石墨雙極板上市公司

A. 天然石墨深加工技術

康飛宇¹ 賈耀峰² 沈萬慈¹ 蓋國勝¹ 鄭永平¹ 閻德² 王恩平²

（1.清華大學材料科學與工程系；北京 100084；2.包頭市晶元石墨有限責任公司，內蒙古包頭 014030）

該項目是清華大學材料科學與工程系與包頭市晶元石墨有限責任公司合作，經過4年的精心研究開發，在「十五」期間運用「863」課題與「十五」攻關課題相結合及產學研相結合下共同開發的技術成果。

一、內容簡介

（一）優質可膨脹石墨的工業化生產技術

優質可膨脹石墨是生產優質柔性石墨的原料。該項目研製完成並試產了以對環境友好的雙氧水為氧化劑，採用化學法制備優質可膨脹石墨技術。膨脹容積≥160 mL/g，膨脹後硫含量S≤800×10^-6。目前還未見有類似的技術報道，已經申請中國發明專利（專利申請號：200410090866.2《使用硫酸雙氧水製造低硫可膨脹石墨的方法》）。根據此項技術，包頭晶元石墨公司按攻關計劃完成了年產2000 t優質可膨脹石墨生產線的改建（見P527）。

（二）多孔石墨的制備技術與產品

多孔石墨（膨脹石墨）對油類具有超高吸附量，可有效控制水體的油類污染，是清華大學具有國際領先水平的研究成果，松裝的膨脹石墨對重油的吸附量≥80 g/g。研發完成了用膨脹石墨制備低密度多孔石墨板的技術及產品，已經申報發明專利（申請號：200410037978.1一種有污染吸附劑的制備及其回收再生方法）。密度0.02～0.08g/cm³的低密度板，在水 潤滑油系統中，吸附物質90%以上是潤滑油，吸附量≥10 g/g。並且對印染廢水也有優良去除COD污染效果。已在軋鋼廠含油冷卻水及毛紡廠污水處理中完成使用試驗。並已開發了多孔石墨用於高能電池石墨的市場，包頭晶元石墨公司並據此將攻關任務書中提出的建50t/a多孔石墨中試線指標擴大建成300t/a的生產線（見P528）。

（三）高純石墨微粉的生產技術

高純石墨微粉是高能電池石墨及核石墨的重要原料。本項目研發了高純石墨微粉的工業化生產技術，以碳92%～94%的中炭石墨為原料，通過熔融鹼及復合酸的浸漬處理，提純（C）到≥99.9的高純石墨，而後以氣流粉碎技術製成d₅₀＝8～20μm的微粉。研發了氮化硅陶瓷葉輪分級機，可防止金屬污染，雜質中Fe小於50×10^-6，Cr小於2×10^-6，Ni小於5×10^-6，Cu小於3×10^-6，Mo小於1×10^-6。清華大學已經獲得實用新型專利（ZL200420084694.3）《一種用於高純粉體分級的氮化硅陶瓷分級葉片》，包頭晶元公司申請了發明專利：申請號（200410009068.2）《高純細粉鱗片石墨加工工藝及系統》。根據市場需求，將原攻關建300t/a生產線指標擴大，建成1500t/a高純石墨微粉生產線。

（四）柔性石墨雙極板制備技術

以包頭晶元石墨公司的優質可膨脹石墨為原料，製成高膨脹倍率膨脹石墨，模型直接成型為柔性石墨雙極板。電導率≥10⁵S/m，熱導率≥100W/（m·K），透氣率≤10^-6μm²，均優於人工不透石墨加工的雙極板。在合作單位北京飛馳綠能電源技術公司的質子交換膜燃料電池實用運行100 h以上，電池性能與進口人工石墨雙極板電池相同。該項技術已申請發明專利並已獲授權（專利號ZL200410008461.X）《一種柔性石墨雙極板的制備方法》。

