燃料電池分離器用Ti/VGCF復(fù)合材料的開發(fā)

研究簡(jiǎn)報(bào)

燃料電池分離器用Ti/VGCF復(fù)合材料的開發(fā)

燃料電池的重要部件之一是分離氧和氫的分離器。目前分離器材料分為碳系和金屬系兩種，碳系分離器導(dǎo)電性、防氣體滲透性好，但加工性能差，難以薄型化，而不銹鋼金屬系有較好的耐蝕性、加工性及強(qiáng)度，且可薄板化使元件小型化成為可能，但其表面的氧化膜會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電性變差，而鈦金屬系盡管具有優(yōu)良的耐蝕性，但導(dǎo)電性也差。因此日本研究人員嘗試開發(fā)由鈦及碳材料組成的復(fù)合材料，但采用粉末冶金法燒結(jié)時(shí)，溫度必須在800 ℃以上，易生成TiC，從而不能得到良好的導(dǎo)電性。為此，開發(fā)了一種在室溫下將金屬粉末固化的新型成形方法，即常溫壓縮剪切(COMSE-RT)法。

常溫壓縮剪切法是在移動(dòng)板及固定板之間填充金屬粉末，然后在對(duì)上、下板施以壓縮應(yīng)力的同時(shí)，再對(duì)移動(dòng)板施以剪切應(yīng)力，使之移動(dòng)，從而使金屬粉末變形，破壞其氧化膜，新生面互相結(jié)合，固化成形為薄板狀。用這種方法成形的純鈦薄板，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)900 MPa，是純鈦軋制板材的2倍。

實(shí)驗(yàn)采用日本東邦技術(shù)公司生產(chǎn)的純鈦粉末，純度99%，粒徑45 μm以下，為氫化脫氫粉末。導(dǎo)電材料采用日本昭和電工氣相生長(zhǎng)法生產(chǎn)的納米碳纖維(VGCF)，直徑150 nm，長(zhǎng)10～20 μm。將鈦粉和VGCF兩種材料按體積比19∶1的比例放入SKD鋼制容器中，并放入直徑5 mm的鋼球。在氬氣氣氛下進(jìn)行三軸振動(dòng)球磨，以300 r/min的轉(zhuǎn)速混合8 h。混合粉末置于移動(dòng)板和固定板之間，施加壓縮應(yīng)力 1 250 MPa(P=500 kN)一定時(shí)間后，在維持壓縮應(yīng)力的同時(shí)使移動(dòng)板移動(dòng)，剪切速度為10 mm/min，剪切距離為11.5 mm，這時(shí)試料厚度約為0.25 mm。這樣就制得了VGCF體積分?jǐn)?shù)為5%的0.25 mm厚的Ti/VGCF薄板。

電阻測(cè)定結(jié)果顯示，這種Ti/VGCF復(fù)合材料的接觸電阻約為5 mΩ·cm2，與純鈦(約42 mΩ·cm2)相比大大降低，與目前使用的碳樹脂復(fù)合材料(約5～7 mΩ·cm2)幾乎相當(dāng)。Ti/VGCF復(fù)合材料有望用作燃料電池用分離器的材料。

吳全興譯自《チタン》