CN107086311A - 利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法 - Google Patents

利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池多孔扩散层电极板的制作领域，具体为一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法。石墨烯复合纤维导电纸经改性酚醛树脂与环氧树脂的混合液体浸渍并烘干后，经高温高压制成电极板，最后经高温碳化后制成燃料电池所用的多孔扩散层电极板。本发明经过碳化后的多孔扩散层电极板，改进燃料电池电极多孔扩散层材料碳纤维纸的制备工艺和利用碳纤维纸制做燃料电池多孔扩散层电极板的工艺所达不到技术指标的要求。本发明经过碳化后的多孔扩散层电极板，具有均匀的多孔质结构、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。

Description

利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板 的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池多孔扩散层电极板的制作领域，具体为一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法。
背景技术
气体扩散层材料在电极中起来支撑催化剂层、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构造制造工艺和性能的影响也各不相同，例如：碳纤维纸、碳布、非织造布等常用的几种电极材料。
目前，气体扩散层有使用碳纤维纸的，也有使用碳纤维布的，不仅有均匀的多孔纸薄层结构，其导电性好、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材料由碳纤维、木浆、纤维素纤维和聚乙烯短切纤维等可碳化的纤维相混合制成，制成纸浆，然后进行碳化。这种工艺制得的碳纸，为了保持强度在其中加增添了填料，使导电率有所下降，孔隙率由所有所下降，造成电阻率较大，孔隙结构不够合理。例如，中国发明专利申请(公开号CN102936867A)，公开一种燃料电池电极多孔扩散层材料碳纤维纸的制备工艺，很难达到燃料电池使用的多孔扩散层电极板制作的要求，达不到以下特性：
(1)均匀的多孔质结构，优异的透气性。
(2)低电阻率，赋予其较高的电子传导能力。
(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还基本靠国外进口，多数进口于日本。只有少数一些科研院校在试制利用碳纤维纸来制作燃料电池的极板，但也只是初级阶段，现在并未形成批量生产。而且多数采用的是干法、吸引成型法、过筛法制造，影响了我国能源建设和环保要求的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，满足制造燃料电池多孔扩散层电极板的批量工业化生产需求。
本发明的技术方案是：
一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，具体步骤如下：
(1)石墨烯碳素纤维导电纸的浸胶
将改性酚醛树脂与环氧树脂按重量比1:1混合后，采用丙酮与乙醇重量比1:1的稀释液进行稀释，形成浸胶液；按重量百分比计，浸胶液中，改性酚醛树脂占20～30％，环氧树脂占20～30％，余量为稀释液，温度保持在30～40℃倒入浸胶池中待用；
选用石墨烯碳素纤维导电纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，将石墨烯碳素纤维导电纸经导轮引入浸胶液，浸胶后的石墨烯碳素纤维导电纸经挤压辊、导辊进入烘干隧道，进行烘干、裁片；
(2)压制电极板
选用厚度3～5mm的不锈钢板为模板，将模板清理干净无尘，先在厚度为3～5mm的冷轧钢板上铺每平方米80克的牛皮纸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、浸过胶的石墨烯碳素纤维导电纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板、牛皮纸和冷轧钢板，形成预压品，将预压品装入热压机中进行压制；
(3)碳化
选择温度可达2800～3300℃的碳化炉，压制好的电极板用碳化极板压制好装入碳化炉进行碳化。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，步骤(1)中，改性酚醛树脂为聚酰氨改性酚醛树脂或双氢胺改性酚醛树脂，环氧树脂为E51环氧树脂；烘干隧道温度的设置为进口80～90℃、中间120℃～150℃、出口70～80℃，石墨烯碳素纤维导电纸进行速度为0.1～0.3米/秒。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，步骤(2)中，在不绣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石墨烯碳素纤维导电纸，在石墨烯碳素纤维导电纸上铺上一层聚乙烯离型膜、在聚乙烯离型膜上铺设不锈钢板、在不锈钢板上铺上8～10层牛皮纸，在牛皮纸上铺设冷轧钢板形成预压品；热压机采用压力达到10MPa的真空热压机，温度选用0～200℃的真空热压机，模板采用单层、双层或三层以上，压制过程如下：
(1)第一次升温升压
温度控制在100℃～150℃，压力控制在3～6MPa，压制时间为20～60分钟；
(2)第二次升温升压
温度控制在160～170℃，压力控制在7～10MPa，压制时间为30～60分钟；
(3)压制完成后冷却降温，降至50℃以下时，泄压、出膜、揭膜，将压制好的石墨烯碳素纤维导电纸电极板，整理、裁剪后等待碳化。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，步骤(2)中，石墨烯碳素纤维导电纸铺设一层或两层以上，当石墨烯碳素纤维导电纸铺设两层以上时，在第一层石墨烯碳素纤维导电纸铺完以后的不锈钢板上铺设聚乙烯离型膜，则继续依次按石墨烯碳素纤维导电纸、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；每层石墨烯复合纤维导电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。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，步骤(3)中，采用真空感应高温烧结炉在氩气的保护下进行碳化，温度为900～1200℃，时间为10～30分钟；到时间后，将温度提高到1800～2500℃，时间为30～50分钟，碳化烧制成多孔扩散层电极板，达到多孔扩散层电极板的技术指标，孔隙率为75～95％，电阻率0.01～0.05Ω·cm，气体扩散系数扩散率0.15～0.80平方厘米/秒。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，石墨烯碳素纤维导电纸的制备过程包括如下步骤：
