本发明专利技术涉及燃料电池多孔扩散层电极板领域，具体为一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，满足制造燃料电池多孔扩散层电极的批量工业化生产需要。本发明专利技术碳纤维纸经改性酚醛树脂与环氧树脂的混合液浸渍，并烘干后经高温高压制成基板，最后经过高温碳化后制成燃料电池所用的多孔扩散层电极板。本发明专利技术经过碳化后的多孔扩散层电极板，有着均匀的多孔质结构、优异的透气性、低电阻率和高电子传导能力，其结构紧密，表面平整，具有一定的机械强度和稳定的化学性能和热稳定性，并可以达到多孔扩散层电极板的各种要求指标，如：孔隙率≥75%，电阻率≤0.05Ω·cm，气体扩散系数≥0.15cm2/s等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池多孔扩散层电极板领域，具体为一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺。
技术介绍
气体扩散层材料在电极中起着支撑催化剂层、稳定电极结构的作用，还为电极反应提供燃料气体通道、电子通道和排水通道，不同的扩散层材料对于 电极的结构、制造工艺和性能的影响也各不相同，碳纤维纸(碳纸)、碳布、非织造布及碳黑纸等是常用的几种电极材料。目前，气体扩散层有使用碳纤维纸(碳纸)，也有使用碳布材料的。它们不仅有均匀的多孔质薄层结构，导电性好，化学稳定性和耐热性好、且表面平整可减少电池内部接触电阻。现有国内外用于电极扩散层的碳纸主要是复合碳纸材料，它由碳纤维、木浆、纤维素纤维或聚乙烯酸短纤维等可碳化纤维相混合，制成纸浆，然后制成碳纸。这种工艺制得碳纸，由于其为了保证碳纸的强度，在其中加入了较多的非导电性材料，其碳纤维含量均低于90%。因此，造成电阻率较大，孔隙率及其结构不够合理。燃料电池使用的碳纤维纸需要具有以下性能(I)均匀的多孔质结构，优异的透气性；(2)低的电阻率，赋予其高的电子传导能力；(3)结构紧密且表面平整，以减小接触电阻，提高层性能；(4)具有一定的机械强度，利于电极制作；(5)具有化学稳定性和热稳定性。目前，我国生产的燃料电池所使用的多孔扩散层电极板都是从国外进口，多数进口于日本，只有少数的科研院校在试制用碳纤维来制作燃料电池的极板，但也只是试验阶段，而多数采用的是干法、吸引成型法、过筛法制造，且没有能形成批量工业化生产，阻碍和影响了我国能源建设和环保发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，满足制造燃料电池多孔扩散层电极的批量工业化生产需要。本专利技术的技术方案是一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，具体步骤如下(I)碳纤维纸浸胶将改性酚醛树脂与环氧树脂按重量比例1: (1-3)混合后，用丙酮与乙醇重量比1:1的混合液进行稀释，按重量百分比计，改性酚醛树脂与环氧树脂占30-50%;然后加入硼胺络合物类固化剂和酚醛胺环氧树脂固化剂，按重量百分比计，硼胺络合物类固化剂占4-6%，酚醛胺环氧树脂固化剂占0. 5-2%，温度保持在20-30°C倒入浸胶池中；根据所要碳化的基板的规格选用碳纤维纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶， 碳纤维纸浸胶后，进入烘干隧道烘干裁片；(2)压制电极板选用不锈钢板3-5mm为模板,将模板清理干净无尘，先在3_5mm的冷轧钢板上铺 80g/m2的牛皮纸8-10张，再在牛皮纸上铺不锈钢板；在不锈钢板上依次铺设聚乙烯离型膜、碳纤维纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板、牛皮纸和冷轧钢板，具体为在不锈钢板上铺一层耐高温聚乙烯离型膜，在聚乙烯离型膜上铺浸胶后的碳纤维纸，根据所需要的厚度铺碳纤维纸，并在碳纤维纸上铺一层聚乙烯离型膜，在聚乙烯离型膜上铺不锈钢板，在不锈钢板上铺8-10层牛皮纸，在牛皮纸上铺冷轧钢板，形成预压品；然后，将预压品装入热压机中准备压制，压制过程如下①第一次升压升温，压力3-4MPa/cm2、温度100_120°C、压制时间40_50min ；②第二次升压升温，压力7-8MPa/cm2、温度150_160°C、压制时间50_60min ；③压制完成后，冷却降温，降至50°C以下时卸压，出模、揭模，将压制好的碳纤维纸电极板整理裁剪后，等待碳化；选择温度达到2800-3200°C的碳化炉，将压制好的电极板放入碳化炉中进行碳化。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，改性酚醛树脂为 聚酰胺改性酚醛树脂、双氰胺改性酚醛树脂或环氧改性酚醛树脂；硼胺络合物类固化剂采用594固化剂；酚醛胺环氧树脂固化剂采用T-31固化剂。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，烘干隧道温度的设定为，进口 80-90°C，中间120-150°C，出口 70_80°C，碳纤维纸行进速度为O. 1-0. 3米/秒。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，热压机为IOMPa/ cm2的真空热压机，温度选用0-1 80°C。