(Использование) Разработка графитонаполненных полимерных материалов для композитных биполярных пластин твердополимерных топливных элементов

Организация: Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова.

Описание: Изготовлены композиты с различным содержание связующего. Методом компрессионного формования получены электропроводящие композиты на основе полимерных смол и различных типов графитовых материалов.

Разработаны Программа и методики испытаний, исследовано водопоглощение, термические свойства, электропроводность, определено межфазное контактное сопротивление, а также исследованы физико-механические характеристики (прочность на изгиб, предел прочности при растяжении), исследована структура образцов с помощью оптической и электронной микроскопии; проведены электрохимические испытания композиционных материалов на коррозионную устойчивость.

Графитонаполненные композиционные материалы позволяют улучшить электрические, коррозионные и механические характеристики биполярных пластины твердополимерных топливных элементов по сравнению с металлическими и графитовыми биполярными пластинами. Достигнуты следующие показатели:

контактное сопротивление 0,05 Ом/см2 (предъявляемое требование – не более 0,2 Ом/см2);
электрическая проводимость 195,87 См/см (предъявляемое требование – более 100 См/см);
прочность на изгиб и сжатие 33 МПа (предъявляемое требование – более 25 МПа), что соответствует требованиям, предъявляемым к биполярным пластинам топливных элементов согласно DOE (Министерство энергетики США).

Методом компрессионного формования изготовлены композиционные материалы (КМ) на основе смол (пульвербакелит) СФП и полиоксометилен ПО и содержащие естественный (природный) (ЕГ), коллоидный (КГ), окисленный (ОГ), терморасширенный (ТРГ)), искусственный графит (ИГ), технический углерод, а также углеродные волокна. Установлено, что КМ на основе СФП обладают низким водопоглощением от 0,5 до 4 %. Электропроводность ряда КМ на основе СФП лежит в пределах.

90-195 См·см-1. При использовании естественного графита в качестве наполнителя, композиты обладают более высокой термостойкостью. В условиях эксплуатации низкотемпературных топливных элементов, композиты, изготовленные из терморасширенного графита в качестве наполнителя, так же могут работать без термического разрушения. Согласно предъявляемым требованиям к графитонаполненным полимерным материалам, контактное сопротивление исследованных образцов регистрируется в диапазоне не более 0,2 Ом·см2. С увеличением доли графита в композитах прочность на разрыв уменьшается, прочность на изгиб – возрастает. В ряду наполнителей ТРГ–ОГ–ЕГ наблюдается возрастание прочности на разрыв (4-7-11 МПа), в то время как прочность на изгиб остается на одном уровне (~30 МПа). Коррозионные испытания КМ серий СПФ/КГ и СПФ/ТРГ показали, что с увеличением объемной доли наполнителя возрастают токи окисления-восстановления и токи коррозии во всем исследованном интервале потенциалов (-0,2 – 0,8 В отн. ОВЭ). Для материалов с низким содержанием КГ ток коррозии соответствует составляет ≤1 мкА/см2.

На каком этапе находится проект: TRL 3.

Партнеры: ООО «Ниагара», Центр водородных технологий АФК «Система».

К какому направлению относится разработка, технология: Композиты, водородная энергетика.