二、推廣應用

該項目技術成果的產業化部分，取得了明顯的經濟和社會效益。包頭晶元公司，依靠該項目成果產業化，在2001～2003年期間產值增加55%，利稅增加68%。國內高能電池廠電池用石墨微粉已由進口改為由晶元公司供貨。晶元公司的高純石墨微粉已具有國際電池石墨的一流技術指標，優質可膨脹石墨80%以上出口。晶元公司與世界最大的電池生產集團杜拉塞爾（即金霸王）以及瑞士特密高公司、法國羅蘭公司、SGL跨國集團建立了良好的商務合作，市場將進一步擴大。同時晶元公司2003年2月獲得包頭稀土新產業開發區2002年度「高新技術產業化突出貢獻獎」。

三、鑒定、獲獎、專利情況

項目成果申請了4項發明專利，其中1項已授權，申請並授權1項實用新型專利，在天然石墨深加工領域取得了一批具有自主知識產權的國際領先或先進的科技成果。項目期間共發表論文20多篇，其中SCI收錄8篇。

B. 跪求單極板 雙極板的定義

這兩個應該都是電化學中應用的材料
雙極板

雙極板是繼MEA之後，燃料電池的另一個核心部件，由極板和流場組成。雙極板應是電、熱的良導體，具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，較低密度，耐腐蝕性好等特點，其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質量比功率。新源動力公司已研製成功石墨、金屬和復合材料等不同材料的雙極板制備工藝，可以廣泛應用到汽車、分散發電和便攜電源等領域。

柔性石墨雙極板採用模壓成型技術，受力面強度高，密度大，輕、薄、耐腐蝕，導電性好，有效利用率高，成本低，適合批量生產，應用范圍較廣。

復合雙極板採用薄金屬板或其它強度高的導電板作為分隔板，結合了石墨板和金屬板的優點，結構靈活，加工容易，成本低廉。

全金屬雙極板採用抗腐蝕金屬材料，模具沖壓成型技術，質量輕、體積小、易密封裝配，電性能優良，適合批量生產，尤其適用於車載電源，可滿足不同環境變化要求，其成功開發對加速燃料電池商業化進程將起到積極作用。
單級板的定義一直沒找到，我是學物理專業的，也沒學過，對不起了

