氧化石墨烯纤维布及其制备方法、石墨烯气体扩散膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯气体扩散膜，所述石墨烯气体扩散膜由条状的石墨烯交织而成，条状的石墨烯交织的交点被卷曲的片状石墨烯缠绕。本发明专利技术的石墨烯气体扩散膜导电性和导热性良好，具有良好的透气和透水性。

Graphene oxide fiber cloth and its preparation method, graphene gas diffusion film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯纤维布及其制备方法、石墨烯气体扩散膜及其制备方法
本专利技术涉及导电材料领域，具体涉及采用石墨烯制备的气体扩散导电膜的制备方法。
技术介绍
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。气体扩散层在燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的重要作用。目前，常用的气体扩散层材料为堆叠的碳纤维，通过直接将碳纤维浸渍于树脂中，氧化、炭化、石墨化后形成的。然而，采用碳纤维堆叠的方式的导电性仍不强。需要寻求一种既能有高导电性能，又能起到良好扩散效果的气体扩散层。
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术提供一种氧化石墨烯纤维，通过氧化石墨烯纤维制备出的石墨烯气体扩散膜，解决了现有技术中气体扩散膜导电性不高和透气性不佳的问题。本专利技术提供一种氧化石墨烯纤维，包括氧化石墨烯片和添加剂，所述氧化石墨烯片层层堆叠并沿同一个方向卷曲形成条状结构，添加剂位于氧化石墨烯片之间。优选地，所述添加剂与氧化石墨烯片表面键接或通过电荷吸附于氧化石墨烯片层之间根据本专利技术的一个方面，所述闭合的筒状包括规则和不规则的筒状。所谓不规则筒状是指筒状从径向的的任一截面所形成的环并不完全一样，可以是圆形的，也可以是发生扭曲的闭合环。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯纤维的径向尺寸为1-10μm。径向尺寸指的是该条状结构的氧化石墨烯纤维的截面的直径的径向尺寸。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯纤维的长度为10-100μm。氧化石墨烯纤维的粗细和长度是有严格规定的。如果氧化石墨烯纤维的径向尺寸太大，纤维太粗，由纤维交织成的布表面结构不平整。氧化石墨烯纤维如果太长，超过100μm，容易缠绕在一起，不易分散；氧化石墨烯纤维如果太短，小于10μm，很难将氧化石墨烯纤维连起来交织成网状结构。根据本专利技术的一个方面，所述添加剂包括可溶性钾盐、可溶性钙盐或乙二胺中的一种或两种以上的组合。金属盐中含有正电荷金属离子，氧化石墨烯片带负电荷。组装时，金属盐可以拉近氧化石墨烯片层之间的距离。金属盐还可以对氧化石墨烯片层的官能团进行修饰，降低氧化石墨烯纤维的亲水性，使干燥后再次加入溶剂中的氧化石墨烯纤维的亲水性变差，不容易溶胀。乙二胺能够与氧化石墨烯的官能团反应，起到还原的作用，以减少氧化石墨烯吸水的官能团。本专利技术还提供一种氧化石墨烯纤维的制备方法，包括如下步骤：将分散有添加剂的溶液与氧化石墨烯分散液混合均匀，得到氧化石墨烯浆料；将氧化石墨烯浆料通过纺丝，得到氧化石墨烯纤维。氧化石墨烯分散后形成浆料时为胶体状，通过纺丝，可以得到条状结构的氧化石墨烯纤维。根据本专利技术的一个方面，氧化石墨烯分散液中的溶剂包括水或NMP。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯分散液的固含量为4％-6％。优选地，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯片层为3层以下。氧化石墨烯纤维经过纺丝成条状结构后，需要对氧化石墨烯纤维进行干燥，在干燥的过程中，氧化石墨烯组装堆叠，外层的氧化石墨烯先干，在氢键的作用下排列成闭合的环形结构，里层的氧化石墨烯干燥后也会层层组装，形成外层氧化石墨烯包围里层氧化石墨烯的结构。3层以下的氧化石墨烯在层层组装时会堆叠得更整齐，组装整齐的氧化石墨烯被还原成的石墨烯排列整齐，具有沿着定向方向的高导电性和高导热性。根据本专利技术的一个方面，所述纺丝采用干纺或湿纺的方式。本专利技术还提供一种氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料，包括所述的氧化石墨烯纤维、氧化石墨烯片和溶剂。根据本专利技术的一个方面，所述溶剂包括水或NMP。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯纤维的含量为3％-10％。因为氧化石墨烯纤维在添加剂的作用下，亲水性变差，分散在复合浆料中处于悬浮状态。为了保证氧化石墨烯纤维分散均匀，不能缠绕在一起成团，因此选择3％-10％的含量。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯片和溶剂的质量比为(0.5-1)：(99-99.5)。氧化石墨烯片的作用是连接氧化石墨烯纤维，不需要过多的含量。如果氧化石墨烯片的含量过高，会增大复合浆料的粘度，影响氧化石墨烯纤维的分散。优选地，所述氧化石墨烯片的片层为3层以下。本专利技术还提供一种氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料的制备方法，包括如下步骤：采用所述氧化石墨烯纤维的制备方法制备氧化石墨烯纤维；将氧化石墨烯片分散在溶剂中，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯纤维分散到氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料。