石墨双极板上市公司

A. 天然石墨深加工技术

康飞宇¹ 贾耀峰² 沈万慈¹ 盖国胜¹ 郑永平¹ 阎德² 王恩平²

（1.清华大学材料科学与工程系；北京 100084；2.包头市晶元石墨有限责任公司，内蒙古包头 014030）

该项目是清华大学材料科学与工程系与包头市晶元石墨有限责任公司合作，经过4年的精心研究开发，在“十五”期间运用“863”课题与“十五”攻关课题相结合及产学研相结合下共同开发的技术成果。

一、内容简介

（一）优质可膨胀石墨的工业化生产技术

优质可膨胀石墨是生产优质柔性石墨的原料。该项目研制完成并试产了以对环境友好的双氧水为氧化剂，采用化学法制备优质可膨胀石墨技术。膨胀容积≥160 mL/g，膨胀后硫含量S≤800×10^-6。目前还未见有类似的技术报道，已经申请中国发明专利（专利申请号：200410090866.2《使用硫酸双氧水制造低硫可膨胀石墨的方法》）。根据此项技术，包头晶元石墨公司按攻关计划完成了年产2000 t优质可膨胀石墨生产线的改建（见P527）。

（二）多孔石墨的制备技术与产品

多孔石墨（膨胀石墨）对油类具有超高吸附量，可有效控制水体的油类污染，是清华大学具有国际领先水平的研究成果，松装的膨胀石墨对重油的吸附量≥80 g/g。研发完成了用膨胀石墨制备低密度多孔石墨板的技术及产品，已经申报发明专利（申请号：200410037978.1一种有污染吸附剂的制备及其回收再生方法）。密度0.02～0.08g/cm³的低密度板，在水 润滑油系统中，吸附物质90%以上是润滑油，吸附量≥10 g/g。并且对印染废水也有优良去除COD污染效果。已在轧钢厂含油冷却水及毛纺厂污水处理中完成使用试验。并已开发了多孔石墨用于高能电池石墨的市场，包头晶元石墨公司并据此将攻关任务书中提出的建50t/a多孔石墨中试线指标扩大建成300t/a的生产线（见P528）。

（三）高纯石墨微粉的生产技术

高纯石墨微粉是高能电池石墨及核石墨的重要原料。本项目研发了高纯石墨微粉的工业化生产技术，以碳92%～94%的中炭石墨为原料，通过熔融碱及复合酸的浸渍处理，提纯（C）到≥99.9的高纯石墨，而后以气流粉碎技术制成d₅₀＝8～20μm的微粉。研发了氮化硅陶瓷叶轮分级机，可防止金属污染，杂质中Fe小于50×10^-6，Cr小于2×10^-6，Ni小于5×10^-6，Cu小于3×10^-6，Mo小于1×10^-6。清华大学已经获得实用新型专利（ZL200420084694.3）《一种用于高纯粉体分级的氮化硅陶瓷分级叶片》，包头晶元公司申请了发明专利：申请号（200410009068.2）《高纯细粉鳞片石墨加工工艺及系统》。根据市场需求，将原攻关建300t/a生产线指标扩大，建成1500t/a高纯石墨微粉生产线。

（四）柔性石墨双极板制备技术

以包头晶元石墨公司的优质可膨胀石墨为原料，制成高膨胀倍率膨胀石墨，模型直接成型为柔性石墨双极板。电导率≥10⁵S/m，热导率≥100W/（m·K），透气率≤10^-6μm²，均优于人工不透石墨加工的双极板。在合作单位北京飞驰绿能电源技术公司的质子交换膜燃料电池实用运行100 h以上，电池性能与进口人工石墨双极板电池相同。该项技术已申请发明专利并已获授权（专利号ZL200410008461.X）《一种柔性石墨双极板的制备方法》。

二、推广应用

该项目技术成果的产业化部分，取得了明显的经济和社会效益。包头晶元公司，依靠该项目成果产业化，在2001～2003年期间产值增加55%，利税增加68%。国内高能电池厂电池用石墨微粉已由进口改为由晶元公司供货。晶元公司的高纯石墨微粉已具有国际电池石墨的一流技术指标，优质可膨胀石墨80%以上出口。晶元公司与世界最大的电池生产集团杜拉塞尔（即金霸王）以及瑞士特密高公司、法国罗兰公司、SGL跨国集团建立了良好的商务合作，市场将进一步扩大。同时晶元公司2003年2月获得包头稀土新产业开发区2002年度“高新技术产业化突出贡献奖”。

