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        燃料電池分離器用Ti/VGCF復合材料的開發(fā)

        2015-02-12 13:03:26吳全興
        鈦工業(yè)進展 2015年2期
        關(guān)鍵詞:金屬粉末導電性薄板

        研究簡報

        燃料電池分離器用Ti/VGCF復合材料的開發(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導致導電性變差,而鈦金屬系盡管具有優(yōu)良的耐蝕性,但導電性也差。因此日本研究人員嘗試開發(fā)由鈦及碳材料組成的復合材料,但采用粉末冶金法燒結(jié)時,溫度必須在800 ℃以上,易生成TiC,從而不能得到良好的導電性。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板及固定板之間填充金屬粉末,然后在對上、下板施以壓縮應(yīng)力的同時,再對移動板施以剪切應(yīng)力,使之移動,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,其拉伸強度可達900 MPa,是純鈦軋制板材的2倍。

        實驗采用日本東邦技術(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。導電材料采用日本昭和電工氣相生長法生產(chǎn)的納米碳纖維(VGCF),直徑150 nm,長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。在氬氣氣氛下進行三軸振動球磨,以300 r/min的轉(zhuǎn)速混合8 h?;旌戏勰┲糜谝苿影搴凸潭ò逯g,施加壓縮應(yīng)力 1 250 MPa(P=500 kN)一定時間后,在維持壓縮應(yīng)力的同時使移動板移動,剪切速度為10 mm/min,剪切距離為11.5 mm,這時試料厚度約為0.25 mm。這樣就制得了VGCF體積分數(shù)為5%的0.25 mm厚的Ti/VGCF薄板。

        電阻測定結(jié)果顯示,這種Ti/VGCF復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合材料(約5~7 mΩ·cm2)幾乎相當。Ti/VGCF復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》

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