[發明專利]一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜及制備方法

有效

• 申請號: 201811622656.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109698361B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜的制備方法，其特征是：制備方法按照如下方式進行：

（1）將5-10重量份多孔無機粉體與3-8重量份尿素、1-3重量份聚乙烯醇、1-3重量份預糊化淀粉加入槳式攪拌機，在60-80℃高速攪拌，尿素熔化增塑預糊化淀粉、聚乙烯醇并與多孔無機粉體形成濕潤狀料；然后加入5-10重量份石墨烯、10-15重量份新型碳材料混合攪拌均勻，經尿素增塑預糊化淀粉的粘附，使石墨烯、新型碳材料粘附于多孔無機粉體，并轉入冷卻分散機攪拌分散，形成復合碳粒；所述多孔無機粉體粒徑5-10微米，選用沸石粉、二氧化硅氣凝膠、硅藻土、膨脹珍珠巖中的至少一種；所述新型碳材料粒徑為10-50nm的碳納米管、碳氣凝膠、介孔碳、科琴炭黑、乙炔炭黑中的至少一種；

（2）將30-40重量份步驟（1）制備的復合碳粒、10-30重量份碳纖維、3-5重量份無機纖維、1-3重量份木質纖維、10-15重量份熱塑性聚合物、3-8重量份聚四氟乙烯微粉、2-3重量份可溶鹽、0.5-2重量份潤滑劑加入槳式攪拌機中，在80-100℃分散30-45min，然后送入螺桿擠出機擠出造粒；

（3）將步驟（2）得到的粒料與發泡母料以質量比100:3-8混合均勻，加入膜片成型機微發泡為石墨烯碳膜雛形片材；

（4）將步驟（3）得到的石墨烯碳膜雛形片材連續送入三組牽引輥，牽引輥牽引速度逐步增加，對片材進行單向拉伸，同時三組牽引輥溫度逐步升高，由280℃-320℃-340℃；然后冷卻卷取；

（5）將步驟（4）的卷取物通過牽引輥送入水中浸洗，洗脫部分殘留的聚乙烯醇、糊化淀粉以及可溶鹽，形成大微孔，然后輥壓平整、干燥，卷取，得到一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜。

2.根據權利要求1所述一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述槳式攪拌機，在多孔無機粉體、尿素、聚乙烯醇、預糊化淀粉混合時，混合時間控制在15-20min，槳式攪拌機的攪拌速度控制在80-120rpm；加入石墨烯、新型碳材料后，混合時間控制在5-10min，槳式攪拌機的攪拌速度控制在250-300rpm；所述的冷卻分散機以水為冷卻介質，循環冷卻水設置在分散機的壁部夾層，分散機的攪拌速度為500-650rpm，通過冷卻和分散，使凝固形成粒徑20-50微米的復合碳粒。

3.根據權利要求1所述一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述無機纖維為玻璃纖維、陶瓷纖維、硅灰石纖維、氫氧化鎂纖維中的至少一種，無機纖維長徑比控制在8-10；所述木質纖維選用纖維長度大于500微米的木質纖維；所述碳纖維長度分布在0.5-1mm；所述可溶鹽為粒徑10-20微米的水溶性鹽；熱塑性聚合物選用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺66、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚苯醚中的至少一種；所述潤滑劑選用聚乙烯蠟、微晶石蠟、礦物油、白油、聚丙烯蠟中的至少一種；所述聚四氟乙烯微粉的粒徑為20-30微米。

4.根據權利要求1所述一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述螺桿擠出機擠出造粒采用長徑比25-36的同向雙螺桿擠出機，螺桿轉速控制在60-80rpm。

5.根據權利要求1所述一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述的發泡母料選用以偶氮二甲酰胺、偶氮胺基苯、偶氮異丁腈、苯磺酰肼、對甲苯磺酰肼中至少一種為發泡劑的發泡母料。

6.根據權利要求1所述一種燃料電池氣體擴散層用柔性石墨烯碳膜的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述膜片成型機選用吹膜機或壓延機；

使用吹膜機時，經吹膜機微發泡并吹脹和牽引拉伸，分切、卷取，得到疏松的厚度為0.3-0.4mm的石墨烯碳膜雛形片；其中吹脹比為6:1～10:1，縱向拉伸比為8:1～12:1；

使用壓延機時，在壓延機擠出機出料處設置片材模頭，混煉的熔體經片材模頭發泡，并沿牽引方向單向拉伸，分切、卷取，得到疏松的厚度為0.3-0.4mm的石墨烯碳膜雛形片；其中單向拉伸比為5:1～10:1。