CN114824272A - 一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层及其制备方法。将导电炭黑通过浸渍法负载过渡金属盐，再通过气相化学沉积在炭黑表面催化原位生成碳纳米纤维，所得碳纳米纤维/炭黑复合物与醇溶剂通过球磨后，加入PTFE乳液超声分散，得到碳浆；将碳浆涂布在疏水碳纸上，再进行干燥处理和热处理，即得复合微孔层。该微孔层利用碳纳米纤维与炭黑颗粒连接成的特殊的葡萄串结构，不但能够有效增加微孔层的导电通路，增大微孔层的电导率，减少接触电阻，同时可以有效调节微孔结构，使得微孔层保持高孔隙率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微孔层，特别涉及一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层，还涉及其制备方法，属于燃料电池材料技术领域。
背景技术
随着对于质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆体积功率密度要求提高的背景下，气体扩散层作为PEMFC的重要组成部分，提高气体扩散层的质量传输能力是研究的关键。气体扩散层由基体与微孔层组成，常用的气体扩散层基体材料有碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布等，而微孔层主要材料有碳纳米纤维、碳粉、石墨粉等。在氢燃料电池的运行工况中，0.6~0.8V的区间范围内的电池效率最高，在此区间内，欧姆极化对于电池的损耗影响最大，需尽可能提高气体扩散层的导电性来降低电池的欧姆极化，提高电池的输出性能。此外，孔结构（孔径分布及孔隙率）对于气体与水的传输对燃料电池的输出性能存在影响，当扩散层不能及时将液态水排出，液态水将阻碍气体的传输与催化剂位点结合影响电池性能。因此，如何制备合适的碳材料、构筑合适的孔结构来提高电池的性能尤为重要。
目前，气体扩散层中微孔层主要是由导电碳粉与PTFE组成，导电碳粉的种类主要包括Vulcan XC-72R、科琴黑、乙炔黑等。采用单一的导电碳粉与PTFE制备的微孔层由于碳粉颗粒之间为点接触，且接触力弱，导致存在微裂纹影响导电性以及耐久性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层，该微孔层通过气相化学沉积法在炭黑表面原位沉积碳纳米纤维，利用碳纳米纤维将炭黑颗粒连接成特殊的葡萄串结构，不但能够有效增加微孔层的导电通路，增大微孔层的电导率，减少接触电阻，而且可以有效调节微孔结构，使得微孔层保持高孔隙率。
本发明的第二个目的是在于提供一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，该方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其包括以下步骤：
1）将导电炭黑加入至过渡金属盐溶液中进行超声处理后，再进行过滤和干燥，得到负载过渡金属盐的炭黑；
2）在负载过渡金属盐的炭黑表面通过气相化学沉积原位催化生成碳纳米纤维，得到碳纳米纤维/炭黑复合物；
3）将碳纳米纤维/炭黑复合物与醇溶剂通过球磨后，加入PTFE乳液超声分散，得到碳浆；
4）将碳浆涂布在疏水碳纸上，再进行干燥处理和热处理，即得。
本发明技术方案先通过浸渍法在炭黑表面均匀负载过渡金属盐，在化学气相沉积过程中利用过渡金属离子原位催化碳纳米纤维在炭黑颗粒表面生成，从而利用生成的碳纳米纤维将炭黑颗粒连接形成特殊的葡萄串结构，而碳纳米纤维作为连接炭黑颗粒的骨架具有良好的导电性，可以形成良好的导电通路，增大复合微孔层的电导率，减少接触电阻，并且碳纳米纤维与炭黑形成的特殊葡萄串结构能够有效调节孔隙结构，使得复合微孔层保持高孔隙率，从而在实现改善复合微孔层导电性的同时，不会降低其孔隙率。
作为一个优选的方案，所述过渡金属盐溶液中的过渡金属盐为铜和/或钴的硫酸盐、卤素盐或硝酸盐中至少一种，溶剂为醇溶剂。所述过渡金属盐溶液中包含的过渡金属盐为铜、钴等过渡金属的可溶性盐，如硝酸盐、氯化盐、硫酸盐等等，包含的溶剂一般采用水或醇作为溶剂，而为了改善对炭黑的润湿性能，一般采用醇溶剂，醇溶剂为乙醇、甲醇等等。
作为一个优选的方案，所述过渡金属盐溶液中的过渡金属盐浓度为0.01 mol/L~1mol/L。过渡金属盐溶液影响过渡金属盐的在炭黑表面的负载量，过渡金属盐负载量过少，则难以形成碳纳米纤维，如果过渡金属盐过多引入过渡金属离子，影响微孔层性能。进一步优选的过渡金属盐浓度为0.05 mol/L~0.5mol/L。
作为一个优选的方案，所述气相化学沉积的过程为：先在通入惰性气体条件下进行升温，升温至450℃ ~600℃时，通入氢气还原5~20min，再通入气体碳源沉积5~20min。气相沉积条件能够调控碳纳米纤维生成量以及纳米碳纤维的尺寸，在炭黑表面生成适量以及尺寸适宜的碳纳米纤维有利于改善微孔层的孔结构和导电性。惰性气体如氩气等。
作为一个优选的方案，所述气体碳源为乙炔，流量为0.05~0.20L/min，氢气流量为0.3~0.8L/min。气体碳源为现有技术中常见的小分子碳氢化合物，如乙炔、乙烯、甲烷等等，优选为碳氢比较高的乙炔。
作为一个优选的方案，所述碳浆中PTFE与碳纳米纤维/炭黑复合物的质量百分比组成为20~30% : 70~80%。
作为一个优选的方案，所述碳浆中PTFE的质量百分比浓度为1~10wt%，
作为一个优选的方案，所述热处理温度为300~400℃，时间为20~40min。
本发明涉及的超声处理为常规的处理过程，以促进导电炭黑的均匀分散，优选的超声处理时间为15~20min。
本发明涉及的醇溶剂可以为异丙醇，异丙醇不但作为溶剂，同时作为分散剂。
