一种氢燃料电池用气体扩散层碳纤维纸生产方法技术

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池用气体扩散层碳纤维纸生产方法，包括以下步骤，步骤一、选择碳纤维，长度为14mm，清洁疏解处理储存备用；步骤二、碳纤维液相改性处理，清洁处理后的碳纤维用40％浓度工业硫酸液相改性处理备用，废液经沉淀、分离，回收循环利用；步骤三、碳纤维纸浆PH值调整处理，经改性处理后的碳纤维用火碱碱化调整PH值大于7；步骤四、碳纤维纸浆耦合、分散，经耦合30分钟以上，再添加分散剂制成碳纤维纸浆备用；步骤五、碳纤维纸浆抄纸，采用低浓度斜网成型纸机抄纸制成碳纤维纸成品。本发明专利技术生产出的碳纤维纸具有优异的性能，可以很好地满足氢燃料电池使用，而且可以明显降低企业成本。业成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池用气体扩散层碳纤维纸生产方法


[0001]本专利技术涉及氢燃料电池
，具体说是一种氢燃料电池用气 体扩散层碳纤维纸生产方法。

技术介绍

[0002]氢能及燃料电池产业是绿色生态新兴产业，国家予以重点扶持发 展。国际上美国、日本、加拿大、德国等发展超前，目前技术上我国 落后，尤其关键核心技术国外处于垄断。氢燃料电池用气体扩散层一 碳纤维纸生产国外技术垄断，价格高达：300美元/m2，为推广普及氢 能及燃料电池产业，打破国外技术垄断是必要。2020年4月国家财政、 发改等四部委联合出台的新能源汽车补贴政策第四条明确对氢燃料电 池及关键部件材料等将实行奖补政策，这无疑增加了公司的研发动力。
[0003]国外相关技术以日本最为先进，日本东丽的碳纤维纸是目前氢燃 料电池用气体扩散层质量最好的，也是价格最高的。其次，德国、加 拿大均形成生产力，质量也不错。国内尚未有企业生产气体扩散层用 碳纤维纸，研究的高校以武汉理工大学研究较深，已在实验室产出样 品。其次，北京化工大学有多年的研究，成果未知。
[0004]氢燃料电池用气体扩散层各项性能要求：具有一定的导电性(电 阻率)、孔隙率、均匀的透气性、刚性、延伸率、疏水性、憎水性等。 电化学反应产生的电子通过它传到双极板，产生的水通过它排出，还 要支撑质子交换膜，所以装配时要求具有一定的延伸率。曾经采用过 金属海绵代替碳纤维纸，但效果不好，被弃用。几经对比发现碳纤维 纸非常适合，因其表面平整，催化剂涂层均匀，电化学反应效率高； 内部均匀，透气性好，具有一定的孔隙率，氢、氧均匀到达质子交换 膜和催化剂层，提高电化学反应效率；而催化剂是以碳为载体的铂碳 催化剂，选碳纤维纸为气体扩散层效果最好。碳纤维实质上是碳晶， 具有导电性(电阻率)，电化学反应产生的电子通过碳纤维到达双极 板汇集形成电流，而碳布因表面不平整、刚性和延伸率不及碳纤维纸， 性能较差，但价格便宜，研究证明，综合各项性能指标，碳纤维纸最 适合用作气体扩散层，所以，碳纤维纸生产技术研发是必要的，以填 补目前市场技术空缺。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种氢燃料电池用气体 扩散层碳纤维纸生产方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为。一种氢燃料电池用气体 扩散层碳纤维纸生产方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、选择碳纤维，长度为14mm，清洁疏解处理，用自动进料、 清洁、疏解一体机加丙酮溶解清理碳纤维沾染的污物，在主原料碳纤 维经半开式，倾斜角45度通道，该通道设有翻转装置，在原料进入疏 解机前，进口处喷水一起加入疏解机，疏解过程中充分清洁处理碳纤 维，然后经清洗、浓缩后储存备用，余液经沉淀、分离回收再循环利 用；
[0008]步骤二、碳纤维液相改性处理，清洁处理后的碳纤维用40％浓度 工业硫酸液相改性处理，然后经稀浠、清洗、浓缩备用，废液经沉淀、 分离，回收循环利用；
[0009]步骤三、碳纤维纸浆PH值调整处理，经改性处理后的碳纤维用 火碱碱化调整PH值大于7，备用，废液经沉淀、分离，回收循环利用；
[0010]步骤四、碳纤维纸浆耦合、分散，经改性处理的碳纤维浆添加活 性炭，与阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺耦合30分钟以上，再添加分 散剂制成碳纤维纸浆备用；
[0011]步骤五、碳纤维纸浆抄纸，采用低浓度斜网成型纸机抄纸，设置 烘干分两段，且在第一段烘干与第二段烘干之间加浸渍工序，经浸渍 PTFE聚四氟乙烯树脂水相分散液后，再经第二段烘干、碳化、烧结、 固化制成碳纤维纸成品，烧结区长5米，整体抄纸速度2m/min。
[0012]进一步地，步骤一中进疏解机过程中喷淋加入丙酮，且丙酮占原 料碳纤维总重的10％。
[0013]进一步地，火碱的浓度为2％-5％。