C. 能不能簡述下燃料電池材料的發展歷程啊有急用，謝了啊。。。

燃料電池在發達國家的研究進展非常迅速。目前，已研製成功11MW、5MW、1MW的示範性磷酸燃料電池，並已經投入運行。由美國西屋公司在97年研製的固體氧化物燃料電池堆，已經成功地在日本東京和大阪兩個城市試驗完畢。美國國際燃料電池公司生產的PC-25型號的燃料電池最大功率可達200KW，目前已經進入了批量生產階段。該公司所提供的4.5MW和1MW電池堆已經於98年在日本進行了調試運行。同時，美國政府也十分支持燃料電池的開發，2000年美國預計對燃料電池的開發經費為4000萬美元，據報道，2001年度的預算申請額急劇增加到了1億美元。此外，安裝一定功率的燃料電池供電設備，政府還會給予總費用1/2的補貼。由於具有友好的開發環境，許多企業都加入到開發燃料電池的行列之中。我們鄰國日本從八十年代起開始研究和開發燃料電池。分別制定了1978年的「月光計劃」和1993年啟動的「新日光計劃」。經過階段性研究，日本在1981年由東京電力公司研製出了4500KW，接著1989年又推出了11000KW燃料電池裝置。1989年的11000KW燃料電池裝置，是由美國通用電力和日本東芝合資公司共同開發的IFC，它堪稱是世界上最大的磷酸型燃料電池發電廠。
同樣，我國在燃料電池開發中進行了許多研究工作。燃料電池在中國的研究起步比較晚，雖然早在上個世紀60年代末，我國科學家就已經開展了對燃料電池的研究。然而，由於種種原因，在七十年代後期許多研究就相繼停止了。這導致我國的燃料電池技術與世界先進水平差距較大。進入了九十年代初，由於國外民用燃料電池的迅速發展，我國又興起了對燃料電池的研究熱。我國的質子交換膜燃料電池（PEMFC）技術研究在「九五」期間被列為國家「九五」計劃中重大科技攻關項目之一，在國家自然科學基金會、「863」計劃和國家科委等的支持下，目前有一大批高等院校如清華大學、北京科技大學、上海交通大學、武漢大學、華南理工大學等都加入到了燃料電池的基礎理論研究中來，大連化物所、天津電源研究所、北京福源公司、上海神力科技有限公司等在PEM燃料電池技術的研究方面都取得了重要成[4]，在「十五」期間，我國的燃料電池技術可望得到突破性進展。通過十幾年的不懈努力，在燃料電池技術方面的研究我國已經取得了很大的進展，特別是在PEM燃料電池方面，但由於我們起步比較晚，很多技術仍然處於科研階段。國家科技部和中國科學院在「九五」中安排了「燃料電池技術」攻關項目，以大連化物所為牽頭單位，在全中國開展了PEM燃料電池的電池材料與電池系統的研究。旨在開發具有自主知識產權的燃料電池技術，主攻PEM燃料電池。目前以純氫為燃料的30kW PEM燃料電池為動力的中巴車，已於2001年1月成功運行，該電池堆整體性能相當於賓士、福特與加拿大巴拉德公司聯合開發的MK7PEM燃料電池電動車的水平。該中巴車是我國第一台真正意義上的燃料電池驅動的電動汽車，擁有自主的知識產權，將對我國的環保、能源及交通等領域產生深遠的影響，開辟了綠色動力的新紀元[5]。
綜上所述，目前燃料電池技術已處於商業化的前夜，阻礙燃料電池商業化的最大障礙目前有兩個：一個是成本，另一個是氫源。國際上正在開發燃料電池批量生產技術，研製新電池材料，進一步降低成本。盡管PEM燃料電池具有高效、環境友好等突出優點，但目前只能在特殊場所應用和試用。若作為商品進入市場，必須大幅度降低成本，使生產者和消費者均能從中獲得利益。如作為電動車動力源，PEM燃料電池造價應能與汽油、柴油發動機相比(約50$/kW)，若作為各種攜帶型動力源，其造價必須與各種化學電源相當。盡管國際上主要汽車公司都正式宣布在2007年實現燃料電池汽車的商業化，但仍在許多問題有待解決，而且有些問題至今沒有找到解決的方法，隨著研究開發的深入，還必然會產生一些新問題。同時科學家們也在不斷開發可用氫的來源，目前可用氫的主要來源有兩類：一類是純氫，其技術已經成熟，但需要建立加氫站；另一類是甲醇或重整制氫，技術還需要進一步完善。專家估計，最早進行商業化的燃料電池汽車在2006—2008年可進入市場。在國內，千瓦級PEM燃料電池方面已基本完成試運行，具備了商業化開發的能力，該技術在國際上也產生了一定的影響。但用於剛剛起步的電汽車，還需要進一步加強研發力量，多完成一些技術上的突破， 使我國的汽車產業在短時間內趕超發達國家水平，保護地球環境的重要性今後將尤為突出，所以21世紀以燃料電池為動力的交通體系有望得以實現，同時可以更好地改善城市中汽車污染嚴重等問題。

D. 燃料電池雙極板是兩個單極板焊接在一起的嗎

這兩個應該都是電化學中應用的材料 雙極板 雙極板是繼MEA之後，燃料電池的另一個核心部件，由極板和流場組成。雙極板應是電、熱的良導體，具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，較低密度，耐腐蝕性好等特點，其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質量比功率。新源動力公司已研製成功石墨、金屬和復合材料等不同材料的雙極板制備工藝，可以廣泛應用到汽車、分散發電和便攜電源等領域。 柔性石墨雙極板採用模壓成型技術，受力面強度高，密度大，輕、薄、耐腐蝕，導電性好，有效利用率高，成本低，適合批量生產，應用范圍較廣。 復合雙極板採用薄金屬板或其它強度高的導電板作為分隔板，結合了石墨板和金屬板的優點，結構靈活，加工容易，成本低廉。 全金屬雙極板採用抗腐蝕金屬材料，模具沖壓成型技術，質量輕、體積小、易密封裝配，電性能優良，適合批量生產，尤其適用於車載電源，可滿足不同環境變化要求，其成功開發對加速燃料電池商業化進程將起到積極作用。

