Deneysel yeni bir bileşik imalat yöntemi uygulanması: bileşik yüzeyi yumuşak katman yöntemi tarafından çıplak lifleri ortaya
Summary
Reçine zengin alan ortadan kaldırarak kompozit yüzey üzerinde çıplak lifleri ortaya çıkarmak için bir protokol sunulmuştur. Lifler ve kompozitler, imalat sırasında değil sonrası yüzey işlem tarafından sunulur. Maruz kalan karbon kompozit kalınlığı ile yön ve yüksek mekanik özelliği yüksek elektriksel iletkenlik sergi.
Abstract
İki kutuplu plaka proton exchange membran yakıt hücreleri (PEMFCs) ve vanadyum Redoks akışı pil (VRFBs) önemli bir bileşenidir. Yüksek elektrik iletkenliği, yüksek mekanik özellikleri ve yüksek verimlilik çok fonksiyonlu bir bileşenidir.
Bu bağlamda, karbon fiber/epoksi reçine bileşik genellikle sistemin tamamı felaket başarısızlık nedeniyle onun doğasında kırılganlık açar geleneksel grafit İki kutuplu plaka değiştirmek için ideal bir malzeme olabilir. Karbon/epoksi kompozit yüksek mekanik özellikleri vardır ve üretmek kolaydır kalınlığı ile yönde elektriksel iletkenlik yüzeyinde formları reçine zengini katman nedeniyle fakir olsa da. Bu nedenle, bir genişletilmiş grafit kaplama elektriksel iletkenlik sorunu çözmek için kabul edilmiştir. Ancak, genişletilmiş grafit kaplama sadece üretim maliyeti artar ama zavallı mekanik özelliklerine de sahip olan.
Bu çalışmada, elyaf kompozit yüzeyinde ortaya çıkarmak için bir yöntem gösterilmiştir. Elyaf kompozit imalatı sonra yüzey işlem tarafından açığa çıkarabilir şu anda pek çok yöntem vardır. Elyaf kompozit üretimi sırasında maruz kalır çünkü bu yeni yöntem, ancak, yüzey tedavi edilmesi gerekmez. Çıplak karbon elyaf yüzeyi açarak, elektriksel iletkenlik ve kompozit mekanik gücü büyük ölçüde artmıştır.
Introduction
İki kutuplu plaka enerji dönüşüm sistemleri ve enerji depolama sistemleri yakıt hücreleri ve piller gibi çok fonksiyonlu önemli bir bileşenidir. İki kutuplu plaka anahtar fonksiyonel gereksinimleri aşağıdaki gibidir: yüksek elektrik iletkenliği yüksek sıkıştırma basıncı ve dış etkileri ve yüksek dayanıklı içinden kaybı, yüksek mekanik özellikleri azaltmak için kalınlığı ile yönde verimlilik için yığın üretim.
Grafit ve geleneksel bipolar plaka için malzeme olarak kabul edilmiştir metaller ile karşılaştırıldığında, karbon fiber/epoksi kompozit bir daha yüksek belirli güç ve ağırlık sistemi büyük ölçüde tarafından azaltılabilir gösterir sertlik var Geleneksel Çift kutuplu plaka malzemeler kompozit1ile değiştirme. Ancak, karbon/epoksi kompozit reçine zengini katmanın bileşik yüzeyinde oluşan nedeniyle büyük bir alan özel direnç (ASR) sonuçları, kalınlığı ile yönde zavallı elektriksel iletkenlik sahip. Yalıtım reçine zengini katman iletken karbon elyaf ve başka bir iki kutuplu plaka, gaz Difüzyon layer (GDL), gibi bitişik bileşenleri arasında doğrudan temas engeller ve karbon elektrot (CFE) hissettim.
Reçine zengini katman nedeniyle yüksek ASR gidermek için birçok çalışma yapılmıştır. İlk yaklaşım seçerek reçine zengini katman kaldırmak için yüzey işleme yöntemleri oldu. Örneğin, mekanik aşınmaya bağlı yüzey2kaldırmak için denendi. Ancak, karbon elyaf Ayrıca, hangi zavallı bir ASR sonuçlandı hasar gördü. Plazma tedavisi3,4 ve mikrodalga tedavi yöntemleri5,6 ayrıca lif zarar görmemesi için geliştirilmiştir, ancak düşük verimlilik ve tekdüzelik sonuçlandı. İkinci yaklaşım, iletken tabaka kaplama yöntemleri,7,8kaplama genişletilmiş grafit içerir. Bu yöntem başarıyla ASR azaltılmış ve kompozit bipolar Kaplama üretimi için standart bir yöntem kabul edilmiştir. Ancak, bu pahalı ve dayanıklılık ve Delaminasyon sorunları nedeniyle düşük mekanik gücü vardır.
