[發明專利]碳納米纖維、擴散層、膜電極、燃料電池及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010434036.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111584886B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 朱星燁;楊敏;李曉琳;汪聰敏;季文姣;黃騰達
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1004;D01F9/21;D01F9/22;D01F9/24
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;劉奉麗

1.一種擴散層的制備方法，其包括以下步驟：

S1’、將碳納米纖維制成碳納米纖維粉體；

S2’、將所述碳納米纖維粉體分散至分散劑中，得到噴涂漿液；所述分散劑為醇或醇水溶液；

S3’、將所述噴涂漿液噴涂至支撐層上，烘干，即得擴散層；

其中，所述碳納米纖維的含氮量為3wt%~15wt%；所述碳納米纖維由如下制備方法制得，其包括以下步驟：

S1、將紡絲溶液進行靜電紡絲后干燥；其中，

所述紡絲溶液包括聚合物和溶劑，所述聚合物在所述紡絲溶液中的質量分數為6~10%，

所述聚合物包括含氮聚合物，所述含氮聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酰亞胺和聚苯胺中的一種或多種；所述聚合物還包括含氟聚合物，所述含氟聚合物為聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；

所述干燥的溫度為60~80℃；

S2、高溫碳化，所述碳化的溫度為750~950℃。

2.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述含氮聚合物為聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮共混物，或聚丙烯腈和聚乙酰亞胺共混物，或聚丙烯腈和聚苯胺共混物，或聚乙烯吡咯烷酮和聚乙酰亞胺共混物，或聚乙烯吡咯烷酮和聚苯胺共混物，或聚乙酰亞胺和聚苯胺共混物；

或者，步驟S1中，所述含氮聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙酰亞胺共混物，或聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和聚苯胺共混物，或聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酰亞胺和聚苯胺共混物，或聚丙烯腈、聚乙酰亞胺和聚苯胺共混物；

或者，步驟S1中，所述含氮聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酰亞胺和聚苯胺共混物。

3.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述含氮聚合物的分子量為10萬~50萬。

4.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述含氮聚合物的含氮量為10wt%~25wt%。

5.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氟聚合物的分子量為18萬~53萬。

6.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氟聚合物的含氟量為50wt%~70wt%。

7.根據權利要求6所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氟聚合物的含氟量為60wt%。

8.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氟聚合物與所述含氮聚合物的質量比為（1~5）：1。

9.根據權利要求8所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氟聚合物與所述含氮聚合物的質量比為3：1。

10.根據權利要求1所述的擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述聚合物還包括非含氮聚合物，所述非含氮聚合物為聚環氧乙烷、聚乙烯醇和聚丙烯酸中的一種或多種。

11.根據權利要求10所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述非含氮聚合物的分子量為5萬~25萬。

12.根據權利要求10所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氮聚合物與非含氮聚合物的質量比為1：（1~6）。

13.根據權利要求12所述的擴散層的制備方法，其特征在于，所述含氮聚合物與非含氮聚合物的質量比為1:2，或1:3，或1:4，或1:5。

14.根據權利要求10所述的擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述聚合物包括聚丙烯腈、聚環氧乙烷和聚四氟乙烯共混物，聚丙烯腈、聚乙烯醇和聚四氟乙烯共混物，或聚丙烯腈、聚丙烯酸和聚四氟乙烯共混物。