تحليل تجربي رفتار مكانيكي صفحات دوقطبي كامپوزيتي در پيل هاي سوختي پليمري

Experimental Analysis of Mechanical Behavior of the Composite Bipolar Plates in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

صفحات دوقطبي يكي از اجزاي اصلي پيل سوختي پليمري است. در اين مقاله رفتار مكانيكي صفحات دو قطبي كامپوزيتي بررسي و با معيار دپارتمان انرژي مقايسه شده است. تمام نمونه­ ها با روش ريخته­ گري تحت فشار و تحت پرس گرم تهيه شدند. براي ساخت صفحات دوقطبي كامپوزيتي از پودر رزين فنوليك به ­عنوان زمينه كامپوزيت استفاده شد. به منظور افزايش استحكام خمشي و استحكام ضربه، از الياف كربن و پارچه كربني به­ عنوان تقويت­ كننده استفاده شد. با بكارگيري پودر گرافيت در ساختار كامپوزيت ميزان رسانايي الكتريكي نمونه­ ها نيز بررسي شد. به منظور بررسي رفتار مكانيكي صفحات دوقطبي، نمونه­ ها با درصدهاي وزني مختلف رزين فنوليك توليد و مورد آزمايش­­ قرار گرفت. استحكام خمشي نمونه‌ با 20% وزني رزين، برابر MPa23/05 اندازه­گيري شد كه 7% از معيار Department of Energy (دپارتمان انرژي) كمتر است. با افزودن 2% وزني رزين، استحكام خمشي 11% از معيار DOE بيشتر شد. در كامپوزيت با 20% وزني رزين استحكام ضربه­ ي نمونه­ ها به طور چشم­گيري نسبت به معيار DOE افزايش يافت. براي افزايش رسانايي الكتريكي نمونه ­ها، پودر گرافيت فرآوري شد. ريخت شناسي نمونه­ ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) انجام شد. تصاوير SEM نشان مي­دهند كه فرآوري پودر گرافيت باعث بزرگتر شدن صفحات مولكولي گرافيت شده و رسانايي الكتريكي سطحي نمونه­ ها را افزايش مي‌دهد. در نهايت، نتايج نشان داد كه افزايش درصد وزني رزين، باعث افزايش استحكام خمشي و استحكام ضربه­ ي صفحات دوقطبي كامپوزيتي شده و ميزان هدايت الكتريكي سطحي آنها را نسبت به معيار DOE كاهش مي‌دهد.

The bipolar plate is one of the most important components in a PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell .In this paper the mechanical behavior of the composite bipolar plates are studied and compared with Department of Energy (DOE) criteria. All specimens were prepared by casting under pressure and under the hot press. Phenolic resin powder was used as matrix of composite in manufacturing of bipolar plates. To increase the flexural strength and impact strength, the carbon fibers and carbon fabrics were used as filler. electrical conductivity of the samples was analyzed by adding natural graphite powder in the composite. In for the mechanical behavior of bipolar plates, samples with different weights of phenolic resin were produced and tested. The morphology of samples was conducted using a Scanning Electron Microscope (SEM). Finally, the results showed that increasing the percentage of resin, increases the flexural strength and impact strength of composite bipolar plates however the electrically conductivity reduces compare with DOE criteria.