【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳纤维纸，具体涉及一种导电性均匀的高导电碳纸及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳纤维纸(cfp)作为高性能燃料电池的气体扩散层已被广泛研究，质子交换膜燃料电池(pemfc)因其效率高、功率密度高、能量转化率高、重量轻等优点被认为是下一代发电设备，应用于汽车电源、家用能源、潜艇和飞机等领域。气体扩散层(gdl)作为pemfc的关键组成部分，支撑催化剂层，为反应气体、水管理和电传递提供重要的传质通道。目前，用于气体扩散层的基材是碳纤维纸(cfp)，其主要是在常规造纸设备上采用湿布工艺，将碳纤维(cf)与粘结剂混合，再经过树脂浸渍、热压固化、碳化、石墨化等工序制备而成。
2、cf是一种含碳量大于95％的纤维材料，主要由c-c键组成，碳纤维不同于植物纤维，碳纤维表面仅含有少量的基团，不易被水润湿，在打浆过程中只能产生切断作用，不能产生分丝帚化现象，在纸页成型后纤维间也不会产生氢键，而且，由于短切碳纤维的静电吸附作用容易在溶液中发生聚集，这些特性会导致纤维分布差且不均匀，影响了cfp的孔径分布，降低了cfp的机械强度，以及湿法抄纸后形成孔隙率低以及碳纸成纸后导电性差等问题，从而显著影响了pemfc的性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决碳纸整体导电性不均匀以及孔隙率低的技术问题，而提供一种导电性均匀的高导电碳纸及其制备方法和应用。
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：
3、本专利技术的目的之一是提供一种导电性均匀的
4、s1：将海藻酸钠溶于去离子水，油浴下磁力搅拌，随后加入短切碳纤维和吐温80，持续搅拌，得到分散液；
5、s2：向聚丙烯酰胺水溶液中加入分散液，磁力搅拌后加入粘结剂，加热搅拌至完全溶解，然后进行湿法抄纸，得到碳纤维坯体；
6、s3：将碳纤维坯体通过抽滤浸渍热固性树脂溶液，热压处理后进行高温碳化，得到碳纸；
7、s4：将碳纸放入多巴胺水溶液和三羟甲基氨基甲烷水溶液中浸渍，直到溶液变为褐色，取出后与镍盐、尿素和水进行水热处理，最后进行煅烧，得到导电性均匀的高导电碳纸。
8、优选地，s1中短切碳纤维直径为3-15μm，长度为5-20mm。
9、更优选地，长度为6mm。
10、优选地，s1中海藻酸钠和短切碳纤维的质量比为(1.5-2.5)：1。
11、优选地，s1中吐温80的添加量为分散液总质量的0.01％。
12、优选地，s2聚丙烯酰胺水溶液中的聚丙烯酰胺和s1分散液中的海藻酸钠的质量比为1：(8-12)。
13、优选地，s2中粘结剂包括纸浆，聚酯、聚乙烯醇。
14、优选地，s2中粘结剂用量为短切碳纤维质量的8-12％。
15、优选地，s3中热固性树脂为酚醛树脂、呋喃。
16、优选地，s3中热固性树脂溶液中的热固性树脂和短切碳纤维的质量比为(15-25)：1。优选地，s3中热压温度为140-160℃，压力为4.7mpa，时间≥20min。
17、优选地，s3中高温碳化温度在2000-2400℃，时间为1-3h。
18、优选地，s4中多巴胺水溶液浓度为1.8-2g/l，三羟甲基氨基甲烷水溶液浓度为0.8-1g/l。
19、优选地，s4中浸渍时间为6-24h。
20、优选地，s4中镍盐为硫酸镍，镍盐与尿素、水的比例为(10-15)g：(10-15)g：1l。
21、优选地，s4中镍盐和短切碳纤维的质量比为(20-30)：1。
22、优选地，s4中水热处理温度为80-100℃，时间为2-4h。
23、优选地，s4中煅烧温度为600-700℃，时间为1-3h。
24、本专利技术的目的之二在于提供一种基于上述导电性均匀的高导电碳纸的疏水碳纸。
25、本专利技术的目的之三在于提供一种基于上述导电性均匀的高导电碳纸的疏水碳纸的制备方法，所述制备方法：将上述导电性均匀的高导电碳纸于ptfe溶液中浸渍。
26、优选地，ptfe溶液粘度为0.015-0.020pa.s。
27、本专利技术的目的之四在于提供一种按上述方法制得的疏水碳纸在燃料电池中的应用。