E. 質子交換膜燃料電池的發展現狀

20世紀60年代，美國首先將PEMFC用於Gemini宇航飛行。伴隨著全氟磺酸型質子交換膜碳載鉑催化劑等關鍵材料的應用和發展，80年代，PEMFC的研究取得了突破性進展，電池的性能和壽命大幅提高，電池組的體積比功率和質量比功率分別達到1000W/L、700W/kg，超過了DOE和PNGV制定的電動車指標。90年代以來，基於質子交換膜燃料電池高速進步，各種以其為動力的電動汽車相繼問世，至今全球已有數百台以PEMFC為動力的汽車、潛艇、電站在國內外示範運行。表4-4-1列出了國內外開發的幾種燃料電池汽車的主要性能指標，性能完全可以與內燃機相媲美。
表4-4-1 國內外開發的幾種燃料電池汽車的主要性能指標 PowerMotor Power最高速度加速時間Climb里程燃料消耗ChaoYue350kW+15Ah65kW（max）122km/h 19(0~100) >20% 230km1.12kg/100kmFokus FCV 75kW 70kW（max） 128km/h 15(0~100) >20% 250km 1.76kg/100km Hydrogen 3 75kW 70kW（max） 140km/h 15(0~100) >20% 400km（liq. H2） 1.75kg/100km 由於質子交換膜燃料電池高效、環保等突出優點，引起了世界各發達國家和各大公司高度重視，並投巨資發展這一技術。美國政府將其列為對美國經濟發展和國家安全至為關鍵的27個關鍵技術領域之一；加拿大政府將燃料電池產業作為國家知識經濟的支柱產業之一加以發展；美國三大汽車公司（GM，Ford ,Chryster）、德國的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽車公司均投入巨資開發PEMFC汽車。
處於領先地位的加拿大Ballard公司已經開始出售商業化的各種功率系列的PEMFC裝置。
在我國有中國科學院大連化學物理研究所、清華大學、武漢理工大學、上海空間電源研究所、上海神力等很多單位在開展PEMFC的研究，並取得了長足進展，接近國外先進水平。就技術而言，千瓦級的PEMFC技術已基本成熟，阻礙其大規模商業化的主要原因是燃料電池的價格還遠遠沒有達到實際應用的要求，影響燃料電池成本的兩大因素是材料價格昂貴和組裝工藝沒有突破，例如使用貴金屬鉑作為催化劑；昂貴的質子交換膜及石墨雙極板加工成本等，導致PEMFC成本約為汽油、柴油發動機成本（50$/kW）的10~20倍。PEMFC要作為商品進入市場，必須大幅度降低成本，這有賴於燃料電池關鍵材料價格的降低和性能的進一步提高。

F. 簡述燃料電池對石墨雙極板材料有哪些結構和性能要求

這兩個應該都是電化學中應用的材料
雙極板
雙極板是繼MEA之後，燃料電池的另一個核心部件，由極板和流場組成。雙極板應是電、熱的良導體，具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，較低密度，耐腐蝕性好等特點，其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質量比功率。新源動力公司已研製成功石墨、金屬和復合材料等不同材料的雙極板制備工藝，可以廣泛應用到汽車、分散發電和便攜電源等領域。
柔性石墨雙極板採用模壓成型技術，受力面強度高，密度大，輕、薄、耐腐蝕，導電性好，有效利用率高，成本低，適合批量生產，應用范圍較廣。
復合雙極板採用薄金屬板或其它強度高的導電板作為分隔板，結合了石墨板和金屬板的優點，結構靈活，加工容易，成本低廉。
全金屬雙極板採用抗腐蝕金屬材料，模具沖壓成型技術，質量輕、體積小、易密封裝配，電性能優良，適合批量生產，尤其適用於車載電源，可滿足不同環境變化要求，其成功開發對加速燃料電池商業化進程將起到積極作用。
單級板的定義一直沒找到，我是學物理專業的，也沒學過，對不起了

