本發明專利技術涉及燃料電池電極多孔擴散層材料領域，具體為一種燃料電池電極多孔擴散層制造用基礎材料碳纖維紙的制備工藝，碳纖維紙可以在普通抄紙機生產線上實現批量生產，且滿足制造燃料電池多孔擴散層電極的需要。該工藝包括：（1）短切碳纖維的表面處理；（2）導電碳黑的表面處理；（3）原木漿與水比例為5-15%，將原木漿打碎放入磨漿池等步驟。本發明專利技術生產的碳纖維紙可以達到多孔擴撒層材料制造要求，可以在電極中起到支撐催化劑層和穩定電極結構的作用均勻，還具備為電極反應提供氣體通道、電子通道和排水通道等功能，具有多孔的結構，優異的造氣性，低電阻率，高導電率，具有一定的機械強度、化學穩定性和熱穩定性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及燃料電池電極多孔擴散層材料領域，具體為一種燃料電池電極多孔擴散層制造用基礎材料碳纖維紙的制備工藝。
技術介紹
氣體擴散層材料在電極中起著支撐催化劑層、穩定電極結構的作用，還為電極反應提供燃料氣體通道、電子通道和排水通道，不同的擴散層材料對于電極的結構、制造工藝和性能的影響也各不相同，碳纖維紙(碳紙)、碳布、非織造布及碳黑紙等是常用的幾種電極材料。目前，氣體擴散層有使用碳纖維紙(碳紙)，也有使用碳布材料的。它們不僅有均 勻的多孔質薄層結構，導電性好，化學穩定性和耐熱性好、且表面平整可減少電池內部接觸電阻?，F有國內外用于電極擴散層的碳紙主要是復合碳紙材料，它由碳纖維、木漿、纖維素纖維或聚乙烯酸短纖維等可碳化纖維相混合，制成紙漿，然后制成碳紙。這種工藝制得碳紙，由于其為了保證碳紙的強度，在其中加入了較多的非導電性材料，其碳纖維含量均低于90%。因此，造成電阻率較大，孔隙率及其結構不夠合理。燃料電池使用的碳纖維紙需要具有以下性能(I)均勻的多孔質結構，優異的透氣性；(2)低的電阻率，賦予其高的電子傳導能力；(3)結構緊密且表面平整，以減小接觸電阻，提高層性能；(4)具有一定的機械強度，利于電極制作；(5)具有化學穩定性和熱穩定性。目前，國內外燃料電池的生產制造技術較多。但是，能夠生產碳纖維紙的國家只有個別先進的國家，而我國內沒有一家能夠實現小批量生產，有的也只是處于試驗生產階段。燃料電池電極多孔擴散層材料的國產化，將打破發達國家對我國燃料電池關鍵材料的封鎖，為我國燃料電池的發展起到重要的促進作用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，碳纖維紙可以在普通抄紙機生產線上實現批量生產，且滿足制造燃料電池多孔擴散層電極的需要。本專利技術的技術方案是一種燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，包括如下步驟( I)短切碳纖維的表面處理將短切碳纖維在丙酮、乙醇和水的混合液浸泡2-3小時，按重量比計，丙酮乙醇水=1:1:20，然后撈出淋干液體；將短切碳纖維倒入容器，并加入占短切碳纖維總重量O. 1-0. 3%的分散劑，進行1000-3000轉/分鐘的高速分離攪拌，時間O. 5-2小時；(2)導電碳黑的表面處理將導電碳黑在濃度為5wt%的乙醇水溶液中浸泡3-4小時后，與乙醇水溶液一同導入磨漿池；(3)將原木漿放入碎漿機中，原木漿與水比例為5-15%，將原木漿打碎放入磨漿池；(4)將處理過的導電碳黑與原木漿按重量比I: (1-2)，加入步驟(2)和步驟(3)所得原料到磨漿池中，并加入總重量1/3的短切碳纖維；然后，進行第一次漿內施膠，加入占短切碳纖維總重量O. 2-0. 