CN117727951B - 一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法，本发明涉及及燃料电池技术领域，其包括以下步骤：预处理；氨基‑胺基改性处理；轻柔施胶‑氧气等离子体处理；浸渍‑氮气等离子体处理；石墨化；所述改性液包括一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N‑二甲基甲酰胺；所述导电浆液包括导电材料、分散剂和溶剂。本发明技术方案提供的燃料电池用碳纸的超微观尺寸分布均匀，从而其透气率高、抗弯强度和拉伸强度高。
Description
技术领域
本发明涉及及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。主要由正极、负极、电解质和辅助设备组成。由于燃料电池具有效率高、启动快、污染小等优点，被认为是继风力、水力和太阳能之后有希望大量提供电能的第四种发电技术，是一种绿色能源技术，可有效缓解目前世界面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题，实现能源的多元化。质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池，除了具备燃料电池的一般特定之外，还具有工作温度低、启动快、无电解液流失、无腐蚀、能量转化率高、寿命长、重量轻、体积小等特点，是便携式电源、分布式电站、未来电动汽车的理想替代电源。
为了提高气体扩散层的水管理能力，就需要对气体扩散层的基底材料碳纸进行疏水处理。通常生产过程是将碳纸浸渍在聚四氟乙烯乳液中，晾干、固化和烧结形成基底层，然后将碳粉和聚四氟乙烯混合浆料喷涂在微孔层表面上再经过晾干和烧结。由于碳纸自身的脆性问题，夹持浸泡的方式很容易将碳纸折碎，且疏水处理后的碳纸中的聚四氟乙烯含量不均匀。对此，CN115425242A公开了一种碳纸均匀化疏水处理装置以及碳纸疏水固化工艺，然而该工艺还是存在碳纸与聚四氟乙烯接触不够均匀，尤其是碳纸的超微观结构方面均匀性较差，从而导致碳纸的透气率低、抗弯强度低和拉伸强度差。
综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在碳纸的超微观结构方面均匀性较差，从而导致碳纸的透气率低、抗弯强度低和拉伸强度差，因此，需要开发或者改进一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法。
发明内容
基于此，为了解决碳纸的透气率低、抗弯强度低和拉伸强度差的问题，本发明提供了一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法，具体技术方案如下：
一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法，其包括以下步骤：
预处理：将碳纤维纸置于氢氧化钠溶液中浸渍30～40min，然后以50～70kHz的功率超声5～10min，然后水洗至pH值为6.8～7.2，然后置于盐酸溶液中浸渍20～30min，然后水洗至pH值为6.8～7.2，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将所述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为30～40℃，以160～230r/min的速度搅拌，在氮气中反应25～35h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在50～60℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：使用膜转移施胶方法在所述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面涂覆导电浆液，然后在70～80℃下烘干，再升温到280～320℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理2～4min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将所述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在250～320r/min的搅拌速度下浸渍50～60min，然后在60～68℃下干燥，再升温到230～270℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理6～10min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将所述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，得到所述燃料电池用碳纸；
所述改性液包括一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺；
所述导电浆液包括导电材料、分散剂和溶剂。
进一步地，所述导电材料包括碳纤维、碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、碳气凝胶、石墨和石墨烯中的两种或两种以上。
进一步地，所述分散剂包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、四氟乙烯与六氟乙烯的共聚物、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物和四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物中的至少一种。
进一步地，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙酮、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.8～2.2mol/L，所述盐酸溶液的浓度为15～20wt％。
进一步地，所述改性液中所述一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺的质量之比为5～8：1～3：20～25。
进一步地，所述导电浆液中所述导电材料、分散剂和溶剂的质量之比为7～11：3～8：85～95。
进一步地，所述氧气等离子体处理步骤的时间为2～4min。
进一步地，所述氮气等离子体处理的时间为6～10min。
进一步地，所述预石墨化的条件为：预石墨化温度600～700℃，预石墨化时间1.5～2.2h；
所述石墨化的条件为：石墨化温度1900～2100℃，石墨化时间0.8～1.2h。
上述技术方案提供的燃料电池用碳纸的超微观尺寸分布均匀，从而其透气率高、抗弯强度和拉伸强度高。具体地，同时氨基和氨基改性处理，不仅可以提供极性基团，还能同时均匀有序排列极性基团的更高尺寸空间，从而为后面的全接触式膜转移轻柔施胶技术提供优良的均匀接触面，接着的氧气等离子体处理在物理和化学层面皆可以对固化处理后碳纸接触面产生作用，即可在化学层面氧化氨基、胺基等极性基团，也可以在物理层面梳理净化碳纤维表层，从而产生均匀且有触角基团的表面；接着的浸渍能将导电浆液中的导电材料和聚四氟乙烯通过触角基团的作用，均匀分散到碳纸表层和内部，最后的氮气等离子体处理还原不必要的氧化基团和对碳纸表面以及内部进行清洁梳理，最终得到超微观尺寸分布均匀，透气率高、抗弯强度和拉伸强度高的燃料电池用碳纸。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法，其包括以下步骤：
