【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碳纤维纸片及其制备方法、应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
2、碳纤维纸是碳纤维的复合产品，是将碳纤维短切后分散，采用常规抄纸工艺，然后经浸渍、固化、碳化、石墨化工艺制成的纸状产品。碳纸在燃料电池扩散层和支撑元件、高温过滤、碳纸增强剂等领域得到广泛应用。cn113774720a公开了一种碳纤维纸及其制备方法，然而其得到的碳纤维纸的透气性能不够理想。
3、综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在现有的燃料电池用碳纤维纸片透气性能不够理想，因此，需要开发或者改进一种燃料电池用碳纤维纸片及其制备方法、应用。
技术实现思路
1、基于此，为了解决现有的燃料电池用碳纤维纸片透气性能不够理想，导电性能较差的问题，本专利技术提供了一种燃料电池用碳纤维纸片及其制备方法、应用，具体技术方案如下：
2、一种燃料电池用碳纤维纸片，其制备原料包括改性碳纤维和改性石墨；
3、所述改性碳纤维的制备原料包括碳
4、所述改性石墨的制备原料包括石墨、氟化铵和碳纳米管；
5、所述碳纤维前驱体、硝酸铈铵、双氧水和n-氟代双苯磺酰胺的质量之比为50～55：15～17：1～3：8～12；
6、所述石墨、氟化铵和碳纳米管的质量之比为12～18：3～8：2～4。
7、进一步地，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：
8、将碳纤维前驱体加入水中，以110～130khz的频率超声1.1～1.5h，然后加入10～15wt％硝酸铈铵水溶液中，以300～400r/min的速度搅拌反应2～3h，然后加入1～3wt％双氧水反应8～12min，然后过滤分离，在60～70℃下干燥，得到氧化碳纤维；
9、将所述氧化碳纤维加入乙酸乙酯中，以70～90khz的频率超声1.5～1.9h，然后加入n-氟代双苯磺酰胺，加热到50～60℃，以500～600r/min的速度搅拌反应2.2～2.8h，然后过滤分离，然后加入乙醇中，以70～90khz的频率超声1.1～1.5h，然后过滤分离，用丙酮洗涤3～5次，然后在55～65℃下干燥，得到所述改性碳纤维。
10、进一步地，所述改性石墨的制备方法包括以下步骤：
11、将石墨和碳纳米管加入乙醇中，以110～130khz的频率超声2.1～2.5h，然后加入6～10wt％氟化铵水溶液，然后以550～580r/min的速度搅拌均匀，然后加入反应釜中，升温到120～130℃水热反应15～21h，得到所述改性石墨。
12、本技术方案还提供了一种碳纤维纸片的制备方法，其包括以下步骤：
13、将碳纤维进行清洁处理，得到碳纤维前驱体；
14、将所述碳纤维前驱体进行改性处理，得到所述改性碳纤维；
15、将所述改性碳纤维行湿法成型处理，得到碳纤维原胚；
16、将所述碳纤维原胚在80～90℃下烘干，然后在5～7mpa压力下，升温到200～220℃保温1.8～2.2h，得到碳纤维纸；
17、将所述碳纤维纸置于浸渍液中浸渍3.1～3.9h，然后在氩气气氛下，升温至70～80℃烘干，然后在氩气气氛下，升温到210～230℃保温2.5～2.8h，自然冷却后，在氩气气氛下，升温到2000～2200℃保温0.8～1.2h，得到所述燃料电池用碳纤维纸片；
18、所述浸渍液包括改性石墨、导电材料、酚醛树脂和溶剂；
19、所述改性石墨、导电材料、酚醛树脂和溶剂的质量之比为3～8：3～8：3～8：80～90。
20、进一步地，所述清洁处理包括以下步骤：
21、将1～3mm碳纤维置于氢氧化钠溶液中浸渍10～12h，然后以50～70khz的频率超声20～30min，过滤分离后乙醇洗涤3～5次，然后在80～90℃下干燥，得到所述碳纤维前驱体；
22、所述氢氧化钠溶液的浓度为3.5～3.9mol/l。
23、进一步地，所述湿法成型处理包括以下步骤：
24、将所述改性碳纤维加入水中，以50～70khz的频率超声2.1～2.5h，然后加入羧甲基纤维素，以600～700r/min的速度搅拌均匀，然后加入成型器中湿法成型，得到所述碳纤维原胚；
25、所述改性碳纤维和羧甲基纤维素的质量之比为98～102：1～3。
26、进一步地，所述浸渍液的制备方法包括以下步骤：
27、将所述改性石墨加入所述溶剂中，以70～90khz的频率超声20～30min，然后加入所述导电材料，继续以70～90khz的频率超声40～50min，然后加入所述酚醛树脂，以700～800r/min的速度搅拌均匀，得到所述浸渍液。
28、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。
29、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。
30、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碳纤维纸片。
31、上述技术方案提供的碳纤维纸片的制备原料由于同时包括硝酸铈铵、双氧水和n-氟代双苯磺酰胺改性的碳纤维和氟化铵和碳纳米管改性的石墨，其透气性能优异，导电性能优秀。具体地，本专利技术提供的碳纤维纸片的制备原料包括改性碳纤维，改性碳纤维使用硝酸铈铵可实现分层次的氧化效果，从而产生丰富的氧化基团，进一步加入的双氧水可以进一步产生部分硝化基团，这与n-氟代双苯磺酰胺可以产生基团间作用，从而使n-氟代双苯磺酰胺的氟化作用更具有分子尺寸层次感；另一部，改性石墨的制备原料同时包含氟化铵和碳纳米管，在氟化的同时提升石墨的导电性；因此，改性碳纤维制备的碳纤维纸浸渍于含改性石墨的浸渍液后，氟化基团可以连接成微观通道，从而有效提高透气性能，同时保障导电性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种燃料电池用碳纤维纸片，其特征在于，其制备原料包括改性碳纤维和改性石墨；
2.根据权利要求1所述的碳纤维纸片，其特征在于，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的碳纤维纸片，其特征在于，所述改性石墨的制备方法包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的碳纤维纸片的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述清洁处理包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述湿法成型处理包括以下步骤：
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍液的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求4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。
9.根据权利要求4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。
10.一
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用碳纤维纸片，其特征在于，其制备原料包括改性碳纤维和改性石墨；
2.根据权利要求1所述的碳纤维纸片，其特征在于，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的碳纤维纸片，其特征在于，所述改性石墨的制备方法包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的碳纤维纸片的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述清洁处理包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述湿法成型处理包括以下步骤：
7.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：周山麒，徐爽，王迪，胡海平，
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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