一种燃料电池阴极空滤吸附滤材及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池阴极空滤吸附滤材及其应用，属于吸附滤材制备技术领域，由原纸基材表面涂布增强液得到，原纸基材由以下步骤制成：将纤维原料碎解，加入吸附剂和助剂，搅拌后加入水调节混合浆料的固含量为0.2

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池阴极空滤吸附滤材及其应用


[0001]本专利技术属于吸附滤材制备
，具体涉及一种燃料电池阴极空滤吸附滤材及其应用。

技术介绍

[0002]空气中含有的有害气体会对燃料电池的催化剂造成不可逆转的损害，从而导致反应堆性能下降，具有有害气体吸附功能的阴极空滤可以保护催化剂不受这些气体的影响，极大程度地延长燃料电池系统的使用寿命，同时，阴极空滤还可以过滤空气中的固体颗粒，避免系统磨损及通道阻塞。
[0003]目前市面上主流用燃料电池阴极空滤芯多用夹碳无纺布进行打折加工，该滤材电镜图如说明书附图中图1所示，表层为过滤层用于过滤颗粒，而中间为活性炭层用于吸附去除二氧化硫、氨气，氮氧化物等有害气体。但是这种滤材比较厚，且阻力非常大，一方面需要专门的打折机器，另一方面由于较厚单位面积上的折数较少，加工后整个滤芯的阻力会偏大。
[0004]而在最新的技术中，2020年底第二代MIRAI上市，其燃料电池阴极空滤如说明书附图中图2所示，将过滤和化学吸附滤芯进行分开，其化学吸附滤芯为采用吸附剂浸渍在蜂窝结构上，在日本丰田纺织的US10046271专利中也对该专利进行了描述，燃料电池蜂窝的吸附剂主要为活性炭的锰类金属氧化物组成。但是该类化学滤芯受到了蜂窝孔大小的限制，同时该种方式如做成圆筒滤芯工艺会比较复杂，活性炭的比例和需要大量胶黏剂会影响到吸附效果。
[0005]而在同济大学CN101439250B专利中，对一种燃料电池空滤器进行了描述，该滤清器采用过滤和化学吸附分开的吸附方式，其中化学吸附主要为柱状滤芯塞活性炭，但是该种方案仍然没有解决活性炭过多导致的掉粉及阻力大问题。
[0006]在WO2005091415专利中，描述了用一种蜂窝式滤芯，在蜂窝式滤芯上涂覆吸附剂，该种方式化学滤芯仍然需要胶黏剂，且蜂窝口的大小难以做小，单位面积的活性炭吸附量有限。
[0007]由于燃料电池阴级空滤主要靠空压机进行负压进气，如阴级空滤的阻力过大着会影响实际的能耗及装车成本，在以上的描述的几种方案中，夹碳无纺布和CN101439250B中描述的碳吸附层原理差不多，在滤芯中由于活性炭的堆积，实际加工后都存在滤芯阻力比较大的问题；
[0008]而丰田纺织的US10046271专利与WO2005091415专利描述的原理差不多，都是在蜂窝滤芯上浸渍胶黏剂和改性吸附剂，从阻力上比较，丰田纺织的蜂窝阻力要更低，然而两种方案都存在着孔通道的大小面积影响着吸附剂的含量，同时需要胶粘剂会容易把活性炭堵孔造成吸附性能下降。
[0009]而本方案主要解决以上存在的活性炭易脱落、阻力大、加工难、胶黏剂多等问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，以解决
技术介绍
中的问题。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0012]一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，由原纸基材表面涂布增强液得到，涂布方式为棍式涂布或帘式涂布；
[0013]该燃料电池阴极空滤吸附滤材由以下步骤制成：
[0014]第一步、制备原纸基材：将纤维原料碎解20min，然后加入吸附剂和助剂，搅拌20
‑
30min后转移至抄前池，向抄前池中加入水调节混合浆料的固含量为0.2
‑
1％，抄纸，抽吸脱水至含水率为45
‑
55％，得到原纸基材，纤维原料、吸附剂、助剂质量比为3.6
‑
4.1：4.8
‑
5.1：0.5
‑
0.8；
[0015]第二步、辊涂增强液：将原纸基材置于增强液浸渍槽中，采用辊涂方式进行两面上胶，然后在110
‑
130℃下热风干燥，得到燃料电池阴极空滤吸附滤材。
[0016]进一步地，纤维原料、吸附剂和助剂的质量比为3.6
‑
4.1：4.8
‑
5.1：0.5
‑
0.8，助剂由聚丙烯酰胺和聚酰胺环氧氯丙烷按照质量比1：1
‑
3混合而成，纤维原料由增强纤维和木浆纤维按照质量比70
‑
90：10
‑
30组成，增强纤维由PET纤维、双熔点PET纤维、玻璃纤维按照质量比60
‑
70：10：10
‑
20组成，木浆纤维直径为10
‑
50μm，PET纤维直径为2
‑
20μm，双熔点PET纤维直径为10
‑
20μm，玻璃纤维直径为0.5
‑
5μm。
[0017]进一步地，增强液由增强剂和水按照质量比6
‑
7：100混合而成，增强剂包括以下质量百分比的原料：碱改性剂5