(1)石墨烯粉体的表面处理
表面活性处理液采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为(40～60):(40～60):(5～15)；
将石墨烯粉体、表面活性处理液依次投入搅拌反应釜，石墨烯粉体与表面活性处理液的重量比例为1:(1～3)，低速500～1000转/分搅拌3～6分钟，再进行高速2000～3000转/分搅拌30～90分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的石墨烯粉体混合液待用；
(2)短切碳纤维的表面处理
表面活性处理液采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为(40～60):(40～60):(5～15)；
将短切碳纤维、表面活性处理液一并投入搅拌反应釜，短切碳纤维与表面活性处理液的重量比例为1:(1～3)，即1公斤短切碳纤维加入1～3公斤表面活性处理液，低速500～1000转/分搅拌3～6分钟，再进行高速2000～3000转/分搅拌30～90分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的短切碳纤维混合液待用；
(3)将植物纤维原木浆和水依次放入碎浆机中，植物纤维原木浆和水的重量比例为1:(2～4)，进行高速2000～3000转/分搅拌碎浆，搅拌后的植物纤维混合液待用；
(4)取处理过的石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液和植物纤维混合液，植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液三者的重量比例为(2～3):(95～96):(2～3)；
先将石墨烯粉体混合液、植物纤维混合液和三分之一的短切碳纤维混合液在磨浆搅拌池中，再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2～0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，开动磨盘搅拌机进行磨合搅拌；
将磨盘搅拌机的负荷电流调在满负荷的状态下，运转1～2小时；当电流逐渐下降叩解度达到30°～40°SR时，并且观察不到短切纤维后，将所剩短切碳纤维混合液的一半加入磨浆搅拌池中，并加入所剩短切碳纤维混合液重量一倍的水，继续磨合搅拌1～2小时；再将磨盘搅拌机的磨合盘完全放开，将所剩短切碳纤维混合液全部加入；再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2～0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，磨合搅拌20～40分钟后在加入助留剂、分散剂、挺硬剂继续搅拌20～40分钟后，全部放入成浆池；向成浆池中加入占所有物质总量的4～5倍的水，并开动成浆池中的搅拌机，搅拌1～2小时后形成浆料，准备抄纸；
(5)造纸机带水运行，将造纸机中的毛毯润湿，待造纸机的烘缸达到90～95℃时，将造纸机的运行速度调到600～700转/分钟；
将浆料通过浆泵输送到离地面3～5米高的成浆高位箱，并将水通过水泵输送到离地面3～5米高的稀释用水高位箱，打开两个高位箱的阀门，以1:(2～3)的重量比例向低于两个高位箱0.5～1.5米的稀释混浆箱放入浆料和水进行混合稀释，将混合稀释后的纸浆放入网箱开始上网抄纸，经过毛毯传送、烘缸烘干后，由卷纸设备成卷，得到所需要的石墨烯碳素纤维导电纸。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，石墨烯粉体选用氧化石墨烯，石墨烯粉体为3～6层的少层石墨烯，石墨烯粉体的厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，短切碳纤维选用聚丙烯晴碳纤维或酚醛纤维碳化制得的短切碳纤维，其技术指标如下：碳含量94～96wt％，电阻率1.0～1.6Ω·cm，长度4～8mm，纤维直径5～10μm，拉伸模量200～300GPa，拉伸强度2000～4000MPa。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，助留剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的0.5～2％，分散剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1～2％，挺硬剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的0.5～2％。
所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，石墨烯碳素纤维导电纸为80～100克/平方米，其孔隙率为20～40％，导电方阻为3～10欧姆/平方厘米。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明提出可以实现工业化批量生产的工艺及配方，生产燃料电池的多孔扩散层电极板。石墨烯复合纤维导电纸经改性酚醛树脂与环氧树脂的混合液体浸渍并烘干后，经高温高压制成电极板，最后经高温碳化后制成燃料电池所用的多孔扩散层电极板。
2、本发明选用中国发明专利申请(申请号为201710209288.7一种燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法)，将该石墨烯碳素纤维导电纸用于多孔扩散层材料的制造，可以起到支承催化剂层和稳定电极结构的作用，还具备为电极反应提供气体通道电子通道和排水通道等功能，具有多孔的结构优异的透气性、电阻率和高导电率，具有一定的机械强度、化学稳定性和热稳定性。优于现有燃料电池电极多孔扩散层材料碳纤维纸的制备，本发明利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板，产品性能得到了改善，达到了技术要求。