三、鉴定、获奖、专利情况

项目成果申请了4项发明专利，其中1项已授权，申请并授权1项实用新型专利，在天然石墨深加工领域取得了一批具有自主知识产权的国际领先或先进的科技成果。项目期间共发表论文20多篇，其中SCI收录8篇。

B. 跪求单极板 双极板的定义

这两个应该都是电化学中应用的材料
双极板

双极板是继MEA之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。

柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。

复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。

全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。
单级板的定义一直没找到，我是学物理专业的，也没学过，对不起了

C. 能不能简述下燃料电池材料的发展历程啊有急用，谢了啊。。。

燃料电池在发达国家的研究进展非常迅速。目前，已研制成功11MW、5MW、1MW的示范性磷酸燃料电池，并已经投入运行。由美国西屋公司在97年研制的固体氧化物燃料电池堆，已经成功地在日本东京和大阪两个城市试验完毕。美国国际燃料电池公司生产的PC-25型号的燃料电池最大功率可达200KW，目前已经进入了批量生产阶段。该公司所提供的4.5MW和1MW电池堆已经于98年在日本进行了调试运行。同时，美国政府也十分支持燃料电池的开发，2000年美国预计对燃料电池的开发经费为4000万美元，据报道，2001年度的预算申请额急剧增加到了1亿美元。此外，安装一定功率的燃料电池供电设备，政府还会给予总费用1/2的补贴。由于具有友好的开发环境，许多企业都加入到开发燃料电池的行列之中。我们邻国日本从八十年代起开始研究和开发燃料电池。分别制定了1978年的“月光计划”和1993年启动的“新日光计划”。经过阶段性研究，日本在1981年由东京电力公司研制出了4500KW，接着1989年又推出了11000KW燃料电池装置。1989年的11000KW燃料电池装置，是由美国通用电力和日本东芝合资公司共同开发的IFC，它堪称是世界上最大的磷酸型燃料电池发电厂。
同样，我国在燃料电池开发中进行了许多研究工作。燃料电池在中国的研究起步比较晚，虽然早在上个世纪60年代末，我国科学家就已经开展了对燃料电池的研究。然而，由于种种原因，在七十年代后期许多研究就相继停止了。这导致我国的燃料电池技术与世界先进水平差距较大。进入了九十年代初，由于国外民用燃料电池的迅速发展，我国又兴起了对燃料电池的研究热。我国的质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术研究在“九五”期间被列为国家“九五”计划中重大科技攻关项目之一，在国家自然科学基金会、“863”计划和国家科委等的支持下，目前有一大批高等院校如清华大学、北京科技大学、上海交通大学、武汉大学、华南理工大学等都加入到了燃料电池的基础理论研究中来，大连化物所、天津电源研究所、北京福源公司、上海神力科技有限公司等在PEM燃料电池技术的研究方面都取得了重要成[4]，在“十五”期间，我国的燃料电池技术可望得到突破性进展。通过十几年的不懈努力，在燃料电池技术方面的研究我国已经取得了很大的进展，特别是在PEM燃料电池方面，但由于我们起步比较晚，很多技术仍然处于科研阶段。国家科技部和中国科学院在“九五”中安排了“燃料电池技术”攻关项目，以大连化物所为牵头单位，在全中国开展了PEM燃料电池的电池材料与电池系统的研究。旨在开发具有自主知识产权的燃料电池技术，主攻PEM燃料电池。目前以纯氢为燃料的30kW PEM燃料电池为动力的中巴车，已于2001年1月成功运行，该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的MK7PEM燃料电池电动车的水平。该中巴车是我国第一台真正意义上的燃料电池驱动的电动汽车，拥有自主的知识产权，将对我国的环保、能源及交通等领域产生深远的影响，开辟了绿色动力的新纪元[5]。
综上所述，目前燃料电池技术已处于商业化的前夜，阻碍燃料电池商业化的最大障碍目前有两个：一个是成本，另一个是氢源。国际上正在开发燃料电池批量生产技术，研制新电池材料，进一步降低成本。尽管PEM燃料电池具有高效、环境友好等突出优点，但目前只能在特殊场所应用和试用。若作为商品进入市场，必须大幅度降低成本，使生产者和消费者均能从中获得利益。如作为电动车动力源，PEM燃料电池造价应能与汽油、柴油发动机相比(约50$/kW)，若作为各种便携式动力源，其造价必须与各种化学电源相当。尽管国际上主要汽车公司都正式宣布在2007年实现燃料电池汽车的商业化，但仍在许多问题有待解决，而且有些问题至今没有找到解决的方法，随着研究开发的深入，还必然会产生一些新问题。同时科学家们也在不断开发可用氢的来源，目前可用氢的主要来源有两类：一类是纯氢，其技术已经成熟，但需要建立加氢站；另一类是甲醇或重整制氢，技术还需要进一步完善。专家估计，最早进行商业化的燃料电池汽车在2006—2008年可进入市场。在国内，千瓦级PEM燃料电池方面已基本完成试运行，具备了商业化开发的能力，该技术在国际上也产生了一定的影响。但用于刚刚起步的电汽车，还需要进一步加强研发力量，多完成一些技术上的突破， 使我国的汽车产业在短时间内赶超发达国家水平，保护地球环境的重要性今后将尤为突出，所以21世纪以燃料电池为动力的交通体系有望得以实现，同时可以更好地改善城市中汽车污染严重等问题。