预处理：将碳纤维纸置于氢氧化钠溶液中浸渍30～40min，然后以50～70kHz的功率超声5～10min，然后水洗至pH值为6.8～7.2，然后置于盐酸溶液中浸渍20～30min，然后水洗至pH值为6.8～7.2，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将所述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为30～40℃，以160～230r/min的速度搅拌，在氮气中反应25～35h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在50～60℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：使用膜转移施胶方法在所述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面涂覆导电浆液，然后在70～80℃下烘干，再升温到280～320℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理2～4min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将所述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在250～320r/min的搅拌速度下浸渍50～60min，然后在60～68℃下干燥，再升温到230～270℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理6～10min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将所述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，得到所述燃料电池用碳纸；
所述改性液包括一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺；
所述导电浆液包括导电材料、分散剂和溶剂。
在其中一个实施例中，所述导电材料包括碳纤维、碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、碳气凝胶、石墨和石墨烯中的两种或两种以上。优选地，所述导电材料包括碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、石墨和石墨烯中的两种或两种以上。进一步优选地，所述导电材料包括碳纳米管、乙炔黑、导电炭黑、石墨和石墨烯中的两种或两种以上。
在其中一个实施例中，所述分散剂包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、四氟乙烯与六氟乙烯的共聚物、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物和四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙酮、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.8～2.2mol/L，所述盐酸溶液的浓度为15～20wt％。优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.9～2.1mol/L，所述盐酸溶液的浓度为15～20wt％。进一步优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.9～2.1mol/L，所述盐酸溶液的浓度为16～19wt％。
在其中一个实施例中，所述改性液中所述一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺的质量之比为5～8：1～3：20～25。
在其中一个实施例中，所述导电浆液中所述导电材料、分散剂和溶剂的质量之比为7～11：3～8：85～95。
在其中一个实施例中，所述氧气等离子体处理步骤的时间为2～4min。优选地，所述氧气等离子体处理步骤的时间为2～3min。进一步优选地，所述氧气等离子体处理步骤的时间为3min。
在其中一个实施例中，所述氮气等离子体处理的时间为6～10min。优选地，所述氮气等离子体处理的时间为7～10min。进一步优选地，所述氮气等离子体处理的时间为7～9min。
在其中一个实施例中，所述预石墨化的条件为：预石墨化温度600～700℃，预石墨化时间1.5～2.2h；
所述石墨化的条件为：石墨化温度1900～2100℃，石墨化时间0.8～1.2h。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
导电浆液的制备：将导电材料碳纳米管、导电炭黑、60wt％聚四氟乙烯水乳液和水混合均匀，得到导电浆液，其中碳纳米管、导电炭黑、聚四氟乙烯和水的质量之比为0.5：8.5：5：90；
改性液的制备：将一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺按质量比7：2：23混合均匀，得到改性液；
预处理：将碳纤维纸置于2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍35min，然后以60kHz的功率超声7min，然后水洗至pH值为7，然后置于17wt％的盐酸溶液中浸渍25min，然后水洗至pH值为7，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将上述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为35℃，以190/min的速度搅拌，在氮气中反应30h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在55℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：以上述氨基-胺基改性碳纤维纸总质量为百分百计，使用膜转移施胶方法在上述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面分别涂覆3wt％导电浆液，然后在75℃下烘干，再升温到300℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理3min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将上述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在290r/min的搅拌速度下浸渍55min，然后在65℃下干燥，再升温到250℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理8min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将上述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，预石墨化温度650℃，预石墨化时间1.8h；然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，石墨化温度2000℃，石墨化时间1h，得到燃料电池用碳纸。
实施例2：
其他的与实施例1相同，与实施例1不同之处在于氮气等离子体处理为6min。
实施例3：
