[發(fā)明專利]一種燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710209288.7
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106930151B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石偉
• 申請（專利權(quán)）人: 王敏
• 主分類號: D21H27/00
• 分類號: D21H27/00;D21H15/12;D21H13/50;D21H17/00;D21H21/14;D21H21/16;D21H21/10;D21H21/08;D21D1/30
• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池電極多孔擴散層材料的領(lǐng)域，具體為一種燃料電池電極多孔擴散層制造用的基礎(chǔ)材料，石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法和生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

燃料電池氣體擴散層材料，在燃料電池中起著支撐催化劑層，穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)的作用，還為燃料電池反應(yīng)提供燃料氣體通道、電子通道和排水通道的作用。不同的擴散層材料對于燃料電池電極的構(gòu)造制備方法和性能的影響不同，差異很大。常用的氣體擴散層材料制備電極的有：碳纖維紙、碳布和炭黑紙等等，它們雖有均勻的孔質(zhì)薄層結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性好，表面平整，可減少電流內(nèi)部的接觸電阻。但現(xiàn)有的國內(nèi)外用于擴散層電極的基材主要是碳纖維紙材料，由碳纖維、有機樹脂和植物纖維混合制造，然后進行碳化制成燃料電池多孔擴散層電極。但是，這種工藝制成的碳素導(dǎo)電紙，為了保證其強度而加入了一些填料，影響了導(dǎo)電性能、透氣和透水等功能，而且孔隙結(jié)構(gòu)也不夠合理。

燃料電池使用的碳素纖維導(dǎo)電紙?zhí)炕蟊仨氂腥缦绿匦?，要求必須達(dá)到：

(1)均勻的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的透氣性。

(2)較低的電阻率并具有超高的電子傳導(dǎo)能力。

(3)結(jié)構(gòu)緊密，且表面平整，以減少接觸電阻，提高層性能。

(4)具有一定的機械強度，利于電極制備。

(5)具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

目前，國內(nèi)外燃料電池的生產(chǎn)制造技術(shù)較多。但是，能夠生產(chǎn)用于燃料電池多孔擴散層電極制造的只有個別的先進國家，而我們國內(nèi)幾乎沒有能夠批量生產(chǎn)的，有的也只是處于試驗室階段。并且，使用碳化的基本都是從國外進口的。然而，生產(chǎn)石墨烯碳素導(dǎo)電紙則是更少，幾乎是沒有，有的也只是處于試驗室階段。燃料電池多孔擴散層材料的國產(chǎn)化，將為我國新能源燃料電池的發(fā)展起到重要的促進作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池電極多孔擴散層材料石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，石墨烯炭素纖維導(dǎo)電紙可以在普通抄紙機上實現(xiàn)批量生產(chǎn)，且滿足制造燃料電池多孔擴散層電極的需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯粉體的表面處理

表面活性處理液采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進行調(diào)制，配制的重量比例為(40～60):(40～60):(5～15)；

將石墨烯粉體、表面活性處理液依次投入攪拌反應(yīng)釜，石墨烯粉體與表面活性處理液的重量比例為1:(1～3)，低速500～1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?～6分鐘，再進行高速2000～3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0～90分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的石墨烯粉體混合液待用；

(2)短切碳纖維的表面處理

表面活性處理液采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進行調(diào)制，配制的重量比例為(40～60):(40～60):(5～15)；

將短切碳纖維、表面活性處理液一并投入攪拌反應(yīng)釜，短切碳纖維與表面活性處理液的重量比例為1:(1～3)，即1公斤短切碳纖維加入1～3公斤表面活性處理液，低速500～1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?～6分鐘，再進行高速2000～3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0～90分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的短切碳纖維混合液待用；

(3)將植物纖維原木漿和水依次放入碎漿機中，植物纖維原木漿和水的重量比例為1:(2～4)，進行高速2000～3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷闈{，攪拌后的植物纖維混合液待用；

(4)取處理過的石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液和植物纖維混合液，植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液三者的重量比例為(2～3):(95～96):(2～3)；

先將石墨烯粉體混合液、植物纖維混合液和三分之一的短切碳纖維混合液在磨漿攪拌池中混合，再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.2～0.3％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，開動磨盤攪拌機進行磨合攪拌；