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炭纸作为燃料电池的气体扩散层,担负集流体、支撑催化剂、透气和排水的重要作用,其性能将直接对燃料电池的性能产生重要影响。本文着眼于对炭纸制备过程中常用的酚醛树脂浸渍剂进行改性,制备了具有更好的力学性能和物理性能的燃料电池用炭纸。首先,利用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)对酚醛树脂进行改性,不仅改善了基体炭与炭纤维的相界面,而且使基体炭在炭纸中形成了良好的导电网络结构。研究采用两次浸渍的方法,在酚醛树脂中添加不同浓度的PVB对炭纸结构及性能的影响,并对样品的物理性能(强度、孔隙率、透气性、电阻率)和电池性能进行了表征。结果表明,随PVB含量的增加,炭纸的抗弯强度从36.75 MPa增加到52.28 MPa;电阻率从12.63 mΩ·cm下降到9.97 mΩ·cm;孔隙率略增加;透气性略降低。PVB浓度为0.06 mol/L时所制备的炭纸具有最好的综合性能,其电池的最大输出功率相比于未经PVB处理的炭纸提高了78%。其次,利用炭黑对经PVB改性的性能最优的炭纸做进一步改进。炭黑进入炭纤维间的孔隙中,形成了良好的导电网络,但同时改变了基体炭的结构。研究添加不同含量的炭黑对炭纸结构和性能的影响,并对样品的物理性能进行表征,结果表明:随着加入炭黑含量的增加,炭纸的厚度维持在0.170 mm左右;强度、孔隙率、透气性下降,电阻率先从10.58 mΩ·cm下降到6.64 mΩ·cm,后升高。为进一步优化炭纸性能,对其热处理温度进行了研究,对改性树脂进行了热重分析,进而制定炭化工艺曲线。对高温处理后炭纸的物理性能进行了表征,结果表明:随热处理温度的升高,炭纸的厚度、电阻率减小;强度、孔隙率、透气性下降。研究确定不同的高温处理后,炭纸厚度、密度、透气性、强度、导电性的变化规律,为制备不同性能要求的炭纸提供参考依据。