【技术实现步骤摘要】
本申请涉及燃料电池，具体地讲，涉及碳材料及其制备方法、燃料电池。
技术介绍
1、现有的燃料电池主要包括多个具有气体扩散层的电池单元，气体扩散层包含微孔层和基底。其中微孔层主要由高结构碳材料构成，在燃料电池中起到传气，排水以及 电子传输的作用。微孔层的亲疏水性，电导性以及孔隙结构等物理化特性直接影响电 池的性能。微孔层工作环境会出现高电位，高湿度的状况，碳材料很容易发生电化学 腐蚀现象。微孔层的碳材料发生腐蚀后，导致材料亲疏水性、孔隙结构发生改变，排 水传气功能下降，且部件界面间接触电阻增加，电池性能加速衰减。因此微孔层所用 碳材料的电化学稳定性一定程度上决定了电池的运行寿命。
2、现有微孔层主要用炉黑、乙炔黑和科琴黑等市场中常见的导电炭黑作为主体材料， 此类型炭黑材料的颗粒存在较多的缺陷界面，容易发生电化学腐蚀，会加速碳材料的劣化。
3、因此，需要一种碳材料，能够在燃料电池中展现传气，排水以及电子传输的良好功能，同时具有高抗电化学腐蚀的能力，提高电池使用寿命。
技术实现思路
1、鉴于此，本申请提供一种碳材料及其制备方法、气体扩散层、燃料电池，碳颗粒 表面易腐蚀位点少，耐腐蚀性高，可以有效提高碳材料的使用寿命。
2、第一方面，本申请实施例提供一种碳材料，所述碳材料包括碳颗粒，所述碳颗粒表面包括多个相连接的碳晶粒，相邻两个碳晶粒之间形成晶界；
3、所述碳颗粒表面的晶界密度为p，1≤p≤15；
4、其中，所述晶界密度通过以下的测
5、随机获取20份碳颗粒，通过拉曼光谱测试，测得碳颗粒的碳特征峰的峰面积id与石墨特征峰的峰面积ig的比值id/ig的值为rn，n＝1，2，3…20；20份碳颗粒的id/ig的 平均值为r；
6、晶界密度d为所述碳颗粒的平均粒径。
7、在一些实施方式中，所述碳颗粒呈球状或类球状。
8、在一些实施方式中，所述碳颗粒的平均粒径为d，20nm≤d≤200nm。
9、在一些实施方式中，所述碳晶粒由碳层堆叠形成。
10、在一些实施方式中，所述碳晶粒的平均粒径为la，3nm≤la≤30nm。
11、在一些实施方式中，通过x射线粉末衍射测试，测得所述碳材料的石墨相{002}的晶面层间距为d002 nm；所述碳材料在2.5kn/cm2加压下的粉体电导率为σs/m，且σ/d002≥2*108s/cm2。
12、在一些实施方式中，所述碳材料的石墨相{002}的晶面层间距为d002 nm，0.338≤d002≤0.345。。
13、在一些实施方式中，所述碳材料在2.5kn/cm2加压下的粉体电导率为σs/m，σ≥ 7。
14、在一些实施方式中，所述碳材料的平均粒径为20nm～200nm。
15、在一些实施方式中，所述碳材料的孔隙率≥60％。
16、在一些实施方式中，所述碳材料的粉体接触角为120°～155°。
17、在一些实施方式中，所述碳材料的比表面积为30m2/g～250m2/g。
18、在一些实施方式中，所述碳材料的吸油值为100ml/100g～450ml/100g。
19、第二方面，本申请实施例提供一种碳材料的制备方法，包括以下步骤：
20、将包含炭黑材料与缺陷修补剂的混合物料置于1800℃～3000℃下进行碳化处理后， 再进行整形处理；
21、在包含改性气体的气氛中，将整形处理产物进行表面改性处理，得到所述碳材料。
22、在一些实施方式中，所述缺陷修补剂的沸点为50℃～400℃。
23、在一些实施方式中，所述缺陷修补剂包括挥发性有机物和/或半挥发性有机物。
24、在一些实施方式中，所述缺陷修补剂包括挥发性有机物，所述挥发性有机物包括樟脑、苯酚、邻苯二甲醛、间苯二甲醛、对苯二甲醛、对苯醌、苯甲酸、棕榈醇、氨基 喹啉和萘中的至少一种。
25、在一些实施方式中，所述缺陷修补剂包括半挥发性有机物，所述半挥发性有机物包括苯二酚、邻苯二甲酸、间苯二甲醛和蒽中的至少一种。
26、在一些实施方式中，在将包含炭黑材料与缺陷修补剂的混合物料置于1800℃ ～3000℃下进行碳化处理之前，所述方法还包括将缺陷修补剂进行整形处理，整形后的 修补剂与炭黑材料进行混合处理，得到混合物料。
27、在一些实施方式中，所述缺陷修补剂的平均粒径为0.1μm～1μm。
28、在一些实施方式中，所述炭黑材料与所述缺陷修补剂的质量比为10：(0.1～2)。
29、在一些实施方式中，所述炭黑材料的平均粒径为20nm～200nm。
30、在一些实施方式中，所述炭黑材料的吸油值为100ml/100g～450ml/100g。
31、在一些实施方式中，通过拉曼光谱测试，所述炭黑材料具有碳特征峰id和石墨特征峰ig，id/ig≤2.0。
32、在一些实施方式中，所述炭黑材料在2.5kn/cm2加压下的粉体电导率σ≥8s/m。
