[發明專利]利用石墨烯碳素纖維導電紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的方法

有效

• 申請號: 201710247980.9
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107086311B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 石偉
• 申請（專利權）人: 王敏
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;D21H23/32;D21H19/24;D21H25/06;D21H27/00;D21H15/12;D21H13/50;D21H17/00;D21H21/14;D21H21/16;D21H21/10;D21H21/08
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種利用石墨烯碳素纖維導電紙制作燃料電池多孔擴散層電極板的方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)石墨烯碳素纖維導電紙的浸膠

將改性酚醛樹脂與環氧樹脂按重量比1:1混合后，采用丙酮與乙醇重量比1:1的稀釋液進行稀釋，形成浸膠液；按重量百分比計，浸膠液中，改性酚醛樹脂占20～30％，環氧樹脂占20～30％，余量為稀釋液，溫度保持在30～40℃倒入浸膠池中待用；

選用石墨烯碳素纖維導電紙，并安裝到浸膠機生產線上進行浸膠，將石墨烯碳素纖維導電紙經導輪引入浸膠液，浸膠后的石墨烯碳素纖維導電紙經擠壓輥、導輥進入烘干隧道，進行烘干、裁片；

(2)壓制電極板

選用厚度3～5mm的不銹鋼板為模板，將模板清理干凈無塵，先在厚度為3～5mm的冷軋鋼板上鋪每平方米80克的牛皮紙8～10張，再在牛皮紙上鋪不銹鋼板，在不銹鋼板上依次鋪設聚乙烯離型膜、浸過膠的石墨烯碳素纖維導電紙、聚乙烯離型膜、不銹鋼板、牛皮紙和冷軋鋼板，形成預壓品，將預壓品裝入熱壓機中進行壓制；

(3)碳化

選擇溫度可達2800～3300℃的碳化爐，壓制好的電極板用碳化極板壓制好裝入碳化爐進行碳化；

石墨烯碳素纖維導電紙的制備過程包括如下步驟：

(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、硅烷偶聯劑進行調制，配置的重量比例為(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/分攪拌3～6分鐘，再進行高速2000～3000轉/分攪拌30～90分鐘，攪拌時反應釜保持溫度在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、硅烷偶聯劑進行調制，配置的重量比例為(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/分攪拌3～6分鐘，再進行高速2000～3000轉/分攪拌30～90分鐘，攪拌時反應釜保持溫度在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/分攪拌碎漿，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，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％的漿內施膠，漿內施膠為水性液體酚醛樹脂，開動磨盤攪拌機進行磨合攪拌；

將磨盤攪拌機的負荷電流調在滿負荷的狀態下，運轉1～2小時；當電流逐漸下降叩解度達到30°～40°SR時，并且觀察不到短切纖維后，將所剩短切碳纖維混合液的一半加入磨漿攪拌池中，并加入所剩短切碳纖維混合液重量一倍的水，繼續磨合攪拌1～2小時；再將磨盤攪拌機的磨合盤完全放開，將所剩短切碳纖維混合液全部加入；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％的漿內施膠，漿內施膠為水性液體酚醛樹脂，磨合攪拌20～40分鐘后在加入助留劑、分散劑、挺硬劑繼續攪拌20～40分鐘后，全部放入成漿池；向成漿池中加入占所有物質總量的4～5倍的水，并開動成漿池中的攪拌機，攪拌1～2小時后形成漿料，準備抄紙；

(5)造紙機帶水運行，將造紙機中的毛毯潤濕，待造紙機的烘缸達到90～95℃時，將造紙機的運行速度調到600～700轉/分鐘；

將漿料通過漿泵輸送到離地面3～5米高的成漿高位箱，并將水通過水泵輸送到離地面3～5米高的稀釋用水高位箱，打開兩個高位箱的閥門，以1:(2～3)的重量比例向低于兩個高位箱0.5～1.5米的稀釋混漿箱放入漿料和水進行混合稀釋，將混合稀釋后的紙漿放入網箱開始上網抄紙，經過毛毯傳送、烘缸烘干后，由卷紙設備成卷，得到所需要的石墨烯碳素纖維導電紙。