【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸及其制备方法和应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种能够将燃料具有的化学能直接转换成电能的化学装置，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。燃料电池是一种清洁能源发电技术，其与锂电池相比具有环境友好、理论发电效率高(可达85％～90％)、燃料种类丰富等优势，且在同等体积下具有更高的功率密度，使用时间更长，基本不受外界温度影响，其在氢能无人机、氢能叉车、氢能汽车等领域具有明显的优势，近些年来备受关注。
2、气体扩散层是燃料电池的关键组成部分之一，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作用。目前，气体扩散层的主要原材料为碳纤维，将碳纤维通过湿法抄纸成型为碳纸基材，再进行树脂热压烧结和石墨化处理，再进行疏水和微孔层浆料喷涂烧结处理，最终得到燃料电池气体扩散层。碳纸基材的性能好坏会在一定程度上决定后续气体扩散层的制备及其在燃料电池中的性能。然而，现有的碳纸基材存在导电性能有待提高、机械性能一般等问题，且作为基材制备气体扩散层时还存在工艺复杂(需要进行树脂浸渍烧结和石墨化)、成本高等问题，难以完全满足实际应用要求。
3、因此，开发一种导电性能好、机械性能好、通过简单和低成本的制备工艺便可制成气体扩散层的碳纸基材具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸及其制备方法和应用。
2、本专利技术所采取
3、一种壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其组成包括壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材和负载的疏水材料；所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材的组成包括壳聚糖纤维和自组装在壳聚糖纤维表面的还原氧化石墨烯。
4、优选地，所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材、疏水材料的质量比为1:0.05～0.25。
5、优选地，所述疏水材料为聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、全氟乙烯丙烯共聚物(fep)中的至少一种。
6、优选地，所述壳聚糖纤维、还原氧化石墨烯的质量比为1:0.25～4。
7、优选地，所述壳聚糖纤维的长度为3mm～6mm。
8、一种如上所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸的制备方法包括以下步骤：
9、1)将壳聚糖纤维、氧化石墨烯、湿强剂和助留剂分散在水中，得到壳聚糖纤维-氧化石墨烯复合纸浆；
10、2)将壳聚糖纤维-氧化石墨烯复合纸浆进行抄纸，得到壳聚糖纤维-氧化石墨烯复合纸；
11、3)将壳聚糖纤维-氧化石墨烯复合纸浸入还原剂溶液中进行还原，再浸入疏水材料分散液中进行疏水处理，即得壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸。
12、优选地，步骤1)所述湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂(pae)、聚乙烯醇(pva)、羧甲基纤维素钠(cmc-na)中的至少一种。
13、优选地，步骤1)所述湿强剂的用量为壳聚糖纤维质量的0.5％～1％。
14、优选地，步骤1)所述助留剂为聚乙烯亚胺(pei)、阳离子聚丙烯酰胺(cpam)、聚氧乙烯(peo)中的至少一种。
15、优选地，步骤1)所述助留剂的用量为氧化石墨烯质量的1％～4％。
16、优选地，步骤2)所述抄纸的具体操作为：先将壳聚糖纤维-氧化石墨烯复合纸浆鼓泡10s～20s，再进行纸张抄造，再在压力为0.5mpa～1.0mpa的条件下压榨1min～5min，再在温度为80℃～90℃的条件下干燥8min～15min。
17、优选地，步骤3)所述还原剂溶液为抗坏血酸溶液、水合肼溶液、氢碘酸溶液中的至少一种。
18、优选地，步骤3)所述还原剂溶液中的还原剂的用量为氧化石墨烯质量的100％～200％。
19、优选地，步骤3)所述还原在温度为80℃～100℃的条件下进行，还原时间为2h～4h。
20、一种气体扩散层，其包含上述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸。
21、优选地，所述气体扩散层的组成包括载体壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，还包括负载的碳黑和疏水材料。
22、优选地，所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸、疏水材料的质量比为1:0.05～0.25。
23、优选地，所述碳黑、疏水材料的质量比为1:0.05～0.25。
24、优选地，所述碳黑为乙炔黑、生物质碳黑、橡胶碳黑中的至少一种。
25、优选地，所述疏水材料为聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、全氟乙烯丙烯共聚物(fep)中的至少一种。
26、一种如上所述的气体扩散层的制备方法包括以下步骤：
27、将碳黑和疏水材料用溶剂分散制成混合浆料，再喷涂在壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸表面，再在温度为300℃～400℃的条件下保持2h～4h，即得气体扩散层。
28、优选地，所述混合浆料在壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸上的喷涂量为3mg/cm2～5mg/cm2。
29、一种燃料电池，其包含上述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸。
30、本专利技术的有益效果是：本专利技术的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸具有导电性能好、机械性能好、制备工艺简单、成本低等优点，便于大规模制备，且将其作为基材通过简单和低成本的制备工艺便可制成气体扩散层，适合用于燃料电池。
31、具体来说：
32、1)本专利技术的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸兼具壳聚糖纤维和还原氧化石墨烯的优点(例如：壳聚糖纤维的柔韧性、折叠性；还原氧化石墨烯的优异机械性能)，将其作为基材可以制备出质量轻、柔性好的气体扩散层；
33、2)本专利技术的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸可以在传统的造纸设备上直接进行制备，非常容易实现大规模制备；
34、3)本专利技术的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸可以直接进行疏水处理和喷涂工艺，不需进行热固性树脂热压、烧结工艺和石墨化处理便可以制成气体扩散层；
35、4)本专利技术的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸制成的气体扩散层具有原料来源广泛、价格低廉、制备过程简单等优点；
36、5)本专利技术的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸制成的气体扩散层具有厚度小、电导率高等优点，适合用于燃料电池；
37、6)本专利技术利用壳聚糖纤维和氧化石墨烯制备壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，壳聚糖纤维表面含有大量基团，可以吸附诱导氧化石墨烯在壳聚糖纤维表面进行层层自组装，有利于氧化石墨烯的均匀分散，且通过加入湿强剂和助留剂能够尽可能保留氧化石墨烯，避免了氧化石墨烯的流失。
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1.一种壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于，组成包括壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材和负载的疏水材料；所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材的组成包括壳聚糖纤维和自组装在壳聚糖纤维表面的还原氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材、疏水材料的质量比为1:0.05～0.25。
3.根据权利要求1或2所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述疏水材料为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述壳聚糖纤维、还原氧化石墨烯的质量比为1:0.25～4。
5.根据权利要求1或4所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述壳聚糖纤维的长度为3mm～6mm。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述湿
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述湿强剂的用量为壳聚糖纤维质量的0.5％～1％；步骤1)所述助留剂的用量为氧化石墨烯质量的1％～4％；步骤3)所述还原剂溶液中的还原剂的用量为氧化石墨烯质量的100％～200％；步骤3)所述还原在温度为80℃～100℃的条件下进行，还原时间为2h～4h。
9.一种气体扩散层，其特征在于，包含权利要求1～5中任意一项所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸。
10.一种燃料电池，其特征在于，包含权利要求1～5中任意一项所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸。
...【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于，组成包括壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材和负载的疏水材料；所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材的组成包括壳聚糖纤维和自组装在壳聚糖纤维表面的还原氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯基材、疏水材料的质量比为1:0.05～0.25。
3.根据权利要求1或2所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述疏水材料为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述壳聚糖纤维、还原氧化石墨烯的质量比为1:0.25～4。
5.根据权利要求1或4所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸，其特征在于：所述壳聚糖纤维的长度为3mm～6mm。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的壳聚糖纤维-还原氧化石墨烯复合纸...
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