[0014]进一步地，步骤四中添加碳纤维纸浆重量5％的活性炭、碳纤维纸 浆重量1％的阳离子淀粉、碳纤维纸浆重量0.05％的阳离子聚丙烯酰胺。
[0015]进一步地，步骤四中分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
[0016]进一步地，步骤五中低浓度斜网成型纸机的浓度为0.1％-0.8％，斜 网倾斜角度为0
°-
30
°
。
[0017]进一步地，步骤五中浸渍工序，浸渍器采用浓度为60％的PTFE聚 四氟乙烯树脂水相分散液，该浸渍器深度为0.9米，宽为0.4米，底部 设有一个圆形引导辊，上部有两个圆形引导辊，碳纤维纸成品经上部 一个引导辊进入，经下部引导辊，再经上部另一个引导辊出浸渍器， 出浸渍器的引导辊设计为软辊，再加一个软辊，两条软辊成为一组软 压组合的软压器。
[0018]进一步地，步骤五中，烘干温度：90℃-100℃，碳化温度：200℃
ꢀ-
250℃，烧结固化温度：380℃-400℃。
[0019]本专利技术与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
[0020]本专利技术从碳纤维疏解等处理，到碳纤维纸烧结、固化化处理和分 切、包装均实现全自动化，避免人工失误，随时质量监测，确保产品 质量。全过程水、酸、碱、费料等均回收再利用，无任何排放和浪费。
[0021]综上所述，本专利技术方法设计合理，技术先进，节能环保，处于国 际先进水平，生产出的碳纤维纸具有优异的性能，可以很好地满足氢 燃料电池使用，而且可以明显降低企业成本，具有广阔的发展空间。 经济效益分析：因技术打破国外垄断，从产品定位到设备设计充分考 虑节能、环保、市场等因素，产品综合生产成本不超过900元/m2，国 际价格1900元/m2以上，利润空间巨大。
附图说明具体实施方式
[0022]一种氢燃料电池用气体扩散层碳纤维纸生产方法，包括以下步骤：
[0023]步骤一、选择碳纤维，长度为14mm，清洁疏解处理，用自动进料、 清洁、疏解一体机
加丙酮溶解清理碳纤维沾染的污物，在主原料碳纤 维经半开式，倾斜角45度通道，该通道设有翻转装置，进疏解机过程 中喷淋加入丙酮，丙酮占原料碳纤维总重的10％，在原料进入疏解机 前，进口处喷水一起加入疏解机，疏解过程中充分清洁处理碳纤维， 然后经清洗、浓缩后储存备用，余液经沉淀、分离回收再循环利用；
[0024]步骤二、碳纤维液相改性处理，清洁处理后的碳纤维用40％浓度 工业硫酸液相改性处理，(使碳纤维改性后利于碳纤维之间在阳离子 助剂促进下结合紧密，提高拉伸力)然后经稀浠、清洗、浓缩备用， 废液经沉淀、分离，回收循环利用；
[0025]步骤三、碳纤维纸浆PH值调整处理，经改性处理后的碳纤维， 用2％-5％浓度的火碱碱化调整PH值大于7，(利于碳纤维之间在阳离 子助剂促进下结合紧密，提高拉伸力)备用，废液经沉淀、分离，回 收循环利用；
[0026]步骤四、碳纤维纸浆耦合、分散，经改性处理的碳纤维浆添加碳 纤维纸浆重量5％的活性炭，与碳纤维纸浆重量1％的阳离子淀粉、碳 纤维纸浆重量0.05％的阳离子聚丙烯酰胺耦合30分钟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池用气体扩散层碳纤维纸生产方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择碳纤维，长度为14mm，清洁疏解处理，用自动进料、清洁、疏解一体机喷淋加丙酮溶解清理碳纤维沾染的污物，在主原料碳纤维经半开式，倾斜角45度通道，该通道设有翻转装置，在原料进入疏解机前，进口处喷水一起加入疏解机，疏解过程中充分清洁处理碳纤维，然后经清洗、浓缩后储存备用，余液经沉淀、分离回收再循环利用；步骤二、碳纤维液相改性处理，清洁处理后的碳纤维用40％浓度工业硫酸液相改性处理，然后经稀浠、清洗、浓缩备用，废液经沉淀、分离，回收循环利用；步骤三、碳纤维纸浆PH值调整处理，经改性处理后的碳纤维用火碱碱化调整PH值大于7，备用，废液经沉淀、分离，回收循环利用；步骤四、碳纤维纸浆耦合、分散，经改性处理的碳纤维浆添加活性炭，与阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺耦合30分钟以上，再添加分散剂制成碳纤维纸浆备用；步骤五、碳纤维纸浆抄纸，采用低浓度斜网成型纸机抄纸，设置烘干分两段，且在第一段烘干与第二段烘干之间加浸渍工序，经浸渍PTFE聚四氟乙烯树脂水相分散液后，再经第二段烘干、碳化、烧结、固化制成碳纤维纸成品，烧结区长5米，整体抄纸速度2m/min。2.如权利要求1所述的一种氢燃料电池用气体扩散层碳纤维纸生产方法，其特征在于：步骤一中进疏解机过程中喷淋加入丙酮，且丙酮占原料碳纤维总重的10％。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭金武，
申请(专利权)人：郭金武，
类型：发明
国别省市：