G. 石墨層間化合物制備技術及其應用研究

康飛宇 鄒麟 沈萬慈 鄭永平 蓋國勝 任慧 顧家琳

（清華大學，材料科學與工程系，新型炭材料研究室，北京 100084）

摘要 石墨的碳原子層面間以范德華力結合，容易被外力打開而插入其他分子、原子，從而形成石墨層間化合物（GICs）。課題組通過控制GICs改性的氧化/插層過程，發明了優質低硫可膨脹石墨，膨脹容積大於160 mL/g，殘硫量低於800×10^-6；發明了MCl_x-GICs（M為過渡族金屬）微粉用於電磁波吸收屏蔽材料，紅外、激光完全遮蔽達15 min以上；通過控制插層/脫插過程，制備了高溫膨脹石墨用於吸油材料，吸附重油量大於80 g/g，清理污水效果遠優於活性炭；發明了低溫脫插微膨石墨用於鋰離子電池負極材料，可逆容量達370 mA·h/g，循環性能良好^［1～20］。

關鍵詞 石墨層間化合物；膨脹石墨；過程式控制制。

第一作者簡介：康飛宇，男，工學博士，教授，主要從事天然石墨的深加工技術和多孔炭材料的研究。E-mail：[email protected]。

一、引言

天然鱗片石墨具有優異的理化特性，在各個高技術領域、工業領域均有著廣泛的應用前景。但天然鱗片石墨為片狀的粉料，其形態、結構及性能難以滿足不同科技領域的要求。本研究利用石墨層間化合物技術，將鱗片石墨原料改性為功能性石墨材料，控制氧化/插層及插層/脫插過程，獲得優質的可膨脹石墨材料、多孔石墨材料、柔性石墨雙極板材料、鋰離子電池負極材料、電磁波吸收材料等。

石墨是典型的層狀結構，由六角網狀結構的碳原子平面疊合而成，在網狀平面上，碳原子間為共價鍵和金屬性大π鍵結合，為強鍵合，原子間距僅為0.142nm，而碳原子平面間為范德華力的弱鍵合，層間距達0.335nm，這種結構決定了石墨層間可以插入異類原子、分子、離子而形成各類石墨層間化合物（Graphite Intercalation Coumpounds，簡稱GICs）。GICs中應用最多的是受主型GICs，即插入物接受碳原子層的電子。GICs是非化學計量化合物，並且碳原子層及插入層物質保留著各自的結構，因此可以認為是一種納米級的復合材料。由於層間的電子交換，GICs出現許多特殊的理化特性，如高導電性、催化性、選擇吸附性等。因此GICs處理可提供石墨改性的多重可能性。本文闡述利用GICs技術處理中控制氧化/插層過程制備優質可膨脹石墨和電磁波吸收（隱身）材料；利用GICs的插層/脫插過程式控制制制備多孔石墨及鋰離子電池負極材料。

二、石墨層間化合物改性技術

（一） H₂O₂-H₂SO₄共插層技術：合成低硫可膨脹石墨

受主型GICs的形成是一個氧化-插層過程，首先是［O］（及其他氧化性物質）與石墨層的π電子作用，發生氧化，使層間距加大，引導插入劑進入石墨層間，實現插層。氧化過程是受主型GICs形成的一個控制環節，當插層劑本身氧化性不夠時，插層反應十分緩慢甚至不能進行，此時為了保證GICs的形成，就要依靠附加的化學氧化劑或電化學陽極氧化來實現插層反應。

GICs材料目前在工業上應用量最大的是可膨脹石墨，它是制備柔性石墨及多孔石墨的主要原料。可膨脹石墨是以GICs的插層劑在高溫快速加熱時氣化，使石墨GICs中產生巨大內壓從而使石墨顆粒層間脹開，在C軸方向膨脹幾十至幾百倍而得到的產品。絕大多數GICs都具有可膨脹性，但綜合考慮，採用硫酸插層的H₂SO₄-GICs用作可膨脹石墨最經濟，所以工程上也稱酸化石墨。