3、本发明经过碳化后的多孔扩散层电极板，改进燃料电池电极多孔扩散层材料碳纤维纸的制备工艺和利用碳纤维纸制做燃料电池多孔扩散层电极板的工艺所达不到技术指标的要求。本发明经过碳化后的多孔扩散层电极板，具有均匀的多孔质结构、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技术指标要求，如：孔隙率大于或等于75％、电阻率小于或等于0.05Ω·cm、气体扩散系数大于或等于0.15平方厘米/秒等。
具体实施方式
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，具体步骤如下：
(1)石墨烯碳素纤维导电纸的浸胶
将改性酚醛树脂(如：聚酰氨改性酚醛树脂、双氢胺改性酚醛树脂等)与环氧树脂(如：E51环氧树脂等)按重量比1:1混合后，采用丙酮与乙醇重量比1:1的稀释液进行稀释，形成浸胶液。按重量百分比计，浸胶液中，改性酚醛树脂占25％，环氧树脂占25％，余量为稀释液，温度保持在35℃倒入浸胶池中待用。
根据所要碳化的电极板规格，选用石墨烯碳素纤维导电纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，将石墨烯碳素纤维导电纸经导轮引入浸胶液，浸胶后的石墨烯碳素纤维导电纸经挤压辊、导辊进入烘干隧道，进行烘干、裁片。烘干隧道温度的设置为进口85℃、中间135℃、出口75℃，石墨烯碳素纤维导电纸进行速度为0.2米/秒。
(2)、压制电极板
选用厚度4mm的不锈钢板为模板，将模板清理干净无尘，先在厚度为4mm的冷轧钢板上铺每平方米80克的牛皮纸9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、浸过胶的石墨烯碳素纤维导电纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板(模板)、牛皮纸和冷轧钢板。具体为：在不绣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石墨烯碳素纤维导电纸。根据所需要的厚度铺设石墨烯碳素复合纤维导电纸，在石墨烯碳素纤维导电纸上铺上一层聚乙烯离型膜、在聚乙烯离型膜上铺设不锈钢板、在不锈钢板上铺上9层牛皮纸，在牛皮纸上铺设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。热压机采用压力达到10MPa的真空热压机，温度选用0～200℃的真空热压机，模板采用单层、双层或三层以上，压制过程如下：
(1)第一次升温升压
温度控制在120℃，压力控制在5MPa，压制时间为45分钟。
(2)第二次升温升压
温度控制在165℃，压力控制在8MPa，压制时间为50分钟。
(3)压制完成后冷却降温，降至50℃以下时，泄压、出膜、揭膜，将压制好的石墨烯碳素纤维导电纸电极板，整理、裁剪后等待碳化。
石墨烯碳素纤维导电纸铺设一层或两层以上，当石墨烯碳素纤维导电纸铺设两层以上时，在第一层石墨烯碳素纤维导电纸铺完以后的不锈钢板上铺设聚乙烯离型膜，则继续依次按石墨烯碳素纤维导电纸、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。根据所需要的厚度，每层石墨烯复合纤维导电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。
(3)碳化
选择温度可达3000℃的碳化炉，压制好的电极板用碳化极板压制好装入碳化炉进行碳化。
采用真空感应高温烧结炉在氩气的保护下进行碳化，温度为1000℃，时间为10～30分钟。到时间后，将温度提高到2000℃，时间为40分钟，碳化烧制成多孔扩散层电极板，可达到多孔扩散层电极板的技术指标，如：孔隙率为75～95％，电阻率0.01～0.05Ω·cm，气体扩散系数扩散率0.15～0.80平方厘米/秒。
本实施例中，燃料电池电极多孔扩散层材料石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法如下：
一、石墨烯粉体的表面处理及石墨烯的选料
1、石墨烯粉体的选料
选用石墨烯粉体进行表面活性处理，我国生产石墨烯得厂家众多，比如：江苏、青岛、四川、东北、安徽等地均有石墨烯生产厂家。最好选用氧化石墨烯，因为氧化石墨烯具有含氧官能团，易于溶于水或其他溶剂中，并且易于分散处理，可以与植物纤维、短切碳纤维进行更好的复合。
其中，石墨烯粉体为3～6层的少层石墨烯材料，石墨烯粉体的厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm。
2、石墨烯的表面处理
由于石墨烯表面积大而且容易团絮不易溶解分散，容易产生沉淀并且在氧化过程中和还原过程中表面易留有杂质，所以要进行表面活性处理使其更纯净，更好的进行分散，并提高其材料的附着力与复合力。
3、表面活性处理液的配制
采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为50:50:10。
将石墨烯粉体、表面活性处理液依次投入搅拌反应釜，石墨烯粉体与表面活性处理液的重量比例为1:2，即1公斤石墨烯粉体加入2公斤表面活性处理液，低速800转/分搅拌5分钟，再进行高速2800转/分搅拌60分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的石墨烯粉体混合液待用。石墨烯粉体的表面处理可增强其扩散性，降低团絮更好地与其他原材料进行结合。
二、短切碳纤维的表面处理及碳纤维的选料
1、短切碳纤维的选料
选用聚丙烯晴碳纤维或酚醛纤维碳化制得的短切碳纤维，短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，具有高导电率、高模量、高强度，其技术指标如下：碳含量94～96wt％，电阻率1.0～1.6Ω·cm，长度4～8mm，纤维直径5～10μm，拉伸模量200～300GPa，拉伸强度2000～4000MPa。
2、表面活性处理液的配制
采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为50:50:10。