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，碳纤维纸铺设一层或两层以上，当碳纤维纸铺设两层以上时，在第一层碳纤维纸铺完后的不锈钢板上铺设聚乙烯离型膜，则继续依次按碳纤维纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板的顺序，重复铺装，最后铺牛皮纸和冷轧钢板，再装入热压机中准备压制。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，每层碳纤维纸为一张或两张以上，电极板压制一层或两层以上，当电极板压制两层以上时，重复铺装。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，模板采用单层、双层或三层以上。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，碳化采用真空感应高温烧结炉在氩气气氛的保护下，进行烧制900-1000°C、时间10-30min，到时间后将温度提高到1800-2200°C、时间30-50min，烧制成多孔扩散层电极板。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，碳纤维纸为80-100 克/m2的碳纤维纸，其孔隙率为20-30%，导电方阻为3-10 Ω/cm2。所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，碳纤维纸的制备过程如下( I)短切碳纤维的表面处理将短切碳纤维在丙酮、乙醇和水的混合液浸泡2-3小时，按重量比计，丙酮乙醇水=1:1:20，然后捞出淋干液体；将短切碳纤维倒入容器，并加入占短切碳纤维总重量0. 1-0. 3%的分散剂，进行1000-3000转/分钟的高速分离搅拌，时间0. 5-2小时；(2)导电碳黑的表面处理将导电碳黑在浓度为5wt%的乙醇水溶液中浸泡3-4小时后，与乙醇水溶液一同导入磨浆池；(3)将原木浆放入碎浆机中，原木浆与水的重量比例为5-15%，将原木浆打碎放入磨浆池；(4)将处理过的导电碳黑与原木浆按重量比1: (1-2)，加入步骤(2)和步骤(3) 所得原料到磨浆池中，并加入总重量1/3的短切碳纤维；然后，进行第一次浆内施胶，加入 占短切碳纤维总重量0. 2-0. 4%的阳离子淀粉，开动磨浆设备满负荷电流磨浆1-2小时，当叩解度达30-40° SR时，并且观察看不到短切碳纤维后，将磨浆机放开，电流减少一半，倒入所剩短切碳纤维总重量的一半，并加入所加短切碳纤维重量I倍的水，继续磨浆1-2小时后，将磨浆机完全放开，将电流放至最小，将所剩短切碳纤维全部倒入磨浆机，并加入所倒短切碳纤维I倍的水，进行第二次施胶，加入占短切碳纤维总重量0. 1-0. 3%的阳离子淀粉；(5)继续磨浆20-40分钟后，全部放入成浆池，并添加放入成浆池中物质总重量4-6倍的水，开动搅拌器，加入助留剂，助留剂占加水后总重量的1_3%，搅拌均匀后得成浆，以备造纸机抄纸；(6)造纸机带水运行，将造纸机中的毛毡润湿，待造纸机的烘缸达到80_90°C时，将造纸机调到所需的转速1000-3000转/分钟；这时，将成浆打到一个高位箱，并将水打到另一高位箱，打开两个高位箱阀门，同时在混浆箱中按重量比1:1. 5-2的浆与水混合后，放入造纸机的网箱，并开始抄纸烘干、成卷，得到碳纤维纸。本专利技术的有益效果是1、本专利技术提出了可以实现工业化批量生产的工艺及配方，实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，其特征在于，具体步骤如下：（1）碳纤维纸浸胶将改性酚醛树脂与环氧树脂按重量比例1:（1?3）混合后，用丙酮与乙醇重量比1:1的混合液进行稀释，按重量百分比计，改性酚醛树脂与环氧树脂占30?50%；然后加入硼胺络合物类固化剂和酚醛胺环氧树脂固化剂，按重量百分比计，硼胺络合物类固化剂占4?6%，酚醛胺环氧树脂固化剂占0.5?2%，温度保持在20?30℃倒入浸胶池中；根据所要碳化的基板的规格选用碳纤维纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，碳纤维纸浸胶后，进入烘干隧道烘干裁片；（2）压制电极板选用不锈钢板3?5mm为模板，将模板清理干净无尘，先在3?5mm的冷轧钢板上铺80g/m2的牛皮纸8?10张，再在牛皮纸上铺不锈钢板；在不锈钢板上依次铺设聚乙烯离型膜、碳纤维纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板、牛皮纸和冷轧钢板，具体为：在不锈钢板上铺一层耐高温聚乙烯离型膜，在聚乙烯离型膜上铺浸胶后的碳纤维纸，根据所需要的厚度铺碳纤维纸，并在碳纤维纸上铺一层聚乙烯离型膜，在聚乙烯离型膜上铺不锈钢板，在不锈钢板上铺8?10层牛皮纸，在牛皮纸上铺冷轧钢板，形成预压品；然后，将预压品装入热压机中准备压制，压制过程如下：①第一次升压升温，压力3?4MPa/cm2、温度100?120℃、压制时间40?50min；②第二次升压升温，压力7?8MPa/cm2、温度150?160℃、压制时间50?60min；③压制完成后，冷却降温，降至50℃以下时卸压，出模、揭模，将压制好的碳纤维纸电极板整理裁剪后，等待碳化；选择温度达到2800?3200℃的碳化炉，将压制好的电极板放入碳化炉中进行碳化。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：石伟，
申请(专利权)人：沈阳华天鑫碳纤维电热制品有限公司，
类型：发明
国别省市：
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