28、本专利技术的目的之五在于提供一种质子交换膜燃料电池，所述质子交换膜燃料电池以按上述方法制得的疏水碳纸作为气体扩散层。
29、本专利技术与现有技术相比具有的显著效果：
30、(1)本专利技术采用生物基分散剂海藻酸钠，利用其多羟基，亲水性强，在水中容易溶解等特点，解决了碳纤维分散不均匀，湿法抄纸后孔隙率低的问题，使透气率得到提高。
31、(2)本专利技术以pda作为媒介，吸附更多的镍离子，从而生长出更多的氢氧化镍，进而还原成更多的金属镍单质，显著提高了碳纸导电性，并且ni球可以增加碳纸表面粗糙度，很好的解决了碳纸整体导电性不均匀的问题，同时在烧结还原的过程中，pda由于其富碳体系，可以在烧结后体系内的含碳量更多，并没有引入其他杂质，不损坏原本的特性。使其广泛应用于质子交换膜燃料电池领域。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种导电性均匀的高导电碳纸的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中海藻酸钠和短切碳纤维的质量比为(1.5-2.5)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2聚丙烯酰胺水溶液中的聚丙烯酰胺和S1分散液中的海藻酸钠的质量比为1：(8-12)，S2中粘结剂包括纸浆，聚酯、聚乙烯醇，粘结剂用量为短切碳纤维质量的8-12％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中热固性树脂为酚醛树脂、呋喃，热固性树脂溶液中的热固性树脂和短切碳纤维的质量比为(15-25)：1，热压温度为140-160℃，压力为4.7MPa，时间≥20min，高温碳化温度在2000-2400℃，时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4中多巴胺水溶液浓度为1.8-2g/L，三羟甲基氨基甲烷水溶液浓度为0.8-1g/L，浸渍时间为6-24h，镍盐为硫酸镍，镍盐与尿素、水的比例为(10-15)g：(10-15)g：1L，镍盐和短切碳纤维的质量比为(20-30)：1，水热处理温度为80-
6.基于权利要求1-5任一项所述的方法制得的导电性均匀的高导电碳纸的疏水碳纸。
7.权利要求6所述的疏水碳纸的制备方法，其特征在于，将权利要求1-5任一项所述的方法制得的导电性均匀的高导电碳纸于PTFE溶液中浸渍。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，PTFE溶液粘度为0.015-0.020Pa.s。
9.权利要求7或8所述的方法制得的疏水碳纸在燃料电池中的应用。
10.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池以权利要求7或8所述的方法制得的疏水碳纸作为气体扩散层。
...【技术特征摘要】
1.一种导电性均匀的高导电碳纸的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中海藻酸钠和短切碳纤维的质量比为(1.5-2.5)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2聚丙烯酰胺水溶液中的聚丙烯酰胺和s1分散液中的海藻酸钠的质量比为1：(8-12)，s2中粘结剂包括纸浆，聚酯、聚乙烯醇，粘结剂用量为短切碳纤维质量的8-12％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3中热固性树脂为酚醛树脂、呋喃，热固性树脂溶液中的热固性树脂和短切碳纤维的质量比为(15-25)：1，热压温度为140-160℃，压力为4.7mpa，时间≥20min，高温碳化温度在2000-2400℃，时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s4中多巴胺水溶液浓度为1.8-2g/l，三羟甲基氨基甲烷水溶液浓度为0....
【专利技术属性】
技术研发人员：敖玉辉，刘霖，金琳，梁郝，郭宗伟，王钊，尚垒，陈小沛，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。