将短切碳纤维、表面活性处理液一并投入搅拌反应釜，短切碳纤维与表面活性处理液的重量比例为1:2，即1公斤短切碳纤维加入2公斤表面活性处理液，低速800转/分搅拌5分钟，再进行高速2800转/分搅拌60分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的短切碳纤维混合液待用。
三、植物纤维的处理
1、植物纤维的选料选用原木浆既环保，又有利于加工。
2、将植物纤维原木浆和水依次放入碎浆机中，植物纤维原木浆和水的重量比例为1:3，进行高速2800转/分搅拌碎浆，搅拌后的植物纤维混合液待用。
四、取处理过的石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液和植物纤维混合液，植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液三者的重量比例为2:96:2。
先将石墨烯粉体混合液、植物纤维混合液和三分之一的短切碳纤维混合液在磨浆搅拌池中，再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.25％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，开动磨盘搅拌机进行磨合搅拌。
将磨盘搅拌机的负荷电流调在满负荷的状态下，运转1.5小时。当电流逐渐下降叩解度达到30°至40°SR时，并且观察不到短切纤维后，将磨盘搅拌机电流调至最小，再将所剩短切碳纤维混合液的一半加入磨浆搅拌池中，并加入所剩短切碳纤维混合液重量一倍的水，继续磨合搅拌1.5小时。再将磨盘搅拌机的磨合盘完全放开，将所剩短切碳纤维混合液全部加入。再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.25％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，磨合搅拌30分钟后在加入助留剂、分散剂、挺硬剂继续搅拌30分钟后，全部放入成浆池。向成浆池中加入占所有物质总量的4.5倍的水，并开动成浆池中的搅拌机，搅拌1.5小时后形成浆料，准备抄纸。
其中，助留剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1％，分散剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1.5％，挺硬剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1％。
助留剂选用聚酰胺或聚氨酯，如：南海骏能造纸材料厂生产的助留剂、法国爱森造纸助留剂、德固赛造纸助留剂或美国亚斯兰造纸助留剂等；分散剂选用聚乙烯醇或聚丙烯酸胺，具有一定的螫和能力，如：山东潍坊瑞光化工有限公司生产的wsp-5分散剂等；挺硬剂选用常规的造纸挺硬剂，如：泰安市鑫泉精细化工制造有限公司的造纸挺硬剂等。
五、造纸机带水运行，将造纸机中的毛毯润湿，待造纸机的烘缸达到90～95℃时，将造纸机的运行速度调到600～700转/分钟。
将浆料通过浆泵输送到离地面3～5米高的成浆高位箱，并将水通过水泵输送到离地面3～5米高的稀释用水高位箱，打开两个高位箱的阀门，以1:2.5的重量比例向低于两个高位箱1米的稀释混浆箱放入浆料和水进行混合稀释，混合稀释后的纸浆通过连接混浆箱和造纸机网箱管道的阀门，将混合稀释后的纸浆放入网箱，并调整流速开始上网抄纸，经过毛毯传送、烘缸烘干后，由卷纸设备成卷，得到所需要的石墨烯碳素纤维导电纸。
本实施例可得到80～100克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸，其孔隙率为30～35％，导电方阻为3～5欧姆/平方厘米。当抄制80克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸时，导电方阻为5欧姆/平方厘米；当抄制100克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸，方阻为3欧姆/平方厘米。
实施例2
本实施例中，利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，具体步骤如下：
(1)石墨烯碳素纤维导电纸的浸胶
将改性酚醛树脂(如：聚酰氨改性酚醛树脂、双氢胺改性酚醛树脂等)与环氧树脂(如：E51环氧树脂等)按重量比1:1混合后，采用丙酮与乙醇重量比1:1的稀释液进行稀释，形成浸胶液。按重量百分比计，浸胶液中，改性酚醛树脂占20％，环氧树脂占20％，余量为稀释液，温度保持在30℃倒入浸胶池中待用。
根据所要碳化的电极板规格，选用石墨烯碳素纤维导电纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，将石墨烯碳素纤维导电纸经导轮引入浸胶液，浸胶后的石墨烯碳素纤维导电纸经挤压辊、导辊进入烘干隧道，进行烘干、裁片。烘干隧道温度的设置为进口80℃、中间120℃℃、出口70℃，石墨烯碳素纤维导电纸进行速度为0.1米/秒。
(2)、压制电极板
选用厚度3mm的不锈钢板为模板，将模板清理干净无尘，先在厚度为3mm的冷轧钢板上铺每平方米80克的牛皮纸8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、浸过胶的石墨烯碳素纤维导电纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板(模板)、牛皮纸和冷轧钢板。具体为：在不绣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石墨烯碳素纤维导电纸。根据所需要的厚度铺设石墨烯碳素复合纤维导电纸，在石墨烯碳素纤维导电纸上铺上一层聚乙烯离型膜、在聚乙烯离型膜上铺设不锈钢板、在不锈钢板上铺上8层牛皮纸，在牛皮纸上铺设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。热压机采用压力达到10MPa的真空热压机，温度选用0～200℃的真空热压机，模板采用单层、双层或三层以上，压制过程如下：
(1)第一次升温升压
温度控制在100℃，压力控制在3MPa，压制时间为60分钟。
(2)第二次升温升压
温度控制在160℃，压力控制在7MPa，压制时间为60分钟。
(3)压制完成后冷却降温，降至50℃以下时，泄压、出膜、揭膜，将压制好的石墨烯碳素纤维导电纸电极板，整理、裁剪后等待碳化。
