汽车工程 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (8): 1627-1633.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.08.018
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Zhilong Chang1,2,Hui Chen2,Jin Tao2,Weiyu Cao1,Zhigang Shen2(
)
摘要:
本研究系统探究了不同比例(0、5%、10%、25%、50%) 沥青基碳纤维掺杂对聚丙烯腈 (PAN) 基碳纸性能的影响。通过扫描电镜、拉伸强度测试、面内电阻率测试、透气性测试、孔径分布分析、极化曲线、功率密度测试和电化学阻抗谱 (EIS) 等方法,对碳纸的微观结构、力学、电学、气体传输和电化学性能进行了全面表征。结果表明,沥青基碳纤维的掺杂显著降低了碳纸的面内电阻率,从未掺杂时的 7.2 mΩ·cm 降至 50% 掺杂量时的 2.0 mΩ·cm。拉伸强度随掺杂比例的变化呈现先升高后降低的趋势,在 10% 掺杂量时达到峰值 18.5 MPa,较未掺杂时提升了约 176%。透气性随掺杂比例的增加呈现先降低后升高的趋势,且孔径分布也随之变化。膜电极和单电池测试结果显示,5% 沥青基碳纤维掺杂的碳纸表现出最佳的电化学性能,包括更低的电化学阻抗和更高的功率密度,这主要归因于其优异的水气管理能力。本研究结果揭示了沥青基碳纤维掺杂对 PAN 基碳纸性能的调控规律,为燃料电池气体扩散层的优化设计提供了参考。