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燃料电池发电因其具有高的能量转换效率、无污染等优点,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。扩散层用碳纤维纸作为燃料电池的关键原材料之一,在国内还未实现大规模产业化。由于对制备工艺的研究尚未成熟及对主要原料的认识不充分等原因,国内现阶段的实验室制品与国外商品样相比,仍存在着一定技术差距,严重制约了国内燃料电池的发展。针对国内目前碳纸存在韧性不足、导电性能差、孔径分布不均匀等缺点,本文对韧性表征方法及碳纤维、树脂、炭化温度等对韧性的影响进行了详细探讨;并就碳纤维(长度、直径、表面特性、碳纤维种类)、树脂等原料和炭化温度的变化等方面研究了其对碳纸物理性能的影响,分析了制品的孔隙结构和表面形态。研究结果表明,采用固定载荷力测试纸样在力的作用下弯曲程度,能有效反映碳纸的柔韧性差别,具备可行性。碳纤维直径、表面特性、树脂种类及炭化温度等直接影响碳纸的韧性、结构和性能。一定浓度的偶联剂处理碳纤维能有效改善碳纸中纤维的分散,增加碳纸的匀度,改善纤维与树脂的界面粘结状态。对碳纸这种纤维与树脂的复合材料来说,纤维与树脂间界面结合强度对碳纸韧性起着关键性的影响,当界面粘结较弱或适中时产生韧性断裂;当界面结合较强时产生脆性断裂。在本论文研究范围内,碳纤维在长度为5mm、直径为5.6μm、表面含氧基团多时制备的碳纸综合性能较优、孔径分布较均匀。用偶联剂处理碳纤维时,在用量为2%时,碳纸的透气性能及强度性能优于未经处理的碳纸;以树脂A、树脂B、树脂C为浸渍液制备的碳纸中,树脂C浸渍的碳纸综合性能最好;随着炭化温度的提高,碳纸透气性、导电性能上升,层间距d002减少,碳纸石墨化程度增大。本文对碳纸进行工艺优化后制备的碳纸性能为:厚度0.22mm,密度0.44g·cm-3,孔隙率72%,面电阻率5.5 m?·cm,体电阻率80m?·cm,抗张指数42.4Nm·g-1,透气度11.4 ft3.min-1,与国外商品样相比,性能相当,可满足燃料电池气体扩散层用碳纤维纸的要求。