D. 燃料电池双极板是两个单极板焊接在一起的吗

这两个应该都是电化学中应用的材料 双极板 双极板是继MEA之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。 柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。 复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。 全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。

E. 质子交换膜燃料电池的发展现状

20世纪60年代，美国首先将PEMFC用于Gemini宇航飞行。伴随着全氟磺酸型质子交换膜碳载铂催化剂等关键材料的应用和发展，80年代，PEMFC的研究取得了突破性进展，电池的性能和寿命大幅提高，电池组的体积比功率和质量比功率分别达到1000W/L、700W/kg，超过了DOE和PNGV制定的电动车指标。90年代以来，基于质子交换膜燃料电池高速进步，各种以其为动力的电动汽车相继问世，至今全球已有数百台以PEMFC为动力的汽车、潜艇、电站在国内外示范运行。表4-4-1列出了国内外开发的几种燃料电池汽车的主要性能指标，性能完全可以与内燃机相媲美。
表4-4-1 国内外开发的几种燃料电池汽车的主要性能指标 PowerMotor Power最高速度加速时间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 由于质子交换膜燃料电池高效、环保等突出优点，引起了世界各发达国家和各大公司高度重视，并投巨资发展这一技术。美国政府将其列为对美国经济发展和国家安全至为关键的27个关键技术领域之一；加拿大政府将燃料电池产业作为国家知识经济的支柱产业之一加以发展；美国三大汽车公司（GM，Ford ,Chryster）、德国的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽车公司均投入巨资开发PEMFC汽车。
处于领先地位的加拿大Ballard公司已经开始出售商业化的各种功率系列的PEMFC装置。
在我国有中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、武汉理工大学、上海空间电源研究所、上海神力等很多单位在开展PEMFC的研究，并取得了长足进展，接近国外先进水平。就技术而言，千瓦级的PEMFC技术已基本成熟，阻碍其大规模商业化的主要原因是燃料电池的价格还远远没有达到实际应用的要求，影响燃料电池成本的两大因素是材料价格昂贵和组装工艺没有突破，例如使用贵金属铂作为催化剂；昂贵的质子交换膜及石墨双极板加工成本等，导致PEMFC成本约为汽油、柴油发动机成本（50$/kW）的10~20倍。PEMFC要作为商品进入市场，必须大幅度降低成本，这有赖于燃料电池关键材料价格的降低和性能的进一步提高。

F. 简述燃料电池对石墨双极板材料有哪些结构和性能要求

这两个应该都是电化学中应用的材料
双极板
双极板是继MEA之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。
柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。
复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。
全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。
单级板的定义一直没找到，我是学物理专业的，也没学过，对不起了