本专利技术还提供一种氧化石墨烯纤维布，包括所述氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片，所述氧化石墨烯片卷曲缠绕氧化石墨烯纤维，将氧化石墨烯纤维连接起来，连接起来的氧化石墨烯纤维交织成网状。如果没有氧化石墨烯片的存在，氧化石墨烯纤维无法自己组成高强度的纤维布。如果没有氧化石墨烯纤维的存在，氧化石墨烯片也无法自己组成纤维布。氧化石墨烯组装时，堆叠的形状和它所处的环境形状有关系，处在两根氧化石墨烯纤维交织处的氧化石墨烯片会依据交织处的形状紧贴着氧化石墨烯纤维进行包裹。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯片的片层为3层以下。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯片的固含量为0.5％-1％。本专利技术还提供一种氧化石墨烯纤维布的制备方法，包括如下步骤：采用所述氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料的制备方法制备氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料；将所述复合浆料沉积在网布上，干燥，剥离网布，得到氧化石墨烯纤维布。和普通的氧化石墨烯涂布组装不同的是，氧化石墨烯复合浆料是过量的，在干燥的过程中，需要将过量的浆料透出。网布主要起承载和将浆料透出的作用，其表面具有多个孔，方便氧化石墨烯片和氧化石墨烯纤维布的干燥，网孔的大小要满足既能排出浆料，又不会对氧化石墨烯纤维布的干燥造成影响的条件。网布优选透气、透水的材料，例如：金属或树脂。因为氧化石墨烯纤维在复合浆料中没有出现溶胀，因此在干燥的过程中，氧化石墨烯片和氧化石墨烯纤维的结合力不会受到溶胀的影响，氧化石墨烯片可以将氧化石墨烯纤维牢固地缠绕在一起。根据本专利技术的一个方面，所述网布的网孔目数为200-1000目，能够保证既能将多余的氧化石墨烯浆料排出，又不会破坏氧化石墨烯纤维形成的网状结构。本专利技术还提供一种石墨烯气体扩散膜，所述石墨烯气体扩散膜由条状的石墨烯交织而成，条状的石墨烯交织的交点被卷曲的片状石墨烯缠绕。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯气体扩散膜的孔隙率为65％-80％。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯气体扩散膜的电导率为(2-5)×105S/m。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯气体扩散膜的导热系数为300-600W/m·K。卷曲的片状石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯纤维，其特征在于，包括氧化石墨烯片和添加剂，所述氧化石墨烯片层层堆叠并沿同一个方向卷曲形成条状结构，添加剂位于氧化石墨烯片之间；/n优选地，所述添加剂与氧化石墨烯片表面键接或通过电荷吸附于氧化石墨烯片层之间；/n优选的，每一层氧化石墨烯为闭合的筒状，外层氧化石墨烯将里层的氧化石墨烯包围；/n优选地，所述氧化石墨烯纤维的径向尺寸为1-10μm；/n优选地，所述氧化石墨烯纤维的长度为10-100μm；/n优选地，所述添加剂包括可溶性钾盐、可溶性钙盐或乙二胺中的一种或两种以上的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯纤维，其特征在于，包括氧化石墨烯片和添加剂，所述氧化石墨烯片层层堆叠并沿同一个方向卷曲形成条状结构，添加剂位于氧化石墨烯片之间；
优选地，所述添加剂与氧化石墨烯片表面键接或通过电荷吸附于氧化石墨烯片层之间；
优选的，每一层氧化石墨烯为闭合的筒状，外层氧化石墨烯将里层的氧化石墨烯包围；
优选地，所述氧化石墨烯纤维的径向尺寸为1-10μm；
优选地，所述氧化石墨烯纤维的长度为10-100μm；
优选地，所述添加剂包括可溶性钾盐、可溶性钙盐或乙二胺中的一种或两种以上的组合。


2.一种氧化石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将分散有添加剂的溶液与氧化石墨烯分散液混合均匀，得到氧化石墨烯浆料；
将氧化石墨烯浆料通过纺丝得到氧化石墨烯纤维。


3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液中的溶剂包括水或NMP；
优选地，所述氧化石墨烯分散液的固含量为4％-6％；
优选地，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯片层为3层以下；
优选地，所述纺丝采用干纺或湿纺的方式。


4.一种氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料，其特征在于，包括如权利要求1所述的氧化石墨烯纤维、氧化石墨烯片和溶剂；
优选地，所述溶剂包括水或NMP；
优选地，所述氧化石墨烯纤维的含量为3％-10％；
优选地，所述氧化石墨烯片和溶剂的质量比为(0.5-1)：(99-99.5)；
优选地，所述氧化石墨烯片的片层为3层以下。


5.一种氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用如权利要求2所述的方法制备氧化石墨烯纤维；
将氧化石墨烯片分散在溶剂中，得到氧化石墨烯分散液；
将氧化石墨烯纤维分散到氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯片的复合浆料；
优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：周步存，周仁杰，卢静，
申请(专利权)人：常州富烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32