Experimentelle Umsetzung einer neuen Composite Fertigung-Methode: Verfügbarmachen nackten Fasern auf die zusammengesetzte Fläche durch die weiche Schicht-Methode

Dongyoung Lee; Dai Gil Lee; Jun Woo Lim

doi:10.3791/55815

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Methodenartikel

Experimentelle Umsetzung einer neuen Composite Fertigung-Methode: Verfügbarmachen nackten Fasern auf die zusammengesetzte Fläche durch die weiche Schicht-Methode

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DOI:

10.3791/55815

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6. Oktober 2017

Dongyoung Lee¹ , Dai Gil Lee¹ , Jun Woo Lim²

¹Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, ²LANL-CBNU Engineering Institute Korea, Chonbuk National University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Ein Protokoll zum nackten Fasern auf die zusammengesetzte Fläche verfügbar zu machen, durch den Wegfall von Harz reichen Gegend präsentiert. Die Fasern sind bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen, nicht durch die Post Oberflächenbehandlung ausgesetzt. Die exponierte Carbon Composites weisen hohe elektrischen Leitfähigkeit in der Richtung der durch dicke und hohe mechanische Eigenschaften.

Zusammenfassung

Bipolarplatte ist eine wichtige Komponente Proton Exchange Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) und Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFBs). Es ist eine Multi-funktionale Komponente, die hohe elektrische Leitfähigkeit, hohe mechanische Eigenschaften und hohe Produktivität haben sollte.

In diesem Zusammenhang kann ein Kohlefaser/Epoxy-Harz-Verbund ein ideales Material für konventionelle Graphit Bipolarplatte ersetzen führt oft zu den schwerwiegenden Fehler des Gesamtsystems aufgrund seiner inhärenten Sprödigkeit. Obwohl die Carbon/Epoxy-Composite hohe mechanische Eigenschaften hat und ist einfach herzustellen, ist die elektrische Leitfähigkeit in Pfeilrichtung durch dicke schlecht wegen der Harz-reiche Schicht, die auf seiner Oberfläche bildet. Daher wurde eine expandiertem Graphit Beschichtung angenommen, um die elektrische Leitfähigkeit-Problem zu lösen. Jedoch die expandiertem Graphit Beschichtung nicht nur erhöht die Herstellungskosten, sondern hat auch schlechte mechanische Eigenschaften.

In dieser Studie zeigt eine Methode, um die Fasern auf die zusammengesetzte Fläche verfügbar zu machen. Es gibt derzeit viele Methoden, die Fasern durch Oberflächenbehandlung nach der Herstellung des Verbundes verfügbar machen können. Diese neue Methode, erfordert jedoch keine Oberflächenbehandlung, weil die Fasern bei der Herstellung des Verbundes ausgesetzt sind. Durch die Aufdeckung nackten Kohlenstoff-Fasern auf der Oberfläche, die elektrische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit des Verbundes werden drastisch erhöht.

Einleitung

Bipolarplatte ist eine multifunktionale Schlüsselkomponente der Energiewandlungssysteme und Energiespeicher wie Brennstoffzellen und Batterien. Die wichtigsten funktionellen Anforderungen der Bipolarplatte sind wie folgt: hohe elektrische Leitfähigkeit in Pfeilrichtung durch dicke, ohmsche Verluste, hohe mechanische Eigenschaften widerstehen hohen Verdichtungsdruck und äußere Einflüsse und hohe zu reduzieren Produktivität für die Massenproduktion.

Kohlefaser/Epoxy Composites haben gegenüber den Graphit und Metalle, die konventionell als Material für die Bipolarplatte angenommen wurden, eine höhere spezifische Festigkeit und Steifigkeit, was darauf hindeutet, dass das Gewicht des Systems erheblich gesenkt werden kann die konventionelle Bipolarplatte Materialien durch Verbundwerkstoffe¹zu ersetzen. Konventionelle Carbon/Epoxy Composites haben schlechte elektrischen Leitfähigkeit in Pfeilrichtung durch dicke, führt zu einer großen areal spezifische Widerstand (ASR), jedoch aufgrund der Harz-reiche Schicht, die auf die zusammengesetzte Fläche gebildet wird. Die isolierende Schicht Harz-reichen verhindert den direkten Kontakt zwischen dem leitfähigen Kohlefasern und angrenzenden Bauteilen, wie z. B. ein anderes Bipolarplatte, Gasdiffusionslage (GDL) und Kohlenstoff fühlte Elektrode (CFE).

Viele Studien wurden durchgeführt, um die hohen ASR aufgrund der Harz-reiche Schicht zu beheben. Die erste Methode bestand Oberflächenbehandlung Methoden, um gezielt die Harz-reiche Schicht zu entfernen. Zum Beispiel wurde mechanischem Abrieb versucht, das Harz auf der Oberfläche²entfernen. Jedoch wurden die Carbonfasern auch beschädigt, führte dazu, dass eine schlechte ASR. Plasma Behandlung³^,⁴ und Mikrowelle Behandlung Methoden⁵^,⁶ wurden auch entwickelt, um die Faser Schäden zu vermeiden, aber sie führte zu niedrigen Produktivität und Einheitlichkeit. Der zweite Ansatz, elektrisch leitende Schicht Beschichtungsverfahren umfasst expandiertem Graphit Beschichtung⁷^,⁸. Diese Methode erfolgreich reduziert die ASR und ist als standard-Methode zur Herstellung einer zusammengesetzten Bipolarplatte angesehen worden. Aber es ist kostspielig und Haltbarkeit und Delamination Probleme aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit hat.

In dieser Studie wird die "weiche Schicht-Methode", ein neuartiges Herstellungsverfahren, die Kohlenstoff-Fasern auf der Oberfläche zusammengesetzte Bipolarplatte aussetzen können demonstriert. Der Hauptzweck dieser Methode ist, eine niedrige ASR mit einem niedrigen Herstellungskosten zu erhalten. Die weiche Schicht Methode nimmt eine dünne weiche Schicht wie ein Polymer-Trennfolie zwischen der Kompression Schimmel und Bipolarplatte. Nach dem Aushärten in der Kompression Schimmel und die Ablösung der weiche Schicht zeigt fabrizierten Bipolarplatte Kohlenstoff-Fasern auf der Oberfläche ohne Post-Oberflächen Behandlung ausgesetzt. Diese Methode nicht nur verringerte sich die ASR aber auch deutlich erhöht die mechanischen Eigenschaften und die Gas-Durchlässigkeit-Problem gelöst. Diese Methode kann angewendet werden, für viele andere Zwecke: die Entwicklung einer elektrisch leitfähigen Platte, die Herstellung von dünnen Komposit und der Herstellung einer Klebeverbindung ohne Oberflächenbehandlung.