CN114883579A - 一种燃料电池用碳纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池用碳纸及其制备方法，该碳纸的制备方法包括将导电碳材料于溶剂中搅拌分散，得到混合均匀的分散溶液；将分散溶液于聚合物基纤维形成的无纺布上进行负载处理，自然干燥后得到碳纸样品；将碳纸样品进行多层叠置，并将叠置后的碳纸样品进行热压处理，制得燃料电池用碳纸。本发明提供的制备工艺流程简单，成本低廉；且通过该制备方法制备的碳纸，其表面性质、机械性能均具有良好的可控性。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种燃料电池用碳纸及其制备方法。
背景技术
燃料电池主要是将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的一种能源装置。作为新型能源装置的燃料电池，在反应过程中不涉及燃烧，因而能量转换效率不受卡诺循环限制，具有高效，清洁等显著特点，是未来能源的发展趋势。
而在燃料电池中，膜电极占质子交换膜燃料电池成本的60％，碳纸作为气体扩散层，是膜电极的关键组成部分，约占整个质子交换膜燃料电池的20％～25％的成本。目前国外有日本Toray、德国SGL、美国AvCarb、加拿大Ballard等公司已实现气体扩散层的规模化生产，而国内受制于市场需求量低，技术不成熟等多方面原因暂未实现规模化生产。目前所生产的碳纸虽然质量轻、表面平整、耐腐蚀、孔隙均匀且强度高，适用于耐久性燃料电池。但也存在明显的缺点，碳纸作为脆性材料，弹性形变微小，在安装过程中容易出现裂纹，若未及时发现，将影响燃料电池的安全使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种燃料电池用碳纸及其制备方法，旨在解决传统碳纸制备过程复杂、机械性能差、生产成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种燃料电池用碳纸的制备方法，所述制备方法包括：
将导电碳材料于溶剂中搅拌分散，得到混合均匀的分散溶液；
将所述分散溶液于聚合物基纤维形成的无纺布上进行负载处理，干燥后得到碳纸样品；
将所述碳纸样品进行多层叠置，并将叠置后的碳纸样品进行热压处理，制得所述燃料电池用碳纸。
进一步地，所述导电碳材料包括导电炭黑、石墨粉、碳纳米管、乙炔黑、石墨乳、活性碳中的一种或多种。
进一步地，所述聚合物基纤维包括聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯纤维中的任意一种。
进一步地，所述溶剂包括水溶液、N－甲基吡咯烷酮溶液、乙醇溶液中的任意一种。
进一步地，所述负载处理包括喷射、涂覆、吸附和浸渍中的任意一种。
进一步地，所述热压处理的温度为120～400℃，压力为3～300Mpa，时间为5～60min。
进一步地，所述碳纸样品的叠置层数在2～6层之间。
本发明第二方面提供一种燃料电池用碳纸，采用如上所述的燃料电池用碳纸的制备方法制备而成。
本发明中提供的燃料电池用碳纸及其制备方法，与现有技术相比，有益效果在于：
使用聚合物基纤维制备的无纺布，通过热压工艺复合导电碳制备可替代现阶段应用的燃料电池用碳纸，且工艺流程简便，成本低廉。由于聚合物基纤维材料的表面可通过不同方法进行改性，通过该工艺制备的燃料电池用碳纸的表面性质、机械性能等都具有良好的可控性。
附图说明
图1是本发明实施例中燃料用碳纸的制备流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
碳纸是制备电容器和电催化电极的重要原料，也是制备金属～空气电池气体扩散层的关键材料之一。目前，广泛应用的碳纸主要通过碳纤维胶粘抄纸、复合树脂、热压固化成型、高温碳化等过程制备，制备过程较为繁琐、工艺条件较为苛刻。同时，繁琐的制备工艺也增加了碳纸的成本，据市场调查报告，碳纸的成本占到电池总成本的25％左右。所以，如何高效制备高性能低成本碳纸可以促进电池的开发和应用、有效助力“双碳目标”的实现。
本发明实施例第一方面提供一种燃料电池用碳纸的制备方法，如图1所示的燃料电池用碳纸的制备方法流程图，该制备方法包括：
步骤101，将导电碳材料于溶剂中搅拌分散，得到混合均匀的分散溶液。
其中、导电碳材料包括导电炭黑、石墨粉、碳纳米管、乙炔黑、石墨乳、活性碳等中的一种或多种。在本发明中，特别地，优选使用包含导电炭黑和/碳纳米管的导电性碳材料，更优选单独使用导电炭黑/碳纳米管的导电性碳材料。
碳纳米管具有良好的力学性能、电学性能和传热性能，使碳纳米管具有广阔的应用市场，碳纳米管一般采用电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等，在本发明中，碳纳米管可采用任何方法制备而得，在此并不作具体限定。
作为溶剂，例如可以包括水、卤代烃类、醚类、酰胺类、酮类、醇类等溶液；其中，醚类溶液包括四氢呋喃(THF)、二乙醚、1，2－二甲氧基乙烷(DME)等；卤代烃类溶液包括二氯甲烷、氯仿、1，2－二氯乙烷等；酰胺类溶液包括N，N－二甲基甲酰胺(DMF)、N－甲基吡咯烷酮溶液、N－甲基－2－吡咯烷酮(NMP)等；酮类溶液包括丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮等；醇类溶液包括甲醇、乙醇、异丙醇等；以上这些溶剂能够单独使用1种或者将2种以上混合使用。
导电碳材料与上述溶剂通过相应的搅拌混合装置，设置相应的搅拌速率。搅拌时间，得到混合均匀的分散溶液。其中分散溶液中碳纳米管的浓度可根据所要求的性能进行设置。
步骤102，将分散溶液于聚合物基纤维形成的无纺布上进行负载处理，干燥后得到碳纸样品。
其中，聚合物基纤维包括聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯纤维中等材料，利用聚合物基纤维制备的无纺布的表面可通过不同方法进行改性，通过该工艺制备的碳纸的表面性质、机械性能等都具有良好的可控性。
其中，负载处理包括喷射、涂覆、吸附和浸渍中的任意一种。通过这些处理手段可以使得分散溶液能渗透入纤维的缝隙里面，也可以通过机器给予的初始速度减少界面间隙，还可以通过挤压等手段直接结合。
