[發(fā)明專利]用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910053648.4
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101591868A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 王彪;段瓊娟;王炯;王華平
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D21H19/72
• 分類號: D21H19/72;D21H13/50;D21H19/10;D21H19/84;D21H23/50;D21H25/06;D21B1/02;D21B1/04;D21C3/22;D21H21/08;D21H21/06;D21H19/24;H01M4/88
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權代理事務所
• 代理人: 黃志達;謝文凱

1.一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，包括：

(1)對瀝青基碳纖維進行水處理，對PAN基預氧化纖維進行活化處理；

(2)將上述瀝青基碳纖維和PAN基預氧化纖維短切；將植物纖維短切；

(3)將上述三種短切纖維混合進行濕法造紙成型，得到原紙，混合成份按重量計，瀝青基碳纖維∶PAN基預氧化纖維∶植物纖維為16～20∶3～6∶1；

(4)將碳納米管和/或?qū)щ娞亢陬w粒分散在樹脂溶液中，樹脂溶液的濃度為5％～35％，碳納米管和/或?qū)щ娞亢陬w粒與樹脂的重量百分比為1∶2～6；

(5)將上述樹脂溶液噴涂于步驟(3)原紙的上、下表面，厚度為0.5～5μm，40～70℃烘干后，壓力2～5MPa、時間5～20分鐘熱壓成半成品；

(6)將半成品進行熱處理，溫度700～1400℃，時間20～60min，即得。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)瀝青基碳纖維的含碳量為85～99％，直徑為10～20μm，水處理水溫為60～100℃。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)活化處理，選用KOH、NaOH或H₃PO₄試劑加熱活化，加熱溫度40～100℃。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)短切是將纖維切成適當?shù)拈L度，短切后瀝青基碳纖維的長度為2～6mm，植物纖維的長度為6～12mm，活化處理后的PAN基預氧化纖維的長度為5～10mm。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)濕法造紙成型包括：

(a)配制分散劑水溶液，分散劑含量為0.1％～0.5％；

(b)將步驟(2)中得到的三種短切纖維加入上述分散劑水溶液中，按重量計，瀝青基碳纖維∶PAN基預氧化纖維∶植物纖維為16～20∶3～6∶1，分散劑水溶液的重量與三種短切纖維總重量的之比為1000～2000∶1，攪拌均勻，得到造紙用漿料；

(c)在上述漿料中添加高分子粘結劑并攪拌均勻；

(d)余下步驟按照常規(guī)的濕法造紙的工藝成型。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(a)分散劑為陰離子聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯中的一種或兩種的組合。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(c)高分子粘結劑為聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂或羧甲基纖維素中的一種或幾種的組合。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)碳納米管管徑為5～50nm，長度為0.1～2μm，導電炭黑顆粒平均粒徑為20～60nm。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)樹脂溶液為酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂溶解在乙醇、丙酮或汽油中。

10.根據(jù)權利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴散層的碳纖維紙的制備方法，其特征在于：所述碳纖維紙由短切的瀝青基碳纖維、短切的PAN基預氧化纖維和短切的植物纖維分別熱處理后的三種短切碳纖維以及樹脂熱處理后殘留的碳相互交錯粘連構成的一個三維網(wǎng)絡結構，碳纖維紙的上、下表面均勻附著碳納米管和/或?qū)щ娞亢凇?/p>