4%的陽離子淀粉，開動磨漿設備滿負荷電流磨漿1-2小時，當叩解度達30-40° SR時，并且觀察看不到短切碳纖維后，將磨漿機放開，電流減少一半，倒入所剩短切碳纖維總重量的一半，并加入所加短切碳纖維重量I倍的水，繼續磨漿1-2小時后，將磨漿機完全放開，將電流放至最小，將所剩短切碳纖維全部倒入磨漿機，并加入所倒短切碳纖維I倍的水，進行第二次施膠，加入占短切碳纖維總重量O. 1-0. 3%的陽離子淀粉；(5)繼續磨漿20-40分鐘后，全部放入成漿池，并添加放入成漿池中物質總重量4-6倍的水，開動攪拌器，加入助留劑，助留劑占加水后總重量的1_3%，攪拌均勻后得成漿，以備造紙機抄紙；(6)造紙機帶水運行，將造紙機中的毛氈潤濕，待造紙機的烘缸達到80_90°C時，將造紙機調到所需的轉速1000-3000轉/分鐘；這時，將成漿打到一個高位箱，并將水打到另一高位箱，打開兩個高位箱閥門，同時在混漿箱中按重量比1:1. 5-2的漿與水混合后，放入造紙機的網箱，并開始抄紙烘干、成卷，得到碳纖維紙。所述的燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，按重量比計，導電碳黑短切碳纖維原木漿=I (7-8) : (1-2)。所述的燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，按所述導電碳黑、短切碳纖維、原木漿的重量比，步驟(4)中加入步驟(I)帶有分散劑的短切碳纖維。所述的燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，碳纖維紙為80-100克/m2的碳纖維紙,其孔隙率為20-30%，導電方阻為3-10 Ω/c m2。所述的燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，步驟(4)中，最小電流為 8-10A。本專利技術的有益效果是I、本專利技術生產的碳纖維紙可以達到多孔擴撒層材料制造要求，可以在電極中起到支撐催化劑層和穩定電極結構的作用均勻，還具備為電極反應提供氣體通道、電子通道和排水通道等功能，具有多孔的結構，優異的造氣性，低電阻率，高導電率，具有一定的機械強度、化學穩定性和熱穩定性。2、本專利技術在生產碳纖維紙前，將短切碳纖維與導電碳黑分別用處理液進行表面處理，表面處理的作用是使短切碳纖維與導電碳黑軟化，并去掉表面在碳化時所留的雜質，有利于在分散劑作用下更好的分散抄出的紙更加均勻。具體實施例方式本專利技術中，燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝如下( I)短切碳纖維的表面處理將短切碳纖維在丙酮、乙醇和水的混合液浸泡2-3小時，按重量比計，丙酮乙醇水=1:1:20，然后撈出淋干液體即可；將短切碳纖維倒入容器，并加入占短切碳纖維總重量O. 1-0. 3%的分散劑，進行1000-3000轉/分鐘的高速分離攪拌，時間O. 5-2小時；(2)導電碳黑的表面處理將導電碳黑在濃度為5wt%的乙醇水溶液中浸泡3-4小時后，與乙醇水溶液一同導 入磨漿池；(3)將原木漿放入碎漿機中，原木漿與水比例為5-15%，將原木漿打碎放入磨漿池；(4)將處理過的導電碳黑與原木漿按重量比I: (1-2)，加入步驟(2)和步驟(3)所得原料到磨漿池中，并加入總重量1/3的短切碳纖維(按重量比例，導電碳黑短切碳纖維原木漿=1: (7-8) : (1-2)，加入步驟(I)帶有分散劑的短切碳纖維);然后，進行第一次漿內施膠，加入占短切碳纖維總重量O. 2-0. 