在本发明中，优选采用涂覆设备进行分散溶液的涂覆，设置固定的刮刀间隙，即形成固定厚度的涂覆层；在完成涂覆后，将涂覆有分散溶液的聚合物基纤维形成的无纺布放置于烘箱中，或在自然环境中，基于溶剂易挥发的特性，干燥后去除溶剂，经过干燥后在无纺布表面形成具有涂覆有导电碳材料的碳纸样品。
步骤103，将碳纸样品进行多层叠置，并将叠置后的碳纸样品进行热压处理，制得燃料电池用碳纸。
其中，将碳纸样品放置于一定尺寸的模具中进行叠置，叠置层数可以为2～6层，优选模具尺寸为90×90×0.5mm，然后将模具在模压机上施以一定的热压工业，制备得到燃料电池用碳纸。
在一些实施方式中，热压工艺中的参数设置为：热压温度120～400℃；热压压力3～300Mpa；热压时间5～60min。通过热压完成的燃料电池用碳纸还可进一步通过裁剪工艺形成固定尺寸。
本发明实施例第二方面提供一种燃料电池用碳纸，采用第一方面提供的燃料电池用碳纸的制备方法制备而成，其主要材料包括聚合物基纤维制备而成的无纺布和导电碳材料，通过制备的碳纸厚度为0.1～0.4mm，体积密度为0.3～0.8g/cm3，孔隙率为60％～90％，厚度方向电阻为2～8Ω，平面方向电阻率为50～200mΩ·cm，在80℃下，透湿率为80～90g/(m2·h)；具有良好的导电性能和机械性能。可以代替繁琐的传统碳纸制备工艺，减少碳纸生产的成本，促进电池的开发和应用，有效助力“双碳目标”的实现。
下面提出本发明燃料用碳纸制备的具体实施例，需要说明的是，本发明实施例采用的导电碳材料均为碳纳米管，仅仅示例性提出。
实施例1
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将2层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为120℃，热压压力为3MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.5g/cm3，孔隙率为80％，厚度方向电阻为5Ω，平面方向电阻率为120mΩ·cm，在80℃下，透湿率为82g/(m2·h)。
实施例2
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将2层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为3MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.5g/cm3，孔隙率为83％，厚度方向电阻6Ω，平面方向电阻率为180mΩ·cm，在80℃下，透湿率为80g/(m2·h)。
实施例3
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将2层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为140℃，热压压力为3MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.6g/cm3，孔隙率为74％，厚度方向电阻为7Ω，平面方向电阻率为200mΩ·cm，在80℃下，透湿率为85g/(m2·h)。
实施例4
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将2层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为3MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.6g/cm3，孔隙率为76％，厚度方向电阻为5Ω，平面方向电阻率为170mΩ·cm，在80℃下，透湿率为80g/(m2·h)。
实施例5
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将2层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为170℃，热压压力为3MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.2mm，体积密度为0.4g/cm3，孔隙率为70％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为120mΩ·cm，在80℃下，透湿率为81g/(m2·h)。
实施例6
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将3层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为120℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.2mm，体积密度为0.3g/cm3，孔隙率为63％，厚度方向电阻为5Ω，平面方向电阻率为59mΩ·cm，在80℃下，透湿率为86g/(m2·h)。
实施例7
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将3层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.2mm，体积密度为0.3g/cm3，孔隙率为60％，厚度方向电阻为3Ω，平面方向电阻率为54mΩ·cm，在80℃下，透湿率为85g/(m2·h)。
实施例8
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将3层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.2mm，体积密度为0.4g/cm3，孔隙率为80％，厚度方向电阻为3Ω，平面方向电阻率为90mΩ·cm，在80℃下，透湿率为85g/(m2·h)。
实施例9
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将3层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为170℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.1mm，体积密度为0.3g/cm3，孔隙率为63％，厚度方向电阻为2Ω，平面方向电阻率为80mΩ·cm，在80℃下，透湿率为80g/(m2·h)。
实施例10
