多孔碳膜及其制备方法技术

本申请涉及一种多孔碳膜及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
多孔碳膜及其制备方法、气体扩散层、电池与用电装置


[0001]本申请涉及电池领域，特别是涉及一种多孔碳膜及其制备方法
、
气体扩散层
、
电池与用电装置
。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池（
PEMFC
）因其具有较高的功率密度
、
高的能量转换效率
、
低温启动
、
无污染
、
体积轻巧等诸多优点，在新能源汽车领域应用前景广阔
。
在
PEMFC
的各组件中，气体扩散层（
GDL
）不仅起着支撑催化剂层
、
稳定电极结构的作用，还承担着为电极反应提供气体通道
、
电子通道和排水通道等多重任务，是影响电极性能的关键部件之一
。
常用作气体扩散层的基底材料包括碳材料，碳材料的机械强度
、
导电性
、
透气率对气体扩散层的性能至关重要，同时由于各工序间流转
、
膜电极装配等，要求碳材料的柔韧性较好
。
而传统碳材料的机械强度
、
导电性
、
透气率和柔韧性的综合性能较差
。

技术实现思路

[0003]基于此，本申请提供了一种弯曲强度
、
导电性
、
透气率和柔韧性综合性能较好的多孔碳膜及其制备方法
、
气体扩散层
、
电池与用电装置
。
[0004]本申请解决上述技术问题的技术方案如下
。
[0005]本申请第一方面提供了一种多孔碳膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将聚丙烯腈
、
稀释剂
、
醇和碳纤维混合，于
120℃
‑
180℃
保温后，降温至
10℃~20℃
进行冷却固化并抽真空，得到聚丙烯腈多孔材料；所述稀释剂包括二甲基亚砜和
N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种；
[0007]将所述聚丙烯腈多孔材料依次进行预氧化处理和炭化处理，得到多孔碳膜中间体；
[0008]将所述多孔碳膜中间体于氯气氛围下进行石墨化处理，得到所述多孔碳膜
。
[0009]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述碳纤维与所述聚丙烯腈的质量比为
(0.01~0.2):1。
[0010]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述聚丙烯腈的质量与所述稀释剂和所述醇的总质量之比为
(0.25~0.8):1。
[0011]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述稀释剂与所述醇的质量之比为
(4~9):1。
[0012]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述稀释剂包括二甲基亚砜和
N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种
。
[0013]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述醇包括乙二醇
、
乙醇
、
异丙醇和丙三醇中的至少一种
。
[0014]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述降温的速率为
5℃/min~20℃/min。
[0015]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述石墨化处理的条件为：氯气气氛压力
0.05 MPa~0.2 MPa
，温度
1800℃~2000℃
，时间
10 min~60 min。
[0016]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述冷却固化的时间为
1 h~2 h。
[0017]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述预氧化处理的温度为
250℃~300℃
，时间为
0.5 h~1 h。
[0018]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，所述炭化处理的温度为
800℃~1600℃
，时间为
0.5 h~2 h。
[0019]在其中一些实施例中，多孔碳膜的制备方法中，在真空条件下进行所述炭化处理
。
[0020]本申请第二方面提供了一种多孔碳膜，由第一方面提供的多孔碳膜的制备方法制得
。
[0021]本申请第三方面提供了一种气体扩散层，包括第二方面提供的多孔碳膜
。
[0022]本申请第四方面提供了一种电池，包括第三方面提供的气体扩散层
。
[0023]本申请第五方面提供了一种用电装置，包括第四方面提供的电池
。
[0024]与现有技术相比较，本申请的多孔碳膜的制备方法具有如下有益效果：
[0025]上述多孔碳膜的制备方法，将聚丙烯腈与特定种类的稀释剂
、
醇和碳纤维混合，并于特定温度下保温形成均相溶液；其中该特定种类的稀释剂在特定温度下可起到溶解聚丙烯腈的作用，且醇与该稀释剂易形成氢键，能较好的作用于聚丙烯腈界面，有效提升各组分之间的界面结合，从而有效提升孔碳膜的柔韧性；碳纤维与聚丙烯腈
、
稀释剂和醇相互作用，有效提升提升多孔碳膜的透气率和弯曲强度；进一步降至特定温度下进行冷却，体系发生相分离并伴随着均相溶液发生固化，再抽真空除去稀释剂形成聚丙烯腈多孔材料；其中随着冷却的过程，均相溶液经历不同的温度，从而经历不同的冷却速率，即经历不同的结晶速率，故而影响聚丙烯腈多孔材料的孔结构大小
、
特别会体现在透气率的大小；进一步将聚丙烯腈多孔材料依次进行预氧化处理和炭化处理，并于特定氯气氛围下进行石墨化处理，各组分和步骤之间相互作用，可促进碳原子的有序排列，调整多孔碳膜的内部结构，从而有效提升多孔碳膜的透气率
、
柔韧性
、
导电性能和弯曲强度
。
同时，于特定氯气氛围下进行石墨化处理，促进多孔碳膜的石墨化度，可降低石墨化处理的温度和时间，从而降低制备能耗和成本
。
具体实施方式
[0026]现将详细地提供本专利技术实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文
。
提供每一实例作为解释而非限制本专利技术
。
实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本专利技术进行多种修改和变化而不背离本专利技术的范围或精神
。
例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式
。
[0027]因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化
。
本专利技术的其它对象
、
特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的
。
本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多孔碳膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯腈
、
稀释剂
、
醇和碳纤维混合，于
120℃~180℃
保温后，降温至
10℃~20℃
进行冷却固化并抽真空，得到聚丙烯腈多孔材料；所述稀释剂包括二甲基亚砜和
N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种；将所述聚丙烯腈多孔材料依次进行预氧化处理和炭化处理，得到多孔碳膜中间体；将所述多孔碳膜中间体于氯气氛围下进行石墨化处理，得到所述多孔碳膜
。2.
如权利要求1所述的多孔碳膜的制备方法，其特征在于，所述碳纤维与所述聚丙烯腈的质量比为
(0.01~0.2):1。3.
如权利要求1所述的多孔碳膜的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的质量与所述稀释剂和所述醇的总质量之比为
(0.25~0.8):1。4.
如权利要求3所述的多孔碳膜的制备方法，其特征在于，所述稀释剂与所述醇的质量之比为
(4~9):1。5.
如权利要求1所述的多孔碳膜的制备方法，其特征在于，所述醇包括乙二醇
、
乙醇
、
异丙醇和丙三醇中的至少一种
。6.
如权利要求
1~5
任一项所述的多孔碳膜的制备方法，其特征在于，所述降温的速率为
5℃/min~20℃/min。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟华，廖寄乔，彭信辉，龙鹏，崔勇，陈智松，杨嘉昕，
申请(专利权)人：湖南金博氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：