G. 石墨层间化合物制备技术及其应用研究

康飞宇 邹麟 沈万慈 郑永平 盖国胜 任慧 顾家琳

（清华大学，材料科学与工程系，新型炭材料研究室，北京 100084）

摘要 石墨的碳原子层面间以范德华力结合，容易被外力打开而插入其他分子、原子，从而形成石墨层间化合物（GICs）。课题组通过控制GICs改性的氧化/插层过程，发明了优质低硫可膨胀石墨，膨胀容积大于160 mL/g，残硫量低于800×10^-6；发明了MCl_x-GICs（M为过渡族金属）微粉用于电磁波吸收屏蔽材料，红外、激光完全遮蔽达15 min以上；通过控制插层/脱插过程，制备了高温膨胀石墨用于吸油材料，吸附重油量大于80 g/g，清理污水效果远优于活性炭；发明了低温脱插微膨石墨用于锂离子电池负极材料，可逆容量达370 mA·h/g，循环性能良好^［1～20］。

关键词 石墨层间化合物；膨胀石墨；过程控制。

第一作者简介：康飞宇，男，工学博士，教授，主要从事天然石墨的深加工技术和多孔炭材料的研究。E-mail：[email protected]。

一、引言

天然鳞片石墨具有优异的理化特性，在各个高技术领域、工业领域均有着广泛的应用前景。但天然鳞片石墨为片状的粉料，其形态、结构及性能难以满足不同科技领域的要求。本研究利用石墨层间化合物技术，将鳞片石墨原料改性为功能性石墨材料，控制氧化/插层及插层/脱插过程，获得优质的可膨胀石墨材料、多孔石墨材料、柔性石墨双极板材料、锂离子电池负极材料、电磁波吸收材料等。

石墨是典型的层状结构，由六角网状结构的碳原子平面叠合而成，在网状平面上，碳原子间为共价键和金属性大π键结合，为强键合，原子间距仅为0.142nm，而碳原子平面间为范德华力的弱键合，层间距达0.335nm，这种结构决定了石墨层间可以插入异类原子、分子、离子而形成各类石墨层间化合物（Graphite Intercalation Coumpounds，简称GICs）。GICs中应用最多的是受主型GICs，即插入物接受碳原子层的电子。GICs是非化学计量化合物，并且碳原子层及插入层物质保留着各自的结构，因此可以认为是一种纳米级的复合材料。由于层间的电子交换，GICs出现许多特殊的理化特性，如高导电性、催化性、选择吸附性等。因此GICs处理可提供石墨改性的多重可能性。本文阐述利用GICs技术处理中控制氧化/插层过程制备优质可膨胀石墨和电磁波吸收（隐身）材料；利用GICs的插层/脱插过程控制制备多孔石墨及锂离子电池负极材料。

二、石墨层间化合物改性技术

（一） H₂O₂-H₂SO₄共插层技术：合成低硫可膨胀石墨

受主型GICs的形成是一个氧化-插层过程，首先是［O］（及其他氧化性物质）与石墨层的π电子作用，发生氧化，使层间距加大，引导插入剂进入石墨层间，实现插层。氧化过程是受主型GICs形成的一个控制环节，当插层剂本身氧化性不够时，插层反应十分缓慢甚至不能进行，此时为了保证GICs的形成，就要依靠附加的化学氧化剂或电化学阳极氧化来实现插层反应。

GICs材料目前在工业上应用量最大的是可膨胀石墨，它是制备柔性石墨及多孔石墨的主要原料。可膨胀石墨是以GICs的插层剂在高温快速加热时气化，使石墨GICs中产生巨大内压从而使石墨颗粒层间胀开，在C轴方向膨胀几十至几百倍而得到的产品。绝大多数GICs都具有可膨胀性，但综合考虑，采用硫酸插层的H₂SO₄-GICs用作可膨胀石墨最经济，所以工程上也称酸化石墨。

硫酸插层的可膨胀石墨的重要质量指标之一是其残硫含量，硫是有害元素，会影响到柔性石墨等后续产品的质量。决定残硫含量的是硫酸氧化-插层过程及插入量。普通可膨胀石墨900～1000℃膨胀后，残硫含量1300×10^-6～2000×10^-6。技术关键是降硫。根据GICs理论，一是利用氧化剂的共插层作用，减少H₂SO₄的插入，二是设计降低挥发分即残留插层的H₂SO₄量的方法来降硫。实际上氧化剂本身也是一种插层剂，与H₂SO₄是共同插入的关系，氧化性越强，共插入过程越强。氧化剂的强弱可由氧化剂的标准电极电位进行判定，如表1所示。