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将4层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为120℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.8g/cm3，孔隙率为90％，厚度方向电阻为7Ω，平面方向电阻率为200mΩ·cm，在80℃下，透湿率为90g/(m2·h)。
实施例11
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将4层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为87％，厚度方向电阻为8Ω，平面方向电阻率为180mΩ·cm，在80℃下，透湿率为89g/(m2·h)。
实施例12
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将4层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为140℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为90％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为150mΩ·cm，在80℃下，透湿率为86g/(m2·h)。
实施例13
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将4层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为86％，厚度方向电阻为8Ω，平面方向电阻率为170mΩ·cm，在80℃下，透湿率为86g/(m2·h)。
实施例14
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将4层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为170℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为87％，厚度方向电阻为8Ω，平面方向电阻率为180mΩ·cm，在80℃下，透湿率为86g/(m2·h)。
实施例15
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为120℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.6g/cm3，孔隙率为82％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为150mΩ·cm，在80℃下，透湿率为84g/(m2·h)。
实施例16
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.6g/cm3，孔隙率为85％，厚度方向电阻为7Ω，平面方向电阻率为150mΩ·cm，在80℃下，透湿率为89g/(m2·h)。
实施例17
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为140℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为76％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为140mΩ·cm，在80℃下，透湿率为83g/(m2·h)。
实施例18
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.6g/cm3，孔隙率为78％，厚度方向电阻为5Ω，平面方向电阻率为167mΩ·cm，在80℃下，透湿率为86g/(m2·h)。
实施例19
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为170℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.2mm，体积密度为0.4g/cm3，孔隙率为70％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为80mΩ·cm，在80℃下，透湿率为84g/(m2·h)。
实施例20
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的乙烯纤维无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为10MPa，热压时间为10min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.5g/cm3，孔隙率为73％，厚度方向电阻为5Ω，平面方向电阻率为140mΩ·cm，在80℃下，透湿率为85g/(m2·h)。
实施例21
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的乙烯纤维无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为120℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.8g/cm3，孔隙率为89％，厚度方向电阻为8Ω，平面方向电阻率为190mΩ·cm，在80℃下，透湿率为90g/(m2·h)。
实施例22
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的乙烯纤维无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.8g/cm3，孔隙率为86％，厚度方向电阻为8Ω，平面方向电阻率为100mΩ·cm，在80℃下，透湿率为90g/(m2·h)。
实施例23
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的乙烯纤维无纺布上，自然干燥后，将5层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.8g/cm3，孔隙率为80％，厚度方向电阻为7Ω，平面方向电阻率为160mΩ·cm，在80℃下，透湿率为90g/(m2·h)。