硫酸插層的可膨脹石墨的重要質量指標之一是其殘硫含量，硫是有害元素，會影響到柔性石墨等後續產品的質量。決定殘硫含量的是硫酸氧化-插層過程及插入量。普通可膨脹石墨900～1000℃膨脹後，殘硫含量1300×10^-6～2000×10^-6。技術關鍵是降硫。根據GICs理論，一是利用氧化劑的共插層作用，減少H₂SO₄的插入，二是設計降低揮發分即殘留插層的H₂SO₄量的方法來降硫。實際上氧化劑本身也是一種插層劑，與H₂SO₄是共同插入的關系，氧化性越強，共插入過程越強。氧化劑的強弱可由氧化劑的標准電極電位進行判定，如表1所示。

圖5 多孔石墨吸油能力

多孔石墨由於其疏水親油特性及多孔結構，對油類及大分子有機物質有超大吸附量，分散態多孔石墨在水中吸附重油量大於80 g/g，是其他吸油材料所不能及的（圖5）。應用本研究的插層/脫插控制技術制備的多孔石墨低密度板，在包鋼帶鋼廠冷卻水池除油及清河毛紡廠印染廢水脫除COD的工程應用實驗中，其去污效果遠好於活性炭。多孔石墨作為水體污染治理的一種材料，有良好的前景。該項技術已經申報發明專利《一種油污染吸附劑的制備及其回收再生方法》（申請號200410037978.1）。同時利用多孔石墨微粉對電解質的良好浸潤能力，將其用作高能鹼性電池的正極新型導電添加劑，替代日本進口產品，目前已經產業化。

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An Investigation into Modification Technologies of Graphite Intercalation Compounds and Their Applications

Kang Feiyu，Zou Lin，Shen Wanci，Zheng Yongping，Gai Guosheng，Ren Hui，Gu Jialin

（The Laboratory of New Carbon Materials，Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

Abstract：Graphite with layers structure is easy to form graphite intercalation compounds（GICs） by means of intercalation reactions e to the weak cohesion force among carbon layers integrated with the Van der Waal』s interactions.By controlling the oxidation-intercalation process，high quality expanded graphite with low resial sulfur content and MClx-GICs（M ＝Fe，Co，Ni，Cu，Zn） powder for electromagnetic wave absorbing and shielding materials have been invented.The expansion volume of expandable graphite can be larger than 160 ml/g while the resial sulfur content is less than 800ppm.The MClx-GICs powder can shield infrared ray and laser completely in a ration of up to 15 min.The high temperature expanded graphite for heavy oil sorption and mild-expansion exfoliated graphite for anode materials in lithium ion battery by controlling the intercalation/de-intercalation process have been also invented.The expanded graphite can absorb heavy oil up to 80 g/g，it also exhibits better performance than commercial active carbon in sewage treatment.The low temperature mildexpansion exfoliated graphite as anode material shows a high reversible capacity of 370 mAh/g and a good recycling performance.

Key words：graphite intercalation compounds，expanded graphite，process control.

H. 簡述燃料電池對石墨雙極板材料有哪些結構和性能要求

這兩個應該都是電化學中應用的材料
雙極板
雙極板是繼mea之後，燃料電池的另一個核心部件，由極板和流場組成。雙極板應是電、熱的良導體，具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，較低密度，耐腐蝕性好等特點，其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質量比功率。新源動力公司已研製成功石墨、金屬和復合材料等不同材料的雙極板制備工藝，可以廣泛應用到汽車、分散發電和便攜電源等領域。
柔性石墨雙極板採用模壓成型技術，受力面強度高，密度大，輕、薄、耐腐蝕，導電性好，有效利用率高，成本低，適合批量生產，應用范圍較廣。
復合雙極板採用薄金屬板或其它強度高的導電板作為分隔板，結合了石墨板和金屬板的優點，結構靈活，加工容易，成本低廉。
全金屬雙極板採用抗腐蝕金屬材料，模具沖壓成型技術，質量輕、體積小、易密封裝配，電性能優良，適合批量生產，尤其適用於車載電源，可滿足不同環境變化要求，其成功開發對加速燃料電池商業化進程將起到積極作用。
單級板的定義一直沒找到，我是學物理專業的，也沒學過，對不起了