Bu çalışmada, “yumuşak katman yöntemi”, karbon elyaf kompozit bipolar kaplama yüzeyi açığa çıkarabilir yöntemi üretim bir roman gösterilmiştir. Bu yöntemin ana amacı ile düşük üretim maliyeti düşük bir ASR elde etmektir. Yumuşak katman yöntemi ince bir yumuşak tabaka sıkıştırma kalıp ve iki kutuplu plaka arasında bir polimer yayın film gibi benimser. Sıkıştırma kalıp ve yumuşak tabakası ayırma kür sonra fabrikasyon bipolar plaka karbon elyaf yüzeyi sonrası yüzey herhangi bir tedavi maruz görüntüler. Bu yöntem sadece ASR azalmış ama de önemli ölçüde mekanik özellikleri arttı ve gaz geçirgenlik sorunu çözüldü. Bu yöntem diğer birçok amaç için uygulanabilir: bir elektriksel olarak iletken plaka, ince bir kompozit üretimi ve yüzey işlem ortak bir yapıştırıcı imalatı geliştirilmesi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yumuşak katman yöntemi ile geleneksel yöntemlerle ve düşük üretim maliyeti ile karşılaştırıldığında önemli avantajlar sağlar. Yumuşak katman yöntemi tarafından üretilen kompozit üç tür elektriksel özellikleri, mekanik özellikleri, gaz geçirgenliği ve adezyon özellikleri açısından benzersiz özelliklerini gösterir.
Elektrik özellik ölçüm için dört maddelik prob yöntemi kullanıldı. ASR 5 kez ölçüldü ve ortalama değeri iki kutuplu tabağı için tems…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma iklim değişikliği araştırma Hub of KAIST tarafından desteklenmiştir (vermek No N11160012), önde gelen yabancı Araştırma Enstitüsü programı aracılığıyla Kore Ulusal Araştırma Vakfı Bilim Bakanlığı, ICT ve Gelecek Planlama (grant No 2011-0030065), tarafından finanse önde gelen insan kaynak eğitim programı Bölgesel Neo sanayi aracılığıyla Ulusal Araştırma Vakfı, Kore (Bilim Bakanlığı, ICT ve gelecek planlama tarafından (Hayır ver. finanse NMG) NRF-2016H1D5A1910603). Destek büyük beğeni topluyor.
Materials
| Unidirectional carbon/epoxy prepreg | SK Chemicals | USN020 | Used to fabricate unidirectional carbon composite |
| Plain weave carbon fabric/epoxy prepreg | SK Chemicals | WSN 1k | Used to fabricate fabric carbon composite |
| Plain weave carbon fabric | SK Chemicals | C-112 | Used to fabricate fabric carbon composite |
| Non-woven carbon felt | Newell | Graphite felt 3 mm | Used to fabricated felt carbon composite |
| Film type epoxy resin | SK Chemicals | K51 | Used as a matrix of the composite |
| Acetone 99.5% | Samchun | 67-64-1 | Used to cleanse the carbon fiber and the soft layers |
| Mold release | ShinEtsu | KF-96 | Used to coat the mold |
| Release film | Airtech | A4000V | Used as a soft layer |
| Compression mold | N/A | N/A | Machined in lab. Material: NAK80 |
| Hot press | Hydrotek 100 | N/A | Used to apply pressure and heat |
| Scanning electron microscope | FEI Compnay | Magellan 400 | Used to investigate the surface of the composite |
References
- Hwang, I. U., et al. Bipolar plate made of carbon fiber epoxy composite for polymer electrolyte membrane fuel cells. J Power Sources. 184 (1), 90-94 (2008).
- Avasarala, B., Haldar, P. Effect of surface roughness of composite bipolar plates on the contact resistance of a proton exchange membrane fuel cell. J Power Sources. 188 (1), 225-229 (2009).
- Yu, H. N., Lim, J. W., Kim, M. K., Lee, D. G. Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell. Compos Struct. 94 (5), 1911-1918 (2012).
- Lim, J. W., Lee, D. G. Development of composite-metal hybrid bipolar plates for PEM fuel cells. Int J Hydrogen Energy. 37 (17), (2012).
- Kim, B. G., Lee, D. G. Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells. J Power Sources. 195 (6), 1577-1582 (2010).
- Kim, B. G., Lim, J. W., Lee, D. G. A single-type aluminum/composite hybrid bipolar plate with surface modification for high efficiency PEMFC. Int J Hydrogen Energy. 36 (4), 3087-3095 (2011).
- Yu, H. N., Lim, J. W., Suh, J. D., Lee, D. G. A graphite-coated carbon fiber epoxy composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell. J Power Sources. 196 (23), 9868-9875 (2011).
- Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB). Compos Struct. 109, 253-259 (2014).
- Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. Gasket-integrated carbon/silicone elastomer composite bipolar plate for high-temperature PEMFC. Compos Struct. 128, 284-290 (2015).
- Lee, D., Lee, D. G. Electro-mechanical properties of the carbon fabric composites with fibers exposed on the surface. Compos Struct. 140, 77-83 (2016).
- Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. Method for exposing carbon fibers on composite bipolar plates. Compos Struct. 134, 1-9 (2015).
- Lee, D., Lee, D. G. Carbon composite bipolar plate for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs). J Power Sources. 327, 119-126 (2016).
- Lee, D., Choe, J., Nam, S., Lim, J. W., Choi, I., Lee, D. G. Development of non-woven carbon felt composite bipolar plates using the soft layer method. Compos struct. 160, 976-982 (2016).
- Lee, D., Lim, J. W., Lee, D. G. Cathode/anode integrated composite bipolar plate for high-temperature PEMFC. Compos Struct. 167, 144-151 (2017).
- Lee, D., Oh, Y., Nam, S., Choe, J. Adhesion Characteristics of Fiber-exposed Glass Composites. Compos Struct. 165, 9-14 (2017).