本发明涉及的球磨过程中，球磨条件为：转速为100~300r/min，球磨时间为40~80min，每工作5~15min，暂停5~15min。
本发明涉及的涂布方式采用刮涂、挤出涂布或丝网印刷，优选为刮涂。
本发明涉及的碳浆在疏水碳纸上的涂布量为以微孔层的载量为0.5~3mg/cm2计量。
本发明涉及的导电炭黑为Vulcan XC-72R碳粉。
本发明还提供了一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层，其由所述制备方法得到。
本发明技术方案提供的碳纳米纤维/炭黑复合微孔层关键是在于采用了碳纳米纤维/炭黑复合物来制备微孔层，碳纳米纤维/炭黑复合物由碳纳米纤维与炭黑颗粒连接形成特殊的葡萄串结构，其利用高导电性的碳纳米纤维作为骨架，可以形成良好的导电通路，增大复合微孔层的电导率，减少接触电阻，同时，其利用自然蜷曲的碳纳米纤维与炭黑形成的特殊葡萄串结构，能够有效调节孔隙结构，从而使得复合微孔层保持高孔隙率，从而可以实现改善复合微孔层导电性的同时，有效改善微孔层孔隙率。
与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益技术效果：
本发明技术方案通过液相浸渍实现过渡金属盐催化剂在导电炭黑表面的均匀负载，再通过气相化学沉积法在炭黑表面原位催化生成碳纳米纤维与炭黑颗粒形成特殊的葡萄串结构，该碳纳米纤维作为导电骨架不但能够有效增加复合微孔层中的导电通路，增大复合微孔层的电导率，减少接触电阻，而且可以利用碳纳米纤维与导电炭黑颗粒的特殊结构来提高孔隙率，从而来改善复合微孔层的导电性。
本发明技术方案通过采用具有特殊“葡萄串”结构的纳米纤维/导电炭黑复合物用于制备复合微孔层，碳纳米纤维能够将炭黑颗粒与炭黑颗粒之间有机连接，形成导电的网状结构，增强复合微孔层的电导率，且这种葡萄串结构能够有效调节孔隙结构，提高了复合微孔的孔隙率，从而在保持微孔层高孔隙率的同时，改善了其导电性。此外，利用纳米纤维/导电炭黑复合物制备的微孔层表明平整，裂纹现象明显减少，相对使用普通的导电炭黑具有明显的技术优势。
本发明技术方案的复合微孔层的制备方法简单，原料成本低，且化学气相沉积也能够在旋转炉和沉积炉中实现大批量制造，能够有效提高生产效率，有利于大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制备的碳纳米纤维/炭黑复合物微孔层的SEM图。
图2为实施例1制备的碳纳米纤维/炭黑复合物的TEM图。
图3为实施例1制备的复合微孔层的极化性能曲线对比图。
具体实施方式
以下具体实施旨在进一步详细说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
（1）称量2.557gCuCl2·2H2O，1.189g CoCl2·6H2O溶于100ml的酒精中超声搅拌10min，取3gVulcan XC-72R碳粉加入催化剂溶液中超声分散30min后进行抽滤，取滤渣置于烘箱干燥，干燥后将结块粉末研磨成粉。
（2）取1g上载催化剂后的碳粉置于管式炉进行化学气相沉积，通入氩气升温，当温度至500℃时通入氢气还原10min，后通乙炔沉积10min。
（3）取0.8g沉积产物加入球磨罐中干磨10min，转速200r/min，后加入15ml异丙醇湿磨60min，每工作10min暂停10min，共3个循环。取出浆料后加入浓度为5%PTFE4g进行超声分散30min。
（4）取一张5×5cm的已疏水处理炭纸固定，采用锂电刮刀将浆料涂覆均匀，控制载量为1.2mg/cm2，待浆料干燥后于350℃下热处理30min。
本实施例制备的炭黑/碳纳米纤维复合微孔层气体扩散层与传统的炭黑微孔层气体扩散层相比导电性大幅提高，平面电阻率为4.26mΩ·cm，后者为10.28mΩ·cm，同时表明平整，裂纹现象明显减少，能够显著降低电池的欧姆极化，提高电池在0.6~0.8V区间范围内的输出功率。
实施例1中：表面形貌：下图1与图2分别是实例中样品的SEM图与TEM图，碳纳米纤维的直径约为100~200nm左右，碳纳米纤维作为骨架将碳颗粒连接起来，形成导电通路，导电性大幅提高，平面电阻率为4.26mΩ·cm。
电池性能：下图3为实施例1~3样品与常规的单一碳粉（替换碳纳米纤维/炭黑复合物）作为气体扩散层在单电池中的极化性能曲线对比图，其中样品大小为2×2cm2，反应气为H2与O2，相对湿度100%RH，工作温度80℃。结果表明，实例样品的欧姆极化明显降低，提高了电池在0.6~0.8V区间内的性能表现。
实施例2
（1）称量0.15gCoCl2·6H2O溶于50ml的酒精中超声搅拌，取3g Vulcan XC-72R碳粉加入催化剂溶液中超声分散30min后，置于烘箱中将酒精烘干，烘干后碳粉会发生结块现象，研磨成粉。
后续步骤与实施例1一致。
实施例3
实施例3与实施例1的步骤相同，沉积温度改为600℃下通入氢气还原10min，后通乙炔沉积10min。
对比实施例
与实施例1的唯一区别在于：采用Vulcan XC-72R直接制备微孔层。
下表是各实施例样品各项性能数据。
Claims (9)
1.一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将导电炭黑加入至过渡金属盐溶液中进行超声分散处理后，再进行过滤和干燥，得到负载过渡金属盐的炭黑；
2）在负载过渡金属盐的炭黑表面通过气相化学沉积原位催化生成碳纳米纤维，得到碳纳米纤维/炭黑复合物；
3）将碳纳米纤维/炭黑复合物与醇溶剂通过球磨后，加入PTFE乳液超声分散，得到碳浆；