‑
20％、胶黏剂5
‑
10％、吸附剂70
‑
85％、改性石墨烯5
‑
20％。
[0018]进一步地，吸附剂由以下步骤制成：
[0019]配制浓度0.4
‑
0.5g/L的高锰酸钾溶液，加入活性炭纤维，超声振荡3h后静置36
‑
72h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3
‑
5次后置于100℃烘箱中干燥至恒重，球磨后过500目网筛，得到粒径为5
‑
25um产物，即为吸附剂，活性炭纤维和高锰酸钾溶液的用量比为1g：10mL。
[0020]进一步地，碱改性剂为氢氧化钾、氢氧化钠和碳酸氢钠中的一种或多种按照任意比例混合。
[0021]进一步地，胶黏剂为硅酸钠胶黏剂、氧化铜
‑
磷酸胶黏剂、环氧树脂胶黏剂、三醛胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、丙烯酸酯胶黏剂、改性酚醛胶黏剂和聚醋酸乙烯胶黏剂中的一种或多种按照任意比例混合。
[0022]进一步地，改性石墨烯由以下步骤制成：
[0023]步骤B1、将聚磷酸铵溶于无水乙醇中，升温至50℃，滴加正硅酸乙酯、氨水乙醇混合液，保温反应2h，干燥去除溶剂，得到微胶囊，将微胶囊分散于甲苯中，加入KH
‑
550，60℃水浴下搅拌反应24h，然后离心，洗涤干燥，得到氨基微胶囊，将氨基微胶囊超声分散在去离子水中，加入氧化石墨烯分散液后转移至水热反应釜中，55℃下搅拌反应6h，离心，沉淀用去离子水洗涤3
‑
5次，60℃下干燥至恒重，得到中间产物a；
[0024]其中，聚磷酸铵、无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水乙醇混合液的用量比为20g：100mL：8g：100
‑
110mL，氨水乙醇混合液由质量分数25％的氨水溶液、无水乙醇、去离子水按照体积比3：3：2混合而成，微胶囊、甲苯、KH
‑
550用量比为4.8
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5.2g：50
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60mL：2.5
‑
3.4mL，氨基微胶囊、去离子水、氧化石墨烯分散液的用量比为0.4g：20mL：10m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，由原纸基材表面涂布增强液得到，其特征在于，原纸基材由以下步骤制成：将纤维原料碎解后，加入吸附剂和助剂，搅拌后加入水调节混合浆料的固含量为0.2
‑
1％，抄纸，抽吸脱水，得到原纸基材；增强液由增强剂和水按照质量比6
‑
7：100混合而成，增强剂包括以下质量百分比的原料：碱改性剂5
‑
20％、胶黏剂5
‑
10％、吸附剂70
‑
85％、改性石墨烯5
‑
20％；其中，吸附剂由以下步骤制成：将活性炭纤维加入高锰酸钾溶液中超声振荡3h后静置36
‑
72h，抽滤，滤饼洗涤干燥后，球磨过500目筛，得到吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，其特征在于，纤维原料、吸附剂和助剂的质量比为3.6
‑
4.1：4.8
‑
5.1：0.5
‑
0.8，助剂由聚丙烯酰胺和聚酰胺环氧氯丙烷按照质量比1：1
‑
3混合而成。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，其特征在于，纤维原料由增强纤维和木浆纤维按照质量比70
‑
90：10
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30组成，增强纤维由PET纤维、双熔点PET纤维、玻璃纤维按照质量比60
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70：10：10
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20组成。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，其特征在于，碱改性剂为氢氧化钾、氢氧化钠和碳酸氢钠中的一种或多种按照任意比例混合。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池阴极空滤吸附滤材，其特征在于，改性石墨烯由以下步骤制成：步骤B1、将聚磷酸铵溶于无水乙醇中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚运振，李柏烨，
申请(专利权)人：广州华创化工材料科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：