【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体而言，涉及一种燃料电池用高透气性碳纸的制备方法、应用。
技术介绍
1、碳纸是质子交换膜燃料电池气体扩散层的关键支撑材料，其孔隙率、孔隙结构和导电性能决定了碳纸担任扩散层基底的物质传输性能。孔隙度不足常导致电极发生水淹和传质极化，电池效率降低；孔隙度过高则碳纤维纸致密性、导电性差，力学行为不足。尽管有复合树脂、添加纳米纤维等各种增密手段，但由于树脂碳化后为硬碳相，结晶性较差，加大了进行石墨化处理的难度，不仅耗费成本，高温引起的内应力还会损害力学性能；其他纳米纤维、植物纤维等的导电性不理想，添加后会对碳纤维纸的传导性能产生损害；该两种方案还会大幅降低碳纤维纸整体的孔隙率，从而造成透气性显著下降。为解决上述矛盾，当前的有效手段通常是在碳纤维纸坯体中加入导电碳素填料，实现碳纤维纸的增密，同时改善电导性和力学性能。cn115387148a公开了一种高导电、高透气率的梯度结构碳纤维纸及其制备方法，然而该碳纤维纸的透气性能不够优异。
2、综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在燃料电池用碳纸透气性能不够优异，因此，需要开发或者改进一种燃料电池用高透气性碳纸的制备方法、应用。
技术实现思路
1、基于此，为了解决燃料电池用碳纸透气性能不够优异的问题，本专利技术提供了一种燃料电池用高透气性碳纸的制备方法、应用，具体技术方案如下：
2、一种燃料电池用高透气性碳纸的制备方法，其包括以下步骤：
3、将1～5mm的碳纤维进行清洁处理，得到碳
4、将所述碳纤维前驱体进行改性处理，得到改性碳纤维；
5、将所述改性碳纤维加入水中，以110～130khz的频率超声30～40min，然后加入0.5～0.9wt％的羟乙基纤维素水溶液，以1400～1500r/min的速度搅拌均匀，然后加入成型器中湿法成型，得到碳纸原纸；
6、将所述碳纸原纸置于改性液中浸渍1.8～2.4h，然后在氩气气氛下，于95～105℃烘干，然后在氩气气氛下进行固化处理和碳化处理，得到所述燃料电池用高透气性碳纸；
7、所述改性液包括改性聚四氟乙烯、导电材料和溶剂；
8、所述改性碳纤维的改性处理的原料包括碳纤维、2,4-二氨基二苯胺和2-(苄氧基)-3,5-二氯苯甲酸；
9、所述改性聚四氟乙烯的制备原料包括聚四氟乙烯和苯基硼酸新戊二醇酯。
10、进一步地，所述改性处理包括以下步骤：
11、将所述碳纤维前驱体加入25～35wt％的硝酸中，以900～1000r/min的速度搅拌均匀，然后加热到40～45℃反应2～3h，然后过滤分离，取沉淀物洗涤烘干后加入n,n-二甲基甲酰胺，在850～950r/min的搅拌速度下加入2,4-二氨基二苯胺和2-(苄氧基)-3,5-二氯苯甲酸，然后加入醋酸钯和氯化锰，升温到92～98℃反应18～22h，得到所述改性碳纤维。
12、进一步地，所述清洁处理包括以下步骤：
13、将所述碳纤维置于6～8wt％的氢氧化钠乙醇溶液中浸渍8～10h，然后过滤分离，使用乙醇洗涤至ph为6.5～7.5，然后加入10～15wt％盐酸，以50～70khz的频率超声20～30min，然后使用水洗涤至ph为6.5～7.5，然后升温至65～75℃烘干，得到所述碳纤维前驱体。
14、进一步地，所述改性聚四氟乙烯的制备方法包括以下步骤：
15、将所述聚四氟乙烯加入甲苯中，以70～90khz的频率超声15～25min，然后加入苯基硼酸新戊二醇酯，以800～900r/min的速度搅拌均匀，然后加入十二羰基三钌和碳酸钾，升温到132～138℃反应7～9h，然后酸化，分离得到改性聚四氟乙烯。
16、进一步地，所述导电材料包括导碳纤维、碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、碳气凝胶、石墨和石墨烯中的至少一种。
17、进一步地，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙酮、丙三醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
18、进一步地，所述固化处理的条件为在250～270℃保温2.2～2.8h。
19、进一步地，所述碳化处理的条件为在2200～2300℃保温1.3～1.7h。
20、进一步地，所述碳纤维、2,4-二氨基二苯胺和2-(苄氧基)-3,5-二氯苯甲酸的质量之比为98～102：3～7：3～7；
21、所述聚四氟乙烯和苯基硼酸新戊二醇酯的质量之比为98～102：5～10。
22、本技术方案还提供了一种燃料电池，其包括质子交换膜、气体扩散层、催化层和双极板，所述气体扩散层包括碳纸，所述碳纸为上述燃料电池用高透气性碳纸。
23、上述制备方法由于同时使用了2,4-二氨基二苯胺和2-(苄氧基)-3,5-二氯苯甲酸改性的改性碳纤维和苯基硼酸新戊二醇酯改性的改性聚四氟乙烯，其制备得到的燃料电池用碳纸具备优异的透气性能和优秀的导电性能，具体地，浓硝酸可以使碳纤维部分硝化，2-(苄氧基)-3,5-二氯苯甲酸同时与硝基和2,4-二氨基二苯胺在醋酸钯催化下发生偶联反应，从而使得在碳纤维表面链接大占位刚性芳基基团，从而显著增加改性碳纤维的透气性能；进一步地，聚四氟乙烯和苯基硼酸新戊二醇酯在十二羰基三钌催化下可发生芳基化反应，从而使得改性聚四氟乙烯上链接有刚性芳基基团；上述改性聚四氟乙烯浸渍于上述改性碳纤维时，可以有效形成从内到外的透气刚性通道，显著提升所制备碳纸的透气性能。
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1.一种燃料电池用高透气性碳纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性处理包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洁处理包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性聚四氟乙烯的制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电材料包括导碳纤维、碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、碳气凝胶、石墨和石墨烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙酮、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理的条件为在250～270℃保温2.2～2.8h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的条件为在2200～2300℃保温1.3～1.7h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳
10.一种燃料电池，其包括质子交换膜、气体扩散层、催化层和双极板，所述气体扩散层包括碳纸，其特征在于，所述碳纸为权利要求1所述的燃料电池用高透气性碳纸。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用高透气性碳纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性处理包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洁处理包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性聚四氟乙烯的制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电材料包括导碳纤维、碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、碳气凝胶、石墨和石墨烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙酮、丙三醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟峰，周山麒，徐爽，王迪，
申请(专利权)人：湖南隆深氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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