石墨烯碳素纤维导电纸铺设一层或两层以上，当石墨烯碳素纤维导电纸铺设两层以上时，在第一层石墨烯碳素纤维导电纸铺完以后的不锈钢板上铺设聚乙烯离型膜，则继续依次按石墨烯碳素纤维导电纸、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。根据所需要的厚度，每层石墨烯复合纤维导电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。
(3)碳化
选择温度可达3300℃的碳化炉，压制好的电极板用碳化极板压制好装入碳化炉进行碳化。
采用真空感应高温烧结炉在氩气的保护下进行碳化，温度为1200℃，时间为10分钟。到时间后，将温度提高到2500℃，时间为30分钟，碳化烧制成多孔扩散层电极板，可达到多孔扩散层电极板的技术指标，如：孔隙率为75～95％，电阻率0.01～0.05Ω·cm，气体扩散系数扩散率0.15～0.80平方厘米/秒。
本实施例中，燃料电池电极多孔扩散层材料石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法如下：
一、石墨烯粉体的表面处理及石墨烯的选料
1、石墨烯粉体的选料
选用石墨烯粉体进行表面活性处理，我国生产石墨烯得厂家众多，比如：江苏、青岛、四川、东北、安徽等地均有石墨烯生产厂家。最好选用氧化石墨烯，因为氧化石墨烯具有含氧官能团，易于溶于水或其他溶剂中，并且易于分散处理，可以与植物纤维、短切碳纤维进行更好的复合。
其中，石墨烯粉体为3～6层的少层石墨烯，石墨烯粉体的厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm。
2、石墨烯的表面处理
由于石墨烯表面积大而且容易团絮不易溶解分散，容易产生沉淀并且在氧化过程中和还原过程中表面易留有杂质，所以要进行表面活性处理使其更纯净，更好的进行分散，并提高其材料的附着力与复合力。
3、表面活性处理液的配制
采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为45:55:12。
将石墨烯粉体、表面活性处理液依次投入搅拌反应釜，石墨烯粉体与表面活性处理液的重量比例为1:1.5，即1公斤石墨烯粉体加入1.5公斤表面活性处理液，低速600转/分搅拌6分钟，再进行高速2400转/分搅拌80分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的石墨烯粉体混合液待用。石墨烯粉体的表面处理可增强其扩散性，降低团絮更好地与其他原材料进行结合。
二、短切碳纤维的表面处理及碳纤维的选料
1、短切碳纤维的选料
选用聚丙烯晴碳纤维或酚醛纤维碳化制得的短切碳纤维，短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，具有高导电率、高模量、高强度，其技术指标如下：碳含量94～96wt％，电阻率1.0～1.6Ω·cm，长度4～8mm，纤维直径5～10μm，拉伸模量200～300GPa，拉伸强度2000～4000MPa。
2、表面活性处理液的配制
采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为45:55:12。
将短切碳纤维、表面活性处理液一并投入搅拌反应釜，短切碳纤维与表面活性处理液的重量比例为1:1.5，即1公斤短切碳纤维加入1.5公斤表面活性处理液，低速600转/分搅拌6分钟，再进行高速2400转/分搅拌80分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的短切碳纤维混合液待用。
三、植物纤维的处理
1、植物纤维的选料选用原木浆既环保，又有利于加工。
2、将植物纤维原木浆和水依次放入碎浆机中，植物纤维原木浆和水的重量比例为1:2.5，进行高速2400转/分搅拌碎浆，搅拌后的植物纤维混合液待用。
四、取处理过的石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液和植物纤维混合液，植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液三者的重量比例为3:95:2。
先将石墨烯粉体混合液、植物纤维混合液和三分之一的短切碳纤维混合液在磨浆搅拌池中，再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，开动磨盘搅拌机进行磨合搅拌。
将磨盘搅拌机的负荷电流调在满负荷的状态下，运转1小时。当电流逐渐下降叩解度达到30°至40°SR时，并且观察不到短切纤维后，将磨盘搅拌机电流调至最小，再将所剩短切碳纤维混合液的一半加入磨浆搅拌池中，并加入所剩短切碳纤维混合液重量一倍的水，继续磨合搅拌1小时。再将磨盘搅拌机的磨合盘完全放开，将所剩短切碳纤维混合液全部加入。再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，磨合搅拌25分钟后在加入助留剂、分散剂、挺硬剂继续搅拌25分钟后，全部放入成浆池。向成浆池中加入占所有物质总量的4倍的水，并开动成浆池中的搅拌机，搅拌1小时后形成浆料，准备抄纸。
其中，助留剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的0.8％，分散剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1.2％，挺硬剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的0.8％。
助留剂选用聚酰胺或聚氨酯，如：南海骏能造纸材料厂生产的助留剂、法国爱森造纸助留剂、德固赛造纸助留剂或美国亚斯兰造纸助留剂等；分散剂选用聚乙烯醇或聚丙烯酸胺，具有一定的螫和能力，如：山东潍坊瑞光化工有限公司生产的wsp-5分散剂等；挺硬剂选用常规的造纸挺硬剂，如：泰安市鑫泉精细化工制造有限公司的造纸挺硬剂等。
五、造纸机带水运行，将造纸机中的毛毯润湿，待造纸机的烘缸达到90～95℃时，将造纸机的运行速度调到600～700转/分钟。
将浆料通过浆泵输送到离地面3～5米高的成浆高位箱，并将水通过水泵输送到离地面3～5米高的稀释用水高位箱，打开两个高位箱的阀门，以1:2的重量比例向低于两个高位箱0.8米的稀释混浆箱放入浆料和水进行混合稀释，混合稀释后的纸浆通过连接混浆箱和造纸机网箱管道的阀门，将混合稀释后的纸浆放入网箱，并调整流速开始上网抄纸，经过毛毯传送、烘缸烘干后，由卷纸设备成卷，得到所需要的石墨烯碳素纤维导电纸。