4）将碳浆涂布在疏水碳纸上，再进行干燥处理和热处理，即得。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述过渡金属盐溶液中的过渡金属盐为铜和/或钴的硫酸盐、卤素盐或硝酸盐中至少一种，溶剂为醇溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述过渡金属盐溶液中的过渡金属盐浓度为0.01~1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述气相化学沉积的过程为：先在通入惰性气体条件下进行升温，升温至450℃ ~600℃时，通入氢气还原5~20min，再通入气体碳源沉积5~20min。
5.根据权利要求4所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述气体碳源为乙炔，流量为0.05~0.20L/min，氢气流量为0.3~0.8L/min。
6.根据权利要求1所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述碳浆中PTFE与碳纳米纤维/炭黑复合物的质量百分比组成为20~30%：70~80%。
7.根据权利要求1所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述碳浆中PTFE的质量百分比浓度为1~10wt%。
8.根据权利要求1所述的一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层的制备方法，其特征在于：所述热处理温度为300~400℃，时间为20~40min。
9.一种碳纳米纤维/炭黑复合微孔层，其特征在于：由权利要求1~8任一项所述制备方法得到。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115538210A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-30 | 浙江科技学院 | 一种提高碳纸中碳纳米纤维留着率的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1790783A (zh) * | 2004-11-26 | 2006-06-21 | 三星Sdi株式会社 | 燃料电池的电极以及包括它的燃料电池及其制备方法 |
| CN104746181A (zh) * | 2010-10-20 | 2015-07-01 | 电气化学工业株式会社 | 碳纳米纤维的制造方法、碳复合物及其制造方法 |
| CN104831252A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-08-12 | 中南大学 | 炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法及其应用 |
| CN105742666A (zh) * | 2014-12-11 | 2016-07-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种燃料电池用碳纳米管气体扩散层及其制备和应用 |
| CN109461940A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-12 | 安徽明天氢能科技股份有限公司 | 一种新型气体扩散层结构及其制备方法 |
-
2022
- 2022-04-14 CN CN202210391045.0A patent/CN114824272A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1790783A (zh) * | 2004-11-26 | 2006-06-21 | 三星Sdi株式会社 | 燃料电池的电极以及包括它的燃料电池及其制备方法 |
| CN104746181A (zh) * | 2010-10-20 | 2015-07-01 | 电气化学工业株式会社 | 碳纳米纤维的制造方法、碳复合物及其制造方法 |
| CN105742666A (zh) * | 2014-12-11 | 2016-07-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种燃料电池用碳纳米管气体扩散层及其制备和应用 |
| CN104831252A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-08-12 | 中南大学 | 炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法及其应用 |
| CN109461940A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-12 | 安徽明天氢能科技股份有限公司 | 一种新型气体扩散层结构及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 谢志勇;陈国芬;侯明;肖宇;邵志刚;: "炭纸表面原位生长碳纳米纤维作气体扩散层", 电源技术, no. 10, 20 October 2016 (2016-10-20), pages 1956 - 1958 * |
| 谢志勇等: "炭纸表面原位生长碳纳米纤维作气体扩散层", 电源技术, no. 10, pages 1956 - 1958 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115538210A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-30 | 浙江科技学院 | 一种提高碳纸中碳纳米纤维留着率的方法 |
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