[發(fā)明專利]一種利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210513611.7
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103000911A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石偉
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽華天鑫碳纖維電熱制品有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;D21H17/48;D21H17/52;D21H17/07
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，具體步驟如下：

（1）碳纖維紙浸膠

將改性酚醛樹脂與環(huán)氧樹脂按重量比例1:（1-3）混合后，用丙酮與乙醇重量比1:1的混合液進(jìn)行稀釋，按重量百分比計，改性酚醛樹脂與環(huán)氧樹脂占30-50%；然后加入硼胺絡(luò)合物類固化劑和酚醛胺環(huán)氧樹脂固化劑，按重量百分比計，硼胺絡(luò)合物類固化劑占4-6%，酚醛胺環(huán)氧樹脂固化劑占0.5-2%，溫度保持在20-30℃倒入浸膠池中；

根據(jù)所要碳化的基板的規(guī)格選用碳纖維紙，并安裝到浸膠機生產(chǎn)線上進(jìn)行浸膠，碳纖維紙浸膠后，進(jìn)入烘干隧道烘干裁片；

（2）壓制電極板

選用不銹鋼板3-5mm為模板，將模板清理干凈無塵，先在3-5mm的冷軋鋼板上鋪80g/m²的牛皮紙8-10張，再在牛皮紙上鋪不銹鋼板；

在不銹鋼板上依次鋪設(shè)聚乙烯離型膜、碳纖維紙、聚乙烯離型膜、不銹鋼板、牛皮紙和冷軋鋼板，具體為：在不銹鋼板上鋪一層耐高溫聚乙烯離型膜，在聚乙烯離型膜上鋪浸膠后的碳纖維紙，根據(jù)所需要的厚度鋪碳纖維紙，并在碳纖維紙上鋪一層聚乙烯離型膜，在聚乙烯離型膜上鋪不銹鋼板，在不銹鋼板上鋪8-10層牛皮紙，在牛皮紙上鋪冷軋鋼板，形成預(yù)壓品；然后，將預(yù)壓品裝入熱壓機中準(zhǔn)備壓制，壓制過程如下：

①第一次升壓升溫，壓力3-4MPa/cm²、溫度100-120℃、壓制時間40-50min；

②第二次升壓升溫，壓力7-8MPa/cm²、溫度150-160℃、壓制時間50-60min；

③壓制完成后，冷卻降溫，降至50℃以下時卸壓，出模、揭模，將壓制好的碳纖維紙電極板整理裁剪后，等待碳化；

選擇溫度達(dá)到2800-3200℃的碳化爐，將壓制好的電極板放入碳化爐中進(jìn)行碳化。

2.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，改性酚醛樹脂為：聚酰胺改性酚醛樹脂、雙氰胺改性酚醛樹脂或環(huán)氧改性酚醛樹脂；硼胺絡(luò)合物類固化劑采用594固化劑；酚醛胺環(huán)氧樹脂固化劑采用T-31固化劑。

3.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，烘干隧道溫度的設(shè)定為，進(jìn)口80-90℃，中間120-150℃，出口70-80℃，碳纖維紙行進(jìn)速度為0.1-0.3米/秒。

4.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，熱壓機為10MPa/cm²的真空熱壓機，溫度選用0-180℃。

5.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，碳纖維紙鋪設(shè)一層或兩層以上，當(dāng)碳纖維紙鋪設(shè)兩層以上時，在第一層碳纖維紙鋪完后的不銹鋼板上鋪設(shè)聚乙烯離型膜，則繼續(xù)依次按碳纖維紙、聚乙烯離型膜、不銹鋼板的順序，重復(fù)鋪裝，最后鋪牛皮紙和冷軋鋼板，再裝入熱壓機中準(zhǔn)備壓制。

6.按照權(quán)利要求5所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，每層碳纖維紙為一張或兩張以上，電極板壓制一層或兩層以上，當(dāng)電極板壓制兩層以上時，重復(fù)鋪裝。

7.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，模板采用單層、雙層或三層以上。

8.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，碳化采用真空感應(yīng)高溫?zé)Y(jié)爐在氬氣氣氛的保護(hù)下，進(jìn)行燒制900-1000℃、時間10-30min，到時間后將溫度提高到1800-2200℃、時間30-50min，燒制成多孔擴散層電極板。

9.按照權(quán)利要求1所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，碳纖維紙為80-100克/m²的碳纖維紙，其孔隙率為20-30%，導(dǎo)電方阻為3-10Ω/cm²。

10.按照權(quán)利要求9所述的利用碳纖維紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的工藝，其特征在于，碳纖維紙的制備過程如下：

（1）短切碳纖維的表面處理

將短切碳纖維在丙酮、乙醇和水的混合液浸泡2-3小時，按重量比計，丙酮：乙醇：水＝1:1:20，然后撈出淋干液體；

將短切碳纖維倒入容器，并加入占短切碳纖維總重量0.1-0.3%的分散劑，進(jìn)行1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘的高速分離攪拌，時間0.5-2小時；

（2）導(dǎo)電碳黑的表面處理

將導(dǎo)電碳黑在濃度為5wt%的乙醇水溶液中浸泡3-4小時后，與乙醇水溶液一同導(dǎo)入磨漿池；

（3）將原木漿放入碎漿機中，原木漿與水的重量比例為5-15％，將原木漿打碎放入磨漿池；

（4）將處理過的導(dǎo)電碳黑與原木漿按重量比1:（1-2），加入步驟（2）和步驟（3）所得原料到磨漿池中，并加入總重量1/3的短切碳纖維；然后，進(jìn)行第一次漿內(nèi)施膠，加入占短切碳纖維總重量0.2-0.4%的陽離子淀粉，開動磨漿設(shè)備滿負(fù)荷電流磨漿1-2小時，當(dāng)叩解度達(dá)30-40°SR時，并且觀察看不到短切碳纖維后，將磨漿機放開，電流減少一半，倒入所剩短切碳纖維總重量的一半，并加入所加短切碳纖維重量1倍的水，繼續(xù)磨漿1-2小時后，將磨漿機完全放開，將電流放至最小，將所剩短切碳纖維全部倒入磨漿機，并加入所倒短切碳纖維1倍的水，進(jìn)行第二次施膠，加入占短切碳纖維總重量0.1-0.3%的陽離子淀粉；

（5）繼續(xù)磨漿20-40分鐘后，全部放入成漿池，并添加放入成漿池中物質(zhì)總重量4-6倍的水，開動攪拌器，加入助留劑，助留劑占加水后總重量的1-3%，攪拌均勻后得成漿，以備造紙機抄紙；

（6）造紙機帶水運行，將造紙機中的毛氈潤濕，待造紙機的烘缸達(dá)到80-90℃時，將造紙機調(diào)到所需的轉(zhuǎn)速1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘；

這時，將成漿打到一個高位箱，并將水打到另一高位箱，打開兩個高位箱閥門，同時在混漿箱中按重量比1:1.5-2的漿與水混合后，放入造紙機的網(wǎng)箱，并開始抄紙烘干、成卷，得到碳纖維紙。