I. 碳納米管的應用有哪些

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20nm。

一、碳納米管可作為復合材料

由於碳納米管具有優良的電學和力學性能，被認為是復合材料的理想添加相。碳納米管作為加強相和導電相，在納米復合材料領域有著巨大的應用潛力。

碳納米管聚合物復合材料是第一個已得到工業應用的碳納米管復合材料。由於添加了電導性能優異的碳納米管，使得絕緣的聚合物獲得優良的導電性能。根據基體聚合物的不同，通常3%~5%載入量即可獲得消除靜點堆積的效果。實驗表明，2%碳納米管的添加量可達到添加15%碳粉及添加8%不銹鋼絲的導電效果。由於低的加入量及納米級的尺寸聚合物在取得良好的導電性能時，不會降低聚合物機械及的其它性能，並適合於薄壁塑料件的注塑成型。

二、碳納米管可作為電化學器件

碳納米管具有非常高的表面積比，根據直徑和分散程度不同，碳納米管的比表面積在250~3000m2/g，加之優異的導電性能和良好的機械性能，碳納米管是電化學領域所需的理想材料，是用做製造電化學雙層電容器超級電容器電極的理想材料。碳納米管電容器電容量巨大，和普通介電電容器相比，電容器電容量從微法拉級上升到法拉級。碳納米管電容量可到每克15~200法拉。目前數千法拉的電容器已被生產。

三、碳納米管的氫氣存儲應用

氫能量蘊含值高，不污染環境，資源豐富，被認為是未來理想的能源，但由於氫氣存儲困難，其使用受到了很大限制。目前氫氣存儲方法主要有金屬氫化物、液化、高壓儲氫及有機氫化物儲氫等，它們各自雖有一定優勢，但均存在一些弊端。如：金屬氫化物不但昂貴而且很重;高壓儲氫安全性受到影響。碳納米管儲氫是具有很大發展潛力的應用領域之一。室溫常壓，下約三分之二的氫能從碳納米管釋放出來，而且可被反復使用。碳納米管儲氫材料在燃料電池系統中用於儲氫氣存儲，對電動汽車的發展具有非常重要的意義。可取代現用高壓氫氣罐，提高電動汽車安全性。研究室碳納米管儲氫以取得許多研究成果。分別獲得了單壁碳納米管4.2w/%，鋰摻雜多壁碳納米管20w/%，鉀摻雜多壁碳納米管14w/%的儲氫效果。美國能源部制定了一個商用標准為6.5w/%。即，儲氫能力65kg/m3，可提供電動車行駛500公里所需的能源。燃料電池在移動電源(手機、電腦等)家庭電源、分散電站、水下機器人、航天器、空間站、潛艇(不依賴空氣推進)等領域有廣闊用途。

單壁碳納米管介紹

單壁碳納米管具有優異的電子、機械、力學等性能，尤其是對電子和空穴都具有超高的遷移率，因此，國際半導體路線圖委員會2009年確定其為未來最有可能應用的新型器件材料。實現結構和性質可控的制備是單壁碳納米管應用的基礎和關鍵，然而，經過二十餘年的努力，尚未有可能的解決方案，這已經成為碳納米管研究和應用發展的瓶頸。

李彥課題組十幾年來一直致力於單壁碳納米管的可控生長研究，特別是在催化劑研究方面打下了堅實的基礎，形成了自己的特色。基於對碳納米管生長催化劑性能的深入了解，他們提出了一種利用具有固定結構的催化劑來調控生成的單壁碳納米管結構的方案。他們發展了一類鎢基合金催化劑，這種催化劑納米粒子具有非常高的熔點，能夠在單壁碳納米管生長的高溫環境下保持其晶態結構和形貌。同時，這類催化劑本身具有獨特的結構。

多壁碳納米管介紹

碳納米管是繼C60之後發現的碳的又一同素異形體，其徑向尺寸較小，管的外徑一般在幾納米到幾十納米，管的內徑更小，有的只有1nm左右;而其長度一般在微米級，長度和直徑比非常大，可達103～106。因此，碳納米管被認為是一種典型的一維納米材料。碳納米管自從被人類發現以來，就一直被譽為未來的材料，是近年來國際科學的前沿領域之一。美國加州Berkeley大學AlexZettl教授認為，就應用前景對C60和碳納米管進行全面的比較，C60可以用一頁紙概括，而碳納米管需要一本書來完成。