33、在一些实施方式中，所述碳化处理的时间为0.1h～3h。
34、在一些实施方式中，所述碳化处理的升温速率为2℃/min～30℃/min。
35、在一些实施方式中，所述整形处理包括球磨、砂磨、辊磨、搅拌磨、滚磨和行星 磨中的至少一种。
36、在一些实施方式中，在所述将整形处理产物进行表面改性处理之前，所述方法还包括：将整形处理产物进行筛分。
37、在一些实施方式中，所述改性气体包括二氧化碳、空气、水蒸气、氧气、氮气和 氨气中的至少一种。
38、在一些实施方式中，所述气氛还包括惰性气体，所述惰性气体包括氩气、氖气、 氦气和氪气中的至少一种。
39、在一些实施方式中，所述气氛中的改性气体与所述惰性气体的体积比为 (0.5～10):10。
40、在一些实施方式中，所述表面改性处理的温度为400℃～1700℃，所述表面改性处理的温度优选为500℃～1200℃。
41、在一些实施方式中，所述表面改性处理的升温速率为2℃/min～30℃/min。
42、第三方面，本申请提供一种燃料电池，所述燃料电池包括多个具有气体扩散层的电池单元，所述气体扩散层包括上述的碳材料或根据上述的制备方法制得的碳材料。
43、本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
44、首先，本申请提供的碳材料，碳材料颗粒表面的碳晶粒之间的晶界密度越小时，碳颗粒表面易腐蚀位点越少，可以有效提高碳材料的使用寿命；碳颗粒的表面晶界密 度越小，疏水性越好，反应产生的水分不容易在碳材料孔隙中聚集，有利于维持由该 材料构成的微孔层其气孔结构的导气能力，提升电池在高湿度大电流密度工况下的电 池性能。并且碳材料兼具高的电导率和高的石墨化程度。碳材料的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳材料，其特征在于，所述碳材料包括碳颗粒，所述碳颗粒表面包括多个相连接的碳晶粒，相邻两个碳晶粒之间形成晶界；
2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料具有如下特征中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，通过X射线粉末衍射测试，测得所述碳材料的石墨相{002}的晶面层间距为d002 nm；
4.根据权利要求3所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料具有如下特征中的至少一种：
5.根据权利要求1～4任一项所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料具有如下特征中的至少一种：
6.一种碳材料的制备方法，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，所述方法具有如下特征中的至少一种：
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述方法具有如下特征中的至少一种：
9.根据权利要求6～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法具有如下特征中的至少一种：
10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括多个具有气体扩散层
...【技术特征摘要】
1.一种碳材料，其特征在于，所述碳材料包括碳颗粒，所述碳颗粒表面包括多个相连接的碳晶粒，相邻两个碳晶粒之间形成晶界；
2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料具有如下特征中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，通过x射线粉末衍射测试，测得所述碳材料的石墨相{002}的晶面层间距为d002 nm；
4.根据权利要求3所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料具有如下特征中的至少一种：
5.根据权利要求1～4任一项所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料具有如下特征中的至少一种：
【专利技术属性】
技术研发人员：李中爽，颜聿聪，李子坤，任建国，黄友元，贺雪琴，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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