图5 多孔石墨吸油能力

多孔石墨由于其疏水亲油特性及多孔结构，对油类及大分子有机物质有超大吸附量，分散态多孔石墨在水中吸附重油量大于80 g/g，是其他吸油材料所不能及的（图5）。应用本研究的插层/脱插控制技术制备的多孔石墨低密度板，在包钢带钢厂冷却水池除油及清河毛纺厂印染废水脱除COD的工程应用实验中，其去污效果远好于活性炭。多孔石墨作为水体污染治理的一种材料，有良好的前景。该项技术已经申报发明专利《一种油污染吸附剂的制备及其回收再生方法》（申请号200410037978.1）。同时利用多孔石墨微粉对电解质的良好浸润能力，将其用作高能碱性电池的正极新型导电添加剂，替代日本进口产品，目前已经产业化。

参考文献

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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. 简述燃料电池对石墨双极板材料有哪些结构和性能要求

这两个应该都是电化学中应用的材料
双极板
双极板是继mea之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。
柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。
复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。
全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。
单级板的定义一直没找到，我是学物理专业的，也没学过，对不起了

I. 碳纳米管的应用有哪些

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20nm。

一、碳纳米管可作为复合材料

由于碳纳米管具有优良的电学和力学性能，被认为是复合材料的理想添加相。碳纳米管作为加强相和导电相，在纳米复合材料领域有着巨大的应用潜力。

碳纳米管聚合物复合材料是第一个已得到工业应用的碳纳米管复合材料。由于添加了电导性能优异的碳纳米管，使得绝缘的聚合物获得优良的导电性能。根据基体聚合物的不同，通常3%~5%加载量即可获得消除静点堆积的效果。实验表明，2%碳纳米管的添加量可达到添加15%碳粉及添加8%不锈钢丝的导电效果。由于低的加入量及纳米级的尺寸聚合物在取得良好的导电性能时，不会降低聚合物机械及的其它性能，并适合于薄壁塑料件的注塑成型。

二、碳纳米管可作为电化学器件

碳纳米管具有非常高的表面积比，根据直径和分散程度不同，碳纳米管的比表面积在250~3000m2/g，加之优异的导电性能和良好的机械性能，碳纳米管是电化学领域所需的理想材料，是用做制造电化学双层电容器超级电容器电极的理想材料。碳纳米管电容器电容量巨大，和普通介电电容器相比，电容器电容量从微法拉级上升到法拉级。碳纳米管电容量可到每克15~200法拉。目前数千法拉的电容器已被生产。

三、碳纳米管的氢气存储应用

氢能量蕴含值高，不污染环境，资源丰富，被认为是未来理想的能源，但由于氢气存储困难，其使用受到了很大限制。目前氢气存储方法主要有金属氢化物、液化、高压储氢及有机氢化物储氢等，它们各自虽有一定优势，但均存在一些弊端。如：金属氢化物不但昂贵而且很重;高压储氢安全性受到影响。碳纳米管储氢是具有很大发展潜力的应用领域之一。室温常压，下约三分之二的氢能从碳纳米管释放出来，而且可被反复使用。碳纳米管储氢材料在燃料电池系统中用于储氢气存储，对电动汽车的发展具有非常重要的意义。可取代现用高压氢气罐，提高电动汽车安全性。研究室碳纳米管储氢以取得许多研究成果。分别获得了单壁碳纳米管4.2w/%，锂掺杂多壁碳纳米管20w/%，钾掺杂多壁碳纳米管14w/%的储氢效果。美国能源部制定了一个商用标准为6.5w/%。即，储氢能力65kg/m3，可提供电动车行驶500公里所需的能源。燃料电池在移动电源(手机、电脑等)家庭电源、分散电站、水下机器人、航天器、空间站、潜艇(不依赖空气推进)等领域有广阔用途。

单壁碳纳米管介绍

单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能，尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率，因此，国际半导体路线图委员会2009年确定其为未来最有可能应用的新型器件材料。实现结构和性质可控的制备是单壁碳纳米管应用的基础和关键，然而，经过二十余年的努力，尚未有可能的解决方案，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。

李彦课题组十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究，特别是在催化剂研究方面打下了坚实的基础，形成了自己的特色。基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案。他们发展了一类钨基合金催化剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其晶态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。