本实施例可得到80～100克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸，其孔隙率为20～30％，导电方阻为3～8欧姆/平方厘米。当抄制80克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸时，导电方阻为8欧姆/平方厘米；当抄制100克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸，方阻为3欧姆/平方厘米。
实施例3
本实施例中，利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，具体步骤如下：
(1)石墨烯碳素纤维导电纸的浸胶
将改性酚醛树脂(如：聚酰氨改性酚醛树脂、双氢胺改性酚醛树脂等)与环氧树脂(如：E51环氧树脂等)按重量比1:1混合后，采用丙酮与乙醇重量比1:1的稀释液进行稀释，形成浸胶液。按重量百分比计，浸胶液中，改性酚醛树脂占30％，环氧树脂占30％，余量为稀释液，温度保持在40℃倒入浸胶池中待用。
根据所要碳化的电极板规格，选用石墨烯碳素纤维导电纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，将石墨烯碳素纤维导电纸经导轮引入浸胶液，浸胶后的石墨烯碳素纤维导电纸经挤压辊、导辊进入烘干隧道，进行烘干、裁片。烘干隧道温度的设置为进口90℃、中间150℃、出口80℃，石墨烯碳素纤维导电纸进行速度为0.3米/秒。
(2)、压制电极板
选用厚度5mm的不锈钢板为模板，将模板清理干净无尘，先在厚度为5mm的冷轧钢板上铺每平方米80克的牛皮纸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、浸过胶的石墨烯碳素纤维导电纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板(模板)、牛皮纸和冷轧钢板。具体为：在不绣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石墨烯碳素纤维导电纸。根据所需要的厚度铺设石墨烯碳素复合纤维导电纸，在石墨烯碳素纤维导电纸上铺上一层聚乙烯离型膜、在聚乙烯离型膜上铺设不锈钢板、在不锈钢板上铺上10层牛皮纸，在牛皮纸上铺设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。热压机采用压力达到10MPa的真空热压机，温度选用0～200℃的真空热压机，模板采用单层、双层或三层以上，压制过程如下：
(1)第一次升温升压
温度控制在150℃，压力控制在6MPa，压制时间为20分钟。
(2)第二次升温升压
温度控制在170℃，压力控制在10MPa，压制时间为30分钟。
(3)压制完成后冷却降温，降至50℃以下时，泄压、出膜、揭膜，将压制好的石墨烯碳素纤维导电纸电极板，整理、裁剪后等待碳化。
石墨烯碳素纤维导电纸铺设一层或两层以上，当石墨烯碳素纤维导电纸铺设两层以上时，在第一层石墨烯碳素纤维导电纸铺完以后的不锈钢板上铺设聚乙烯离型膜，则继续依次按石墨烯碳素纤维导电纸、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。根据所需要的厚度，每层石墨烯复合纤维导电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。
(3)碳化
选择温度可达2800℃的碳化炉，压制好的电极板用碳化极板压制好装入碳化炉进行碳化。
采用真空感应高温烧结炉在氩气的保护下进行碳化，温度为900℃，时间为30分钟。到时间后，将温度提高到1800℃，时间为50分钟，碳化烧制成多孔扩散层电极板，可达到多孔扩散层电极板的技术指标，如：孔隙率为75～95％，电阻率0.01～0.05Ω·cm，气体扩散系数扩散率0.15～0.80平方厘米/秒。
本实施例中，燃料电池电极多孔扩散层材料石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法如下：
一、石墨烯粉体的表面处理及石墨烯的选料
1、石墨烯粉体的选料
选用石墨烯粉体进行表面活性处理，我国生产石墨烯得厂家众多，比如：江苏、青岛、四川、东北、安徽等地均有石墨烯生产厂家。最好选用氧化石墨烯，因为氧化石墨烯具有含氧官能团，易于溶于水或其他溶剂中，并且易于分散处理，可以与植物纤维、短切碳纤维进行更好的复合。
其中，石墨烯粉体为3～6层的少层石墨烯，石墨烯粉体的厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm。
2、石墨烯的表面处理
由于石墨烯表面积大而且容易团絮不易溶解分散，容易产生沉淀并且在氧化过程中和还原过程中表面易留有杂质，所以要进行表面活性处理使其更纯净，更好的进行分散，并提高其材料的附着力与复合力。
3、表面活性处理液的配制
采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为55:45:8。
将石墨烯粉体、表面活性处理液依次投入搅拌反应釜，石墨烯粉体与表面活性处理液的重量比例为1:2.5，即1公斤石墨烯粉体加入2.5公斤表面活性处理液，低速700转/分搅拌3分钟，再进行高速2600转/分搅拌70分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的石墨烯粉体混合液待用。石墨烯粉体的表面处理可增强其扩散性，降低团絮更好地与其他原材料进行结合。
二、短切碳纤维的表面处理及碳纤维的选料
1、短切碳纤维的选料
选用聚丙烯晴碳纤维或酚醛纤维碳化制得的短切碳纤维，短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，具有高导电率、高模量、高强度，其技术指标如下：碳含量94～96wt％，电阻率1.0～1.6Ω·cm，长度4～8mm，纤维直径5～10μm，拉伸模量200～300GPa，拉伸强度2000～4000MPa。
2、表面活性处理液的配制
采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为55:45:8。