4%的陽離子淀粉，開動磨漿設備滿負荷電流(電機的額定電流50-300A)磨漿1-2小時，當叩解度(打漿度)達30-40(° SR)時，并且觀察看不到短切碳纖維后，將磨漿機放開，電流減少一半，倒入所剩短切碳纖維總重量的一半，并加入所加短切碳纖維重量I倍的水，繼續磨漿1-2小時后，將磨漿機完全放開，將電流放至最小(8-10A)，將所剩短切碳纖維全部倒入磨漿機，并加入所倒短切碳纖維I倍的水，進行第二次施膠，加入占短切碳纖維總重量O. 1-0. 3%的陽離子淀粉；本專利技術中，磨漿設備從滿負荷電流到電注減少一半，再到最小值8-10A，這樣做的好處是不同的電流下，磨漿池可以將短切碳纖維剪切成不同的長度，在短切碳纖維具有一定長度、并且短切碳纖維長短不一的情況下，可以確保其孔隙率達和透氣率達到要求。(5)繼續磨漿20-40分鐘后，全部放入成漿池，并添加放入成漿池中物質總重量4-6倍的水，開動攪拌器，加入助留劑，助留劑占加水后總重量的1_3%，攪拌均勻后得成漿，以備造紙機抄紙；(6)造紙機帶水運行，將造紙機中的毛氈潤濕，待造紙機的烘缸達到80_90°C時，將造紙機調到所需的轉速1000-3000轉/分鐘；這時，將成漿打到一個高位箱，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種燃料電池電極多孔擴散層材料碳纖維紙的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟：（1）短切碳纖維的表面處理將短切碳纖維在丙酮、乙醇和水的混合液浸泡2？3小時，按重量比計，丙酮：乙醇：水＝1:1:20，然后撈出淋干液體；將短切碳纖維倒入容器，并加入占短切碳纖維總重量0.1？0.3%的分散劑，進行1000？3000轉/分鐘的高速分離攪拌，時間0.5？2小時；（2）導電碳黑的表面處理將導電碳黑在濃度為5wt%的乙醇水溶液中浸泡3？4小時后，與乙醇水溶液一同導入磨漿池；（3）將原木漿放入碎漿機中，原木漿與水比例為5？15％，將原木漿打碎放入磨漿池；（4）將處理過的導電碳黑與原木漿按重量比1:（1？2），加入步驟（2）和步驟（3）所得原料到磨漿池中，并加入總重量1/3的短切碳纖維；然后，進行第一次漿內施膠，加入占短切碳纖維總重量0.2？0.4%的陽離子淀粉，開動磨漿設備滿負荷電流磨漿1？2小時，當叩解度達30？40°SR時，并且觀察看不到短切碳纖維后，將磨漿機放開，電流減少一半，倒入所剩短切碳纖維總重量的一半，并加入所加短切碳纖維重量1倍的水，繼續磨漿1？2小時后，將磨漿機完全放開，將電流放至最小，將所剩短切碳纖維全部倒入磨漿機，并加入所倒短切碳纖維1倍的水，進行第二次施膠，加入占短切碳纖維總重量0.1？0.3%的陽離子淀粉；（5）繼續磨漿20？40分鐘后，全部放入成漿池，并添加放入成漿池中物質總重量4？6倍的水，開動攪拌器，加入助留劑，助留劑占加水后總重量的1？3%，攪拌均勻后得成漿，以備造紙機抄紙；（6）造紙機帶水運行，將造紙機中的毛氈潤濕，待造紙機的烘缸達到80？90℃時，將造紙機調到所需的轉速1000？3000轉/分鐘；這時，將成漿打到一個高位箱，并將水打到另一高位箱，打開兩個高位箱閥門，同時在混漿箱中按重量比1:1.5？2的漿與水混合后，放入造紙機的網箱，并開 始抄紙烘干、成卷，得到碳纖維紙。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：石偉，
申請(專利權)人：沈陽華天鑫碳纖維電熱制品有限公司，
類型：發明
國別省市：
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