实施例24
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚对苯二甲酸乙二酯纤维无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为80％，厚度方向电阻为7Ω，平面方向电阻率为170mΩ·cm，在80℃下，透湿率为83g/(m2·h)。
实施例25
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚对苯二甲酸乙二酯纤维无纺布上，自然干燥后，将6层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.5g/cm3，孔隙率为84％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为150mΩ·cm，在80℃下，透湿率为88g/(m2·h)。
实施例26
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚对苯二甲酸乙二酯纤维无纺布上，自然干燥后，将5层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为130℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.4mm，体积密度为0.7g/cm3，孔隙率为76％，厚度方向电阻为8Ω，平面方向电阻率为190mΩ·cm，在80℃下，透湿率为87g/(m2·h)。
实施例27
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚丙烯无纺布上，自然干燥后，将3层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为400℃，热压压力为3MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.3mm，体积密度为0.6g/cm3，孔隙率为77％，厚度方向电阻为6Ω，平面方向电阻率为90mΩ·cm，在80℃下，透湿率为82g/(m2·h)。
实施例28
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚对苯二甲酸乙二酯纤维无纺布上，自然干燥后，将5层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为400℃，热压压力为10MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.1mm，体积密度为0.5g/cm3，孔隙率为60％，厚度方向电阻为2Ω，平面方向电阻率为50mΩ·cm，在80℃下，透湿率为80g/(m2·h)。
实施例29
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚对苯二甲酸乙二酯纤维无纺布上，自然干燥后，将5层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为200℃，热压压力为300MPa，热压时间为5min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.1mm，体积密度为0.3g/cm3，孔隙率为63％，厚度方向电阻为3Ω，平面方向电阻率为56mΩ·cm，在80℃下，透湿率为82g/(m2·h)。
实施例30
涂覆设备设定刮刀间隙，将含有碳纳米管的分散溶液涂覆在一定面积的聚对苯二甲酸乙二酯纤维无纺布上，自然干燥后，将5层所获得碳纸样品进行叠置，置于90×90×0.5mm的模具中，然后在模压机上在热压温度为150℃，热压压力为200MPa，热压时间为60min进行模压成型制备获得成型碳纸。
所制得的碳纸厚度为0.2mm，体积密度为0.3g/cm3，孔隙率为65％，厚度方向电阻为3Ω，平面方向电阻率为60mΩ·cm，在80℃下，透湿率为81g/(m2·h)。
需要说明的是，本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将导电碳材料于溶剂中搅拌分散，得到混合均匀的分散溶液；
将所述分散溶液于聚合物基纤维形成的无纺布上进行负载处理，干燥后得到碳纸样品；
将所述碳纸样品进行多层叠置，并将叠置后的碳纸样品进行热压处理，制得所述燃料电池用碳纸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电碳材料包括导电炭黑、石墨粉、碳纳米管、乙炔黑、石墨乳、活性碳中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物基纤维包括聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯纤维中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水溶液、N－甲基吡咯烷酮溶液、乙醇溶液中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述负载处理包括喷射、涂覆、吸附和浸渍中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压处理的温度为120～400℃，压力为3～300Mpa，时间为5～60min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纸样品的叠置层数在2～6层之间。
8.一种燃料电池用碳纸，其特征在于，采用如权利要求1～7中任意一项所述的燃料电池用碳纸的制备方法制备而成。
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| CN107431182A (zh) * | 2015-03-24 | 2017-12-01 | 3M创新有限公司 | 多孔电极以及由其制造的电化学电池和液流蓄电池 |
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