将短切碳纤维、表面活性处理液一并投入搅拌反应釜，短切碳纤维与表面活性处理液的重量比例为1:2.5，即1公斤短切碳纤维加入2.5公斤表面活性处理液，低速700转/分搅拌3分钟，再进行高速2600转/分搅拌70分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的短切碳纤维混合液待用。
三、植物纤维的处理
1、植物纤维的选料选用原木浆既环保，又有利于加工。
2、将植物纤维原木浆和水依次放入碎浆机中，植物纤维原木浆和水的重量比例为1:3.5，进行高速2600转/分搅拌碎浆，搅拌后的植物纤维混合液待用。
四、取处理过的石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液和植物纤维混合液，植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液三者的重量比例为2:95:3。
先将石墨烯粉体混合液、植物纤维混合液和三分之一的短切碳纤维混合液在磨浆搅拌池中，再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，开动磨盘搅拌机进行磨合搅拌。
将磨盘搅拌机的负荷电流调在满负荷的状态下，运转2小时。当电流逐渐下降叩解度达到30°至40°SR时，并且观察不到短切纤维后，将磨盘搅拌机电流调至最小，再将所剩短切碳纤维混合液的一半加入磨浆搅拌池中，并加入所剩短切碳纤维混合液重量一倍的水，继续磨合搅拌2小时。再将磨盘搅拌机的磨合盘完全放开，将所剩短切碳纤维混合液全部加入。再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，磨合搅拌35分钟后在加入助留剂、分散剂、挺硬剂继续搅拌35分钟后，全部放入成浆池。向成浆池中加入占所有物质总量的5倍的水，并开动成浆池中的搅拌机，搅拌2小时后形成浆料，准备抄纸。
其中，助留剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1.5％，分散剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的2％，挺硬剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1.5％。
助留剂选用聚酰胺或聚氨酯，如：南海骏能造纸材料厂生产的助留剂、法国爱森造纸助留剂、德固赛造纸助留剂或美国亚斯兰造纸助留剂等；分散剂选用聚乙烯醇或聚丙烯酸胺，具有一定的螫和能力，如：山东潍坊瑞光化工有限公司生产的wsp-5分散剂等；挺硬剂选用常规的造纸挺硬剂，如：泰安市鑫泉精细化工制造有限公司的造纸挺硬剂等。
五、造纸机带水运行，将造纸机中的毛毯润湿，待造纸机的烘缸达到90～95℃时，将造纸机的运行速度调到600～700转/分钟。
将浆料通过浆泵输送到离地面3～5米高的成浆高位箱，并将水通过水泵输送到离地面3～5米高的稀释用水高位箱，打开两个高位箱的阀门，以1:3的重量比例向低于两个高位箱1.2米的稀释混浆箱放入浆料和水进行混合稀释，混合稀释后的纸浆通过连接混浆箱和造纸机网箱管道的阀门，将混合稀释后的纸浆放入网箱，并调整流速开始上网抄纸，经过毛毯传送、烘缸烘干后，由卷纸设备成卷，得到所需要的石墨烯碳素纤维导电纸。
本实施例可得到80～100克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸，其孔隙率为20～30％，导电方阻为5～10欧姆/平方厘米。当抄制80克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸时，导电方阻为10欧姆/平方厘米；当抄制100克/平方米的石墨烯碳素纤维导电纸，方阻为5欧姆/平方厘米。

Claims (10)

1.一种利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)石墨烯碳素纤维导电纸的浸胶
将改性酚醛树脂与环氧树脂按重量比1:1混合后，采用丙酮与乙醇重量比1:1的稀释液进行稀释，形成浸胶液；按重量百分比计，浸胶液中，改性酚醛树脂占20～30％，环氧树脂占20～30％，余量为稀释液，温度保持在30～40℃倒入浸胶池中待用；
选用石墨烯碳素纤维导电纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，将石墨烯碳素纤维导电纸经导轮引入浸胶液，浸胶后的石墨烯碳素纤维导电纸经挤压辊、导辊进入烘干隧道，进行烘干、裁片；
(2)压制电极板
选用厚度3～5mm的不锈钢板为模板，将模板清理干净无尘，先在厚度为3～5mm的冷轧钢板上铺每平方米80克的牛皮纸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、浸过胶的石墨烯碳素纤维导电纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板、牛皮纸和冷轧钢板，形成预压品，将预压品装入热压机中进行压制；
(3)碳化
选择温度可达2800～3300℃的碳化炉，压制好的电极板用碳化极板压制好装入碳化炉进行碳化。
2.按照权利要求1所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，步骤(1)中，改性酚醛树脂为聚酰氨改性酚醛树脂或双氢胺改性酚醛树脂，环氧树脂为E51环氧树脂；烘干隧道温度的设置为进口80～90℃、中间120℃～150℃、出口70～80℃，石墨烯碳素纤维导电纸进行速度为0.1～0.3米/秒。
3.按照权利要求1所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，步骤(2)中，在不绣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石墨烯碳素纤维导电纸，在石墨烯碳素纤维导电纸上铺上一层聚乙烯离型膜、在聚乙烯离型膜上铺设不锈钢板、在不锈钢板上铺上8～10层牛皮纸，在牛皮纸上铺设冷轧钢板形成预压品；热压机采用压力达到10MPa的真空热压机，温度选用0～200℃的真空热压机，模板采用单层、双层或三层以上，压制过程如下：
(1)第一次升温升压
温度控制在100℃～150℃，压力控制在3～6MPa，压制时间为20～60分钟；
(2)第二次升温升压
温度控制在160～170℃，压力控制在7～10MPa，压制时间为30～60分钟；
(3)压制完成后冷却降温，降至50℃以下时，泄压、出膜、揭膜，将压制好的石墨烯碳素纤维导电纸电极板，整理、裁剪后等待碳化。
