Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Arjomand Mehrabani zeinabad,Mortaza Sadeghi
محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما) ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما) مرتضی صادقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ehsan Zarmehri
احسان زرمهری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Production of Bipolar Plate for PEM Fuel Cell Based on Conductive Composite Polymer
Bipolar plates play the most significant role in weight, volume, and corresponding costs of fuel cells. Used material for construction of bipolar plates of fuel cell must be formable to a structure and have proper properties for machinery operation to make grooves in various forms over the manufactured plates. These grooves are designed to transfer oxygen and hydrogen to the cell’s membranes and uniform distribution of gases over them. In polymeric fuel cells, water is the reaction’s product that must be removed from the cells through the grooves. Initially, metallic and graphite materials had been used for production of bipolar plates due to their electrical conductivity characteristics. Later, these plates due to their deficiency such as corrosion, weight, and production expenses were appropriately substituted by composite plates. This article presents results of a study on construction of bipolar plates using conductive polymeric composites. Polymeric composites are light materials that can be casted in different structures, shapes, and sizes for application in fuel cells. The main advantages of polymeric composites are their high resistance against corrosion, and their light weight. In the constructed composites, polypropylene was implement as polymer matrix, and conductive carbon black and graphite as filler in order to supply the required electrical conductivity. The added fillers have been distributed in polypropylene by using an internal mixer. Then, bipolar plate specimens were prepared by molding of composite in hot press. The prepared specimens have been characterized to evaluate their specifications such as mechanical properties, and their performance properties like thermal and electrical conductivities. The results of performed tests have shown a good performance on thermal conductivity greater than 10W/m.K, electrical conductivity higher than 50S/cm, and high mechanical strength, flexural strength greater than 25MPa. Composites having 55-60% graphite, 15-18% carbon black and 20-25% polypropylene, are the best options for producing bipolar plate of fuel cell. Although graphite percentage is more than 50%, they are not brittle and have proper properties for machinery operation. These plates have a density of 1.1 g/cm 3 . The constructed composite plates were optimized and their weights were reduced in comparison to similar metallic plates for about 80%, and in contrast to graphite plates for about 40%. This method for production of bipolar plates is more economical as it reduces the cost of used materials and expenses of manufacturing operations. 3 kinds of conductive carbon black have been used in this project that the composites made of carbon black XE-CB and HI-CB respectively have had the maximum and minimum electrical and thermal conductivity and mechanical strength. Key words : Fuel cell, bipolar plates, composite, polypropylene, carbon black, graphite.
صفحات دو قطبی پیل های سوختی تاثیر قابل توجهی در وزن، حجم و هزینه های اقتصادی آن دارند. صفحات گرافیتی یا فلزی مشکلاتی را به لحاظ خوردگی، شکنندگی، وزن زیاد و هزینه های بالای تولید دارند. در این پژوهش، ساخت صفحات دوقطبی توسط کامپوزیت های پلیمری رسانا مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، از پلی پروپیلن بعنوان ماتریس و از گرافیت و سه گونه کربن سیاه هادی بعنوان پرکننده برای تامین رسانایی گرمایی و الکتریکی استفاده شد. کامپوزیت های حاوی 55 تا 60 درصد گرافیت، 15 تا 18 درصد کربن سیاه و 20 تا 25 درصد پلی پروپیلن، بهترین گزینه ها برای تولید صفحات پیل سوختی هیدروژنی می باشند. صفحات کامپوزیتی ساخته شده با چگالی حدود 1/1 در مقایسه با صفحات فلزی با چگالی 5 الی g/cm 3 8 برای کاربرد مورد بحث، از لحاظ سبکی نیز گزینه برتری می باشند. در بین کامپوزیت های تولیدی، نمونه هایی با ویژگی های مطلوب صفحات دو قطبی در پیل سوختی با هدایت الکتریکی بیش از S/cm 50، استحکام فشاری افزون بر MPa 25 و ضریب هدایت گرمایی بالاتر از W/(m.K)10 وجود دارند. صفحات کامپوزیتی ساخته شده چگالی حدود 1/1 دارند که وزن این صفحات در مقایسه با نمونه های مشابه فلزی 80 درصد، و نسبت به نمونه های مشابه گرافیتی 40 درصد کمتر می باشد. و نیز مشکل خوردگی صفحات فلزی و شکنندگی صفحات گرافیتی را ندارند. کامپوزیت های ساخته شده از کربن سیاه نوع XE-CB و نوع HI-CB-40B به ترتیب دارای بیشترین و کمترین هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و مقاومت مکانیکی بودند. کلمات کلیدی : پیل سوختی، صفحه دوقطبی، کامپوزیت، پلیمر، پلی پروپیلن، گرافیت، کربن سیاه هادی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی