CN111682227B - 一种燃料电池用扩散层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池用扩散层的制备方法,包括如下步骤:取玉米成熟之后的玉米秸秆,去除玉米秸秆的外皮,取玉米秸秆中心柔软部位的秸秆物质,然后将秸秆物质进行干燥;将秸秆物质截成长条状,然后置于极性溶剂中形成极性溶液,进行充分搅拌混合;向极性溶液当中加入陶瓷颗粒、氧化碳材料后进行充分搅拌;然后依次进行打浆抄纸、浸渍树脂、碳化,最终得到扩散层。本申请采用玉米秸秆中心的物质作为纤维状物质取用,然后在极性溶液的作用之下与陶瓷颗粒和氧化碳材料进行混合,陶瓷颗粒有一定的疏水能力,也有拓展孔道的能力,保证这位扩散层的疏通能力,而采用氧化碳材料则是为了增加其与秸秆物质的结合性,形成碳骨架。
Description
技术领域
本申请涉及一种燃料电池用扩散层的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种电化学发电装置,它通过电化学反应将化学能直接转化为电能,而非通过热能作为中转介质,因此,燃料电池的能量转化效率非常之高。可以完成燃料电池过程的装置较多,根据电解质的不同,可以分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。
对于质子交换膜燃料电池,在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成,阳极为氢燃料发生氧化的场所,阴极为氧化剂还原的场所,两极都含有加速电极电化学反应的催化剂,质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源,其阳极即电源负极,阴极为电源正极。为了加速反应,一般设置在电极和催化剂之间设置扩散层以促进气体的扩散,但是此种设置使得催化剂和扩散层之间反而产生诸多的不利影响,大大的降低了扩散层和催化剂的可用时间。
发明内容
为了解决上述问题,本申请提出了一种燃料电池用扩散层的制备方法,包括如下步骤:取玉米成熟之后的玉米秸秆,去除玉米秸秆的外皮,取玉米秸秆中心柔软部位的秸秆物质,然后将秸秆物质进行干燥;将秸秆物质截成长条状,然后置于极性溶剂中形成极性溶液,进行充分搅拌混合;向极性溶液当中加入陶瓷颗粒、氧化碳材料后进行充分搅拌;然后依次进行打浆抄纸、浸渍树脂、碳化,最终得到扩散层。本申请采用玉米秸秆中心的物质作为纤维状物质取用,然后在极性溶液的作用之下与陶瓷颗粒和氧化碳材料进行混合,陶瓷颗粒有一定的疏水能力,也有拓展孔道的能力,保证这位扩散层的疏通能力,而采用氧化碳材料则是为了增加其与秸秆物质的结合性,形成碳骨架。
优选的,所述极性溶剂为丙酮。
优选的,所述陶瓷颗粒和氧化碳材料的目数不低于300目。
优选的,所述秸秆物质中的水含量为10-15wt%。本申请为了保证秸秆物质中有自由水,以加强其与溶剂之间的结合性,也便于后期的混合作业。
优选的,还包括聚乙二醇。本申请在组合物中添加聚乙二醇,可以提高各类物质之间的结合程度,促进玉米秸秆、氧化碳材料之间碳骨架的形成,减少后期形成的碳纸的瑕疵,从而保证合成得到的碳纸的质量。
优选的,秸秆物质的质量份数为:30-40份;陶瓷颗粒的质量份数为:1-3份;氧化碳材料的质量份数为:2-5份;聚乙二醇的质量份数为:10-20份;丙酮的质量份数为:150-200份。
优选的,所述浸渍树脂时采用聚四氟乙烯树脂。
优选的,所述秸秆物质的长度为200-1000μm。
优选的,所述陶瓷颗粒为SiC颗粒;所述氧化碳材料为氧化碳黑。
优选的,所述碳化过程分为两阶段,第一阶段的温度为300-400℃,碳化时间为60-90min,第二阶段的温度为800-900℃,碳化时间为30-45min。本申请采用两阶段碳化的方式,避免快速碳化过程中,碳骨架的崩塌,两阶段谈话可以得到形态更加良好的碳骨架。
本申请能够带来如下有益效果:
1、本申请采用玉米秸秆中心的物质作为纤维状物质取用,然后在极性溶液的作用之下与陶瓷颗粒和氧化碳材料进行混合,陶瓷颗粒有一定的疏水能力,也有拓展孔道的能力,保证这位扩散层的疏通能力,而采用氧化碳材料则是为了增加其与秸秆物质的结合性,形成碳骨架;
2、本申请在组合物中添加聚乙二醇,可以提高各类物质之间的结合程度,促进玉米秸秆、氧化碳材料之间碳骨架的形成,减少后期形成的碳纸的瑕疵,从而保证合成得到的碳纸的质量;
3、本申请采用两阶段碳化的方式,避免快速碳化过程中,碳骨架的崩塌,两阶段谈话可以得到形态更加良好的碳骨架。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本申请进行详细阐述。
首先,按照如下步骤生产扩散层:
S1.准备秸秆物质:取玉米成熟之后的玉米秸秆,去除玉米秸秆的外皮,取玉米秸秆中心柔软部位的秸秆物质,然后将秸秆物质进行干燥,秸秆物质中的水含量控制在10-15wt%;
S2.形成悬浊液形成:将秸秆物质截成长条状,秸秆物质的长度为200-1000μm,然后置于丙酮中形成极性溶液,进行充分搅拌混合;
S3.混入功能性物质:向丙酮溶液当中加入SiC颗粒、氧化碳材料后进行充分搅拌,陶瓷颗粒和氧化碳材料的目数不低于300目,然后加入聚乙二醇,各种物质的含量如表1所示。
表1:
S4.成型:然后依次进行打浆抄纸、浸渍树脂、碳化,最终得到扩散层,所述浸渍树脂时采用聚四氟乙烯树脂;所述碳化过程分为两阶段,第一阶段的温度为300-400℃,碳化时间为60-90min,第二阶段的温度为800-900℃,碳化时间为30-45min,加工条件如表2所示。
表2:
S5.检测:测定得到的碳纸的厚度,孔隙率,电阻率;
采用燃料电池测试系统进行测试,采用的催化剂为Pt/C催化剂,配合质子交换膜以及石墨电极,测定得到最大功率密度,具体的测定数据如表3所示。
表3:
由此可见,SiC的存在对于孔隙率的保证至关重要,当然氧化碳黑也有一定的协同增强作用;而对于表征电学性质的电阻率和最大功率密度,则需要SiC,氧化碳材料以及秸秆物质的协同作用,只有在此种情况下才能够获得大的功率密度;另外,对于秸秆物质,采用玉米成熟之后的玉米秸秆中的柔软物质作为底物,相较于其他天然纤维或者人工纤维都有明显的优势。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种燃料电池用扩散层的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
取玉米成熟之后的玉米秸秆,去除玉米秸秆的外皮,取玉米秸秆中心柔软部位的秸秆物质,然后将秸秆物质进行干燥;其中,所述秸秆物质中的水含量为10-15wt%;
将秸秆物质截成长条状,然后置于极性溶剂中形成极性溶液,进行充分搅拌混合;其中,所述极性溶剂为丙酮;
向极性溶液当中加入陶瓷颗粒、氧化碳材料和聚乙二醇后进行充分搅拌;其中,所述陶瓷颗粒为SiC颗粒,所述氧化碳材料为氧化碳黑;
然后依次进行打浆抄纸、浸渍树脂、碳化,最终得到扩散层;其中,所述碳化过程分为两阶段,第一阶段的温度为300-400℃,碳化时间为60-90min,第二阶段的温度为800-900℃,碳化时间为30-45min。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用扩散层的制备方法,其特征在于:所述陶瓷颗粒和氧化碳材料的目数分别不低于300目。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用扩散层的制备方法,其特征在于:秸秆物质的质量份数为:30-40份;陶瓷颗粒的质量份数为:1-3份;氧化碳材料的质量份数为:2-5份;聚乙二醇的质量份数为:10-20份;丙酮的质量份数为:150-200份。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用扩散层的制备方法,其特征在于:所述浸渍树脂时采用聚四氟乙烯树脂。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用扩散层的制备方法,其特征在于:所述秸秆物质的长度为200-1000μm。
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