4.按照权利要求1所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，步骤(2)中，石墨烯碳素纤维导电纸铺设一层或两层以上，当石墨烯碳素纤维导电纸铺设两层以上时，在第一层石墨烯碳素纤维导电纸铺完以后的不锈钢板上铺设聚乙烯离型膜，则继续依次按石墨烯碳素纤维导电纸、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；每层石墨烯复合纤维导电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。
5.按照权利要求1所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用真空感应高温烧结炉在氩气的保护下进行碳化，温度为900～1200℃，时间为10～30分钟；到时间后，将温度提高到1800～2500℃，时间为30～50分钟，碳化烧制成多孔扩散层电极板，达到多孔扩散层电极板的技术指标，孔隙率为75～95％，电阻率0.01～0.05Ω·cm，气体扩散系数扩散率0.15～0.80平方厘米/秒。
6.按照权利要求1所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，石墨烯碳素纤维导电纸的制备过程包括如下步骤：
(1)石墨烯粉体的表面处理
表面活性处理液采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为(40～60):(40～60):(5～15)；
将石墨烯粉体、表面活性处理液依次投入搅拌反应釜，石墨烯粉体与表面活性处理液的重量比例为1:(1～3)，低速500～1000转/分搅拌3～6分钟，再进行高速2000～3000转/分搅拌30～90分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的石墨烯粉体混合液待用；
(2)短切碳纤维的表面处理
表面活性处理液采用浓度为95wt％以上的乙醇、纯净水、硅烷偶联剂进行调制，配置的重量比例为(40～60):(40～60):(5～15)；
将短切碳纤维、表面活性处理液一并投入搅拌反应釜，短切碳纤维与表面活性处理液的重量比例为1:(1～3)，即1公斤短切碳纤维加入1～3公斤表面活性处理液，低速500～1000转/分搅拌3～6分钟，再进行高速2000～3000转/分搅拌30～90分钟，搅拌时反应釜保持温度在50±5℃，搅拌后的短切碳纤维混合液待用；
(3)将植物纤维原木浆和水依次放入碎浆机中，植物纤维原木浆和水的重量比例为1:(2～4)，进行高速2000～3000转/分搅拌碎浆，搅拌后的植物纤维混合液待用；
(4)取处理过的石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液和植物纤维混合液，植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液、短切碳纤维混合液三者的重量比例为(2～3):(95～96):(2～3)；
先将石墨烯粉体混合液、植物纤维混合液和三分之一的短切碳纤维混合液在磨浆搅拌池中，再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2～0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，开动磨盘搅拌机进行磨合搅拌；
将磨盘搅拌机的负荷电流调在满负荷的状态下，运转1～2小时；当电流逐渐下降叩解度达到30°～40°SR时，并且观察不到短切纤维后，将所剩短切碳纤维混合液的一半加入磨浆搅拌池中，并加入所剩短切碳纤维混合液重量一倍的水，继续磨合搅拌1～2小时；再将磨盘搅拌机的磨合盘完全放开，将所剩短切碳纤维混合液全部加入；再向磨浆搅拌池中放入占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量0.2～0.3％的浆内施胶，浆内施胶为水性液体酚醛树脂，磨合搅拌20～40分钟后在加入助留剂、分散剂、挺硬剂继续搅拌20～40分钟后，全部放入成浆池；向成浆池中加入占所有物质总量的4～5倍的水，并开动成浆池中的搅拌机，搅拌1～2小时后形成浆料，准备抄纸；
(5)造纸机带水运行，将造纸机中的毛毯润湿，待造纸机的烘缸达到90～95℃时，将造纸机的运行速度调到600～700转/分钟；
将浆料通过浆泵输送到离地面3～5米高的成浆高位箱，并将水通过水泵输送到离地面3～5米高的稀释用水高位箱，打开两个高位箱的阀门，以1:(2～3)的重量比例向低于两个高位箱0.5～1.5米的稀释混浆箱放入浆料和水进行混合稀释，将混合稀释后的纸浆放入网箱开始上网抄纸，经过毛毯传送、烘缸烘干后，由卷纸设备成卷，得到所需要的石墨烯碳素纤维导电纸。
7.按照权利要求6所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，石墨烯粉体选用氧化石墨烯，石墨烯粉体为3～6层的少层石墨烯，石墨烯粉体的厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm。
8.按照权利要求6所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，短切碳纤维选用聚丙烯晴碳纤维或酚醛纤维碳化制得的短切碳纤维，其技术指标如下：碳含量94～96wt％，电阻率1.0～1.6Ω·cm，长度4～8mm，纤维直径5～10μm，拉伸模量200～300GPa，拉伸强度2000～4000MPa。
9.按照权利要求6所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，助留剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的0.5～2％，分散剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的1～2％，挺硬剂占植物纤维混合液、石墨烯粉体混合液和短切碳纤维混合液总重量的0.5～2％。
10.按照权利要求6所述的利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法，其特征在于，石墨烯碳素纤维导电纸为80～100克/平方米，其孔隙率为20～40％，导电方阻为3～10欧姆/平方厘米。
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