多级结构生物质碳布的制备及其燃料电池气体扩散层性能

摘要

质子交换膜燃料电池气体扩散层制备工艺存在制备成本高、需要进行疏水处理、生产流程复杂等缺点，以纤维素棉布为原料，在较低温度（1 350℃）下生成一种高导电、高孔隙率、自疏水的柔性生物质碳布，并将其作为气体扩散层，测试燃料电池性能。结果表明：碳布由相互连接的微米级碳纤维组成，形成丰富的孔道，其孔隙率达到76%;通过锆基化合物催化的化学气相沉积，在碳纤维表面化学沉积高石墨化程度的碳纳米片阵列，提高了碳布的导电性，使得其平面电阻率低至60.8 mΩ·cm,穿透电阻率在1 MPa压力下低至19 mΩ·cm,导电性达到商业气体扩散层的要求；将制备的碳布直接作为气体扩散层进行燃料电池性能测试，其在1.2 A·cm^-2处功率密度达到0.6 W·cm^-2,超过相同条件下的商业化气体扩散层(0.58 W·cm^-2)。

关键词

燃料电池 / 气体扩散层 / 碳布 / 生物质 / 分级结构