[发明专利]利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法

摘要

本发明涉及燃料电池多孔扩散层电极板的制作领域，具体为一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法。石墨烯复合纤维导电纸经改性酚醛树脂与环氧树脂的混合液体浸渍并烘干后，经高温高压制成电极板，最后经高温碳化后制成燃料电池所用的多孔扩散层电极板。本发明经过碳化后的多孔扩散层电极板，改进燃料电池电极多孔扩散层材料碳纤维纸的制备工艺和利用碳纤维纸制做燃料电池多孔扩散层电极板的工艺所达不到技术指标的要求。本发明经过碳化后的多孔扩散层电极板，具有均匀的多孔质结构、优异的透气性、低电阻率和高电子传导能力，其结构紧密，表面平整，具有一定的机械强度和稳定的化学性能和热稳定性。

主权项

1.一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)石墨烯碳素纤维导电纸的浸胶将改性酚醛树脂与环氧树脂按重量比1:1混合后，采用丙酮与乙醇重量比1:1的稀释液进行稀释，形成浸胶液；按重量百分比计，浸胶液中，改性酚醛树脂占20～30％，环氧树脂占20～30％，余量为稀释液，温度保持在30～40℃倒入浸胶池中待用；选用石墨烯碳素纤维导电纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，将石墨烯碳素纤维导电纸经导轮引入浸胶液，浸胶后的石墨烯碳素纤维导电纸经挤压辊、导辊进入烘干隧道，进行烘干、裁片；(2)压制电极板选用厚度3～5mm的不锈钢板为模板，将模板清理干净无尘，先在厚度为3～5mm的冷轧钢板上铺每平方米80克的牛皮纸8～10张，再在牛皮纸上铺不锈钢板，在不锈钢板上依次铺设聚乙烯离型膜、浸过胶的石墨烯碳素纤维导电纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板、牛皮纸和冷轧钢板，形成预压品，将预压品装入热压机中进行压制；(3)碳化选择温度可达2800～3300℃的碳化炉，压制好的电极板用碳化极板压制好装入碳化炉进行碳化；石墨烯碳素纤维导电纸的制备过程包括如下步骤：(1)石墨烯粉体的表面处理表面活性处理液采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为(40～60):(40～60):(5～15)；将石墨烯粉体、表面活性处理液依次投入搅拌反应釜，石墨烯粉体与表面活性处理液的重量比例为1:(1～3)，低速500～1000转/分搅拌3～6分钟，再进行高速2000～3000转/分搅拌30～90分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的石墨烯粉体混合液待用；(2)短切碳纤维的表面处理表面活性处理液采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为(40～60):(40～60):(5～15)；将短切碳纤维、表面活性处理液一并投入搅拌反应釜，短切碳纤维与表面活性处理液的重量比例为1:(1～3)，即1公斤短切碳纤维加入1～3公斤表面活性处理液，低速500～1000转/分搅拌3～6分钟，再进行高速2000～3000转/分搅拌30～90分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的短切碳纤维混合液待用；(3)将植物纤维原木浆和水依次放入碎浆机中，植物纤维原木浆和水的重量比例为1:(2～4)，进行高速2000～3000转/分搅拌碎浆，搅拌后的植物纤维混合液待用；(4)取处理过的石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液和植物纤维混合液，植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液三者的重量比例为(2～3):(95～96):(2～3)；先将石墨烯粉体混合液、植物纤维混合液和三分之一的短切碳纤维混合液在磨浆搅拌池中，再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2～0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，开动磨盘搅拌机进行磨合搅拌；将磨盘搅拌机的负荷电流调在满负荷的状态下，运转1～2小时；当电流逐渐下降叩解度达到30°～40°SR时，并且观察不到短切纤维后，将所剩短切碳纤维混合液的一半加入磨浆搅拌池中，并加入所剩短切碳纤维混合液重量一倍的水，继续磨合搅拌1～2小时；再将磨盘搅拌机的磨合盘完全放开，将所剩短切碳纤维混合液全部加入；再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2～0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，磨合搅拌20～40分钟后在加入助留剂、分散剂、挺硬剂继续搅拌20～40分钟后，全部放入成浆池；向成浆池中加入占所有物质总量的4～5倍的水，并开动成浆池中的搅拌机，搅拌1～2小时后形成浆料，准备抄纸；(5)造纸机带水运行，将造纸机中的毛毯润湿，待造纸机的烘缸达到90～95℃时，将造纸机的运行速度调到600～700转/分钟；将浆料通过浆泵输送到离地面3～5米高的成浆高位箱，并将水通过水泵输送到离地面3～5米高的稀释用水高位箱，打开两个高位箱的阀门，以1:(2～3)的重量比例向低于两个高位箱0.5～1.5米的稀释混浆箱放入浆料和水进行混合稀释，将混合稀释后的纸浆放入网箱开始上网抄纸，经过毛毯传送、烘缸烘干后，由卷纸设备成卷，得到所需要的石墨烯碳素纤维导电纸。