浸泡十分钟。通过比较样品采取前和立即浸泡后的样品重量，可以做出样品的吸水量的测定。将样品放入水中，应用压力为10bar并且整个应用程序只允许持续十分钟。本实验先前的尝试是用较低的压力级别，虽然在最初的结果他们都取得了相似的发展趋势，但同一个样品使用两次时这些结果不能被转载。
2.7 实验顺序
三个纸张性能的研究（（i）纸张的疏水性；（ii）通过纸平面氧气流动的压降；（iii）通过纸平面的电导率）样品的制备涉及的两个因素，聚四氟乙烯在纸上的涂层量，和烧结温度。样品研究的实验顺序：（i）纸张的疏水性；（ii）流经纸平面氧气的压力降；(iii)通过纸平面的电导率，及（iv）氧气流经纸平面的压降，进行第二次试验观察与第一次由于“挤压”的电导率实验效果的不同，在电极之间的高压下按下样品，有两个不同的样品的测量至少重复两次。
2.8 假设
这个假设是通过SEM图片证明的。图9（a）表明了PTFE质量分数为25%的纸张，图9（b）是聚四氟乙烯质量分数为60%的纸张。可以清楚地观察到不同数量的封闭孔。当更多数量的聚四氟乙烯涂层和更完整的隔热纸张纤维加入时，导电率下降（图10）。试图轻轻打磨样品表面证明在增加其导电性能中是无效的并且在读数中不能采取未经处理的样品，因为他没有结合聚四氟乙烯，在实验中样品分解成碳粉。
如图可知：最后，一个显着的差异是它已经为电导率测量电极之间在他们的能力方面的压力，以允许气体流过他们的纸平面新产生的样本与原样本之间，如图2可知。测量的压降比已经历过电极之间的压缩采样高得多。这迫使聚四氟乙烯变平并填充纸纤维之间的空间，使得纸更像薄膜，因此更多的是通过其平面的气体流抗性。这是类似在燃料电池中使用的书写纸，其中该纸也暴露于压力，因此最大限度地降低接触电阻是很重要的。
结论