碳納米管復合材料介紹

《碳納米管復合材料》主要涉及碳納米管復合材料，在寫作過程中力求所涉應用領域廣泛、有代表性。《碳納米管復合材料》內容不僅包含了各種生物復合材料、結構材料、微波吸收材料、燃料電池材料、塗層材料，而且涵蓋了金屬、無機、高分子材料等基體材料。考慮到復合材料研究的完整性，《碳納米管復合材料》在重點介紹碳納米管復合材料的制備、表徵和應用的同時，介紹了碳納米管的性能、結構、特點，以及有關碳納米管復合材料的研究背景、基體材料的制備與表徵方法等。全書較系統地介紹了碳納米管基本概念與性質，碳納米管/羥基磷灰石復合材料，碳納米管/磷酸鈣骨水泥復合材料，凋亡腫瘤用碳納米管熱種子復合材料，碳納米管/鐵氧體低頻微波吸收材料，碳納米管增強金屬間化合物復合材料，碳納米管增強酚醛樹脂/石墨雙極板復合材料，以及碳納米管/羥基磷灰石復合塗層的制備與微觀結構研究。各章節之間力求既相對獨立，又相互聯系，在內容上是一個整體。

以上就是小編為您介紹的碳納米管的應用，希望能夠幫助到您。更多關於碳納米管的相關資訊，請繼續關注土巴兔裝修網。

J. 用於質子交換膜燃料電池的柔性石墨雙極板

（清華大學材料科學與工程系 先進材料教育部重點實驗室，北京 100083）

一、內容簡介

質子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell，以下簡稱PEMFC）能夠等溫地按電化學方式直接將化學能轉化為電能，它不受卡諾循環限制，能量轉化率高（40%～60%），並且清潔、無污染（產物主要是水），被認為是21世紀首選的高效、潔凈的供電系統。雙極板作為PEMFC電池堆中單電池的連接組件，主要起著隔絕電池間氣體串通、分布燃料與氧化劑、支撐膜電極和串聯單電池形成電子迴路的作用。

目前開發的雙極板材料主要有金屬類和碳材料類。表面改性的金屬雙極板，其優點是可製成薄板（如0.1～0.5mm），並可採用沖壓沖剪等機械化生產方法加工孔道與流場，有利於降低雙極板成本，但金屬板的腐蝕問題一直沒有得到很好的解決。目前實際應用的是利用人造石墨製造的雙極板，用這類材料製作的雙極板導電及耐腐蝕性很好，但由於雙極板對氣密性的要求，製造過程中需要經過多次的樹脂浸漬、碳化、石墨化以及後續的流場加工等生產工藝，因此製作程序復雜，成本很高，成為制約燃料電池應用的一個重要因素。

在實驗室將天然鱗片石墨經化學或電化學處理形成可膨脹石墨，將可膨脹石墨膨化後得到蠕蟲狀的物質，並將膨化後的石墨「蠕蟲」模壓成一定密度、表面光潔度良好的板狀材料——柔性石墨板生產流程見圖1。由於膨化過程從鱗片石墨中基本清除了所有非天然化學成分，模壓或軋制僅僅是膨脹石墨的機械結合，因此最終的柔性石墨板基本上是純石墨，它具有天然石墨所具有的熱穩定性強、導電導熱性能好、耐腐蝕、不透氣性能好等優點。同時，經過一次成型的柔性石墨雙極板可以直接製造出表面的流場，因此，其成本大大降低。

圖1 柔性石墨板生產流程圖

經實驗室驗證，柔性石墨雙極板的強度可以達到30MPa；氦滲透率為（0.4～0.9）× 10^-6μm²，電導率達到1.1×10⁵S/m，熱導率達到129 W/（m·K），均優於目前使用的人造石墨雙極板。

二、推廣應用

經過實際測試，利用柔性石墨雙極板和人造石墨雙極板組裝的電池，其性能基本相同，而前者的成本僅為人造石墨雙極板的1/20～1/10。

三、鑒定、獲獎、專利情況

2004年12月由科技部組織專家驗收。