多壁碳纳米管介绍

碳纳米管是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，其径向尺寸较小，管的外径一般在几纳米到几十纳米，管的内径更小，有的只有1nm左右;而其长度一般在微米级，长度和直径比非常大，可达103～106。因此，碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料。碳纳米管自从被人类发现以来，就一直被誉为未来的材料，是近年来国际科学的前沿领域之一。美国加州Berkeley大学AlexZettl教授认为，就应用前景对C60和碳纳米管进行全面的比较，C60可以用一页纸概括，而碳纳米管需要一本书来完成。

碳纳米管复合材料介绍

《碳纳米管复合材料》主要涉及碳纳米管复合材料，在写作过程中力求所涉应用领域广泛、有代表性。《碳纳米管复合材料》内容不仅包含了各种生物复合材料、结构材料、微波吸收材料、燃料电池材料、涂层材料，而且涵盖了金属、无机、高分子材料等基体材料。考虑到复合材料研究的完整性，《碳纳米管复合材料》在重点介绍碳纳米管复合材料的制备、表征和应用的同时，介绍了碳纳米管的性能、结构、特点，以及有关碳纳米管复合材料的研究背景、基体材料的制备与表征方法等。全书较系统地介绍了碳纳米管基本概念与性质，碳纳米管/羟基磷灰石复合材料，碳纳米管/磷酸钙骨水泥复合材料，凋亡肿瘤用碳纳米管热种子复合材料，碳纳米管/铁氧体低频微波吸收材料，碳纳米管增强金属间化合物复合材料，碳纳米管增强酚醛树脂/石墨双极板复合材料，以及碳纳米管/羟基磷灰石复合涂层的制备与微观结构研究。各章节之间力求既相对独立，又相互联系，在内容上是一个整体。

以上就是小编为您介绍的碳纳米管的应用，希望能够帮助到您。更多关于碳纳米管的相关资讯，请继续关注土巴兔装修网。

J. 用于质子交换膜燃料电池的柔性石墨双极板

（清华大学材料科学与工程系 先进材料教育部重点实验室，北京 100083）

一、内容简介

质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，以下简称PEMFC）能够等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能，它不受卡诺循环限制，能量转化率高（40%～60%），并且清洁、无污染（产物主要是水），被认为是21世纪首选的高效、洁净的供电系统。双极板作为PEMFC电池堆中单电池的连接组件，主要起着隔绝电池间气体串通、分布燃料与氧化剂、支撑膜电极和串联单电池形成电子回路的作用。

目前开发的双极板材料主要有金属类和碳材料类。表面改性的金属双极板，其优点是可制成薄板（如0.1～0.5mm），并可采用冲压冲剪等机械化生产方法加工孔道与流场，有利于降低双极板成本，但金属板的腐蚀问题一直没有得到很好的解决。目前实际应用的是利用人造石墨制造的双极板，用这类材料制作的双极板导电及耐腐蚀性很好，但由于双极板对气密性的要求，制造过程中需要经过多次的树脂浸渍、碳化、石墨化以及后续的流场加工等生产工艺，因此制作程序复杂，成本很高，成为制约燃料电池应用的一个重要因素。

在实验室将天然鳞片石墨经化学或电化学处理形成可膨胀石墨，将可膨胀石墨膨化后得到蠕虫状的物质，并将膨化后的石墨“蠕虫”模压成一定密度、表面光洁度良好的板状材料——柔性石墨板生产流程见图1。由于膨化过程从鳞片石墨中基本清除了所有非天然化学成分，模压或轧制仅仅是膨胀石墨的机械结合，因此最终的柔性石墨板基本上是纯石墨，它具有天然石墨所具有的热稳定性强、导电导热性能好、耐腐蚀、不透气性能好等优点。同时，经过一次成型的柔性石墨双极板可以直接制造出表面的流场，因此，其成本大大降低。

图1 柔性石墨板生产流程图

经实验室验证，柔性石墨双极板的强度可以达到30MPa；氦渗透率为（0.4～0.9）× 10^-6μm²，电导率达到1.1×10⁵S/m，热导率达到129 W/（m·K），均优于目前使用的人造石墨双极板。

二、推广应用

经过实际测试，利用柔性石墨双极板和人造石墨双极板组装的电池，其性能基本相同，而前者的成本仅为人造石墨双极板的1/20～1/10。

三、鉴定、获奖、专利情况

2004年12月由科技部组织专家验收。