高导电性生物质碳布的制备及其燃料电池气体扩散层性能

作者：田煜彬; 田超凡; 李森; 赵永鑫; 邢涛; 李智; 陈萧如; 向帅蓉; 代鹏程^*

来源：无机材料学报, 2023, 38(11): 1316-1326.

• 生物质
• 碳布
• 碳纳米管
• 气体扩散层
• 燃料电池

气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的关键部件之一,成本占燃料电池膜电极的40%～50%。开发低成本、高性能的GDL生产工艺,可以降低燃料电池成本,推动燃料电池商业化进程。本研究以纤维素棉布为原料,通过铁基化合物的催化石墨化作用,在较低温度(1500℃)下生成了一种高导电、高孔隙率的柔性生物质碳布。碳布由相互连接的微米级碳纤维组成,形成了丰富的孔道,其孔隙率为76.93%。经过铁基化合物催化,碳纤维的表面原位生成了大量碳纳米管团簇,增加了碳布的导电性,使其平面电阻率降低至34mΩ·cm,垂直电阻率在2 MPa压力下降低至2.8 mΩ·cm,性能达到商业碳布的标准。生物质碳布作为气体扩散层的燃料电池在0.7 A·cm-2电流密度处功率密度达到0.4W·cm-2,超过了相同催化剂(Pt)负载量的商业碳布(0.34W·cm-2)的电池功率密度。本研究制备的生物质碳布制备简单、价格低廉、性能优秀,为开发低成本、高性能气体扩散层提供了新的思路。

• 单位
  西安交通大学; 山东能源集团有限公司; 中国石油大学（华东）