Constructing three-dimensional conductive network in composite bipolar plates by sacrificial materials for improvement of proton exchange membrane fuel cell performance

环氧树脂 石墨 材料科学 质子交换膜燃料电池 复合材料 复合数 导电体 复合环氧材料 电导率 热导率 化学 生物化学 物理化学
作者
Bin Hu,Lun Chen,Chao Guo,Guangjian He,Xianwu Cao,Xiaochun Yin
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:552: 232261-232261 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232261
摘要

The poor conductivity of traditional polymer-based composite bipolar plates (BP) greatly hinders its wide application in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Three-dimensional conductive network in composite BP can significantly improve its performance. In this work, we propose a simple strategy to prepare an epoxy resin-based composite BP by sacrificial materials, forming a three-dimensional graphite structure (3D-graphite). Specifically, graphite and NH4HCO3 are mixed and pressed at room temperature, and heated at 90 °C to obtain 3D-graphite skeleton. Then, the 3D-graphite skeleton is impregnated by epoxy resin to obtain 3D-graphite/epoxy composites. The construction of 3D-graphite conductive network can greatly improve the electrical conductivity of composite BP. The highest in-plane conductivity is 212.64 S/cm, and area specific resistance is 4.50 mΩ cm2. The thermal conductivity can reach 16.01 W/mK, superior to the randomly distributed graphite/epoxy composite BP. Compared with the traditional mixed graphite/epoxy composite BP, 3D-graphite/epoxy composite BP can significantly improve the performance of PEMFC and its maximum power density (853.42 mW/cm2) is increased by 317.52%. In addition, 3D-graphite/epoxy composite BP has good corrosion resistance and hydrophobicity. This work develops a new paradigm for preparing highly performance polymer-based composite bipolar plates for PEMFC.
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