其他的与实施例1相同，与实施例1不同之处在于氮气等离子体处理为10min。
对比例1：
导电浆液的制备：将导电材料碳纳米管、导电炭黑、60wt％聚四氟乙烯水乳液和水混合均匀，得到导电浆液，其中碳纳米管、导电炭黑、聚四氟乙烯和水的质量之比为0.5：8.5：5：90；
改性液的制备：将一乙醇胺和N,N-二甲基甲酰胺按质量比7：23混合均匀，得到改性液；
预处理：将碳纤维纸置于2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍35min，然后以60kHz的功率超声7min，然后水洗至pH值为7，然后置于17wt％的盐酸溶液中浸渍25min，然后水洗至pH值为7，得到碳纤维纸前驱体；
氨基改性处理：将上述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为35℃，以190/min的速度搅拌，在氮气中反应30h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在55℃烘干得到氨基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：以上述氨基改性碳纤维纸总质量为百分百计，使用膜转移施胶方法在上述氨基改性碳纤维纸正反两面分别涂覆3wt％导电浆液，然后在75℃下烘干，再升温到300℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理3min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将上述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在290r/min的搅拌速度下浸渍55min，然后在65℃下干燥，再升温到250℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理8min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将上述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，预石墨化温度650℃，预石墨化时间1.8h；然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，石墨化温度2000℃，石墨化时间1h，得到燃料电池用碳纸。
对比例2：
导电浆液的制备：将导电材料碳纳米管、导电炭黑、60wt％聚四氟乙烯水乳液和水混合均匀，得到导电浆液，其中碳纳米管、导电炭黑、聚四氟乙烯和水的质量之比为0.5：8.5：5：90；
改性液的制备：将马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺按质量比2：23混合均匀，得到改性液；
预处理：将碳纤维纸置于2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍35min，然后以60kHz的功率超声7min，然后水洗至pH值为7，然后置于17wt％的盐酸溶液中浸渍25min，然后水洗至pH值为7，得到碳纤维纸前驱体；
胺基改性处理：将上述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为35℃，以190/min的速度搅拌，在氮气中反应30h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在55℃烘干得到胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：以上述氨基-胺基改性碳纤维纸总质量为百分百计，使用膜转移施胶方法在上述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面分别涂覆3wt％导电浆液，然后在75℃下烘干，再升温到300℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理3min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将上述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在290r/min的搅拌速度下浸渍55min，然后在65℃下干燥，再升温到250℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理8min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将上述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，预石墨化温度650℃，预石墨化时间1.8h；然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，石墨化温度2000℃，石墨化时间1h，得到燃料电池用碳纸。
对比例3：
导电浆液的制备：将导电材料碳纳米管、导电炭黑、60wt％聚四氟乙烯水乳液和水混合均匀，得到导电浆液，其中碳纳米管、导电炭黑、聚四氟乙烯和水的质量之比为0.5：8.5：5：90；
改性液的制备：将一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺按质量比7：2：23混合均匀，得到改性液；
预处理：将碳纤维纸置于2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍35min，然后以60kHz的功率超声7min，然后水洗至pH值为7，然后置于17wt％的盐酸溶液中浸渍25min，然后水洗至pH值为7，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将上述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为35℃，以190/min的速度搅拌，在氮气中反应30h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在55℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶处理：以上述氨基-胺基改性碳纤维纸总质量为百分百计，使用膜转移施胶方法在上述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面分别涂覆3wt％导电浆液，然后在75℃下烘干，再升温到300℃固化，冷却后得到施胶后碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将上述施胶后碳纤维纸置于导电浆液中，在290r/min的搅拌速度下浸渍55min，然后在65℃下干燥，再升温到250℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理8min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将上述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，预石墨化温度650℃，预石墨化时间1.8h；然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，石墨化温度2000℃，石墨化时间1h，得到燃料电池用碳纸。
对比例4：
导电浆液的制备：将导电材料碳纳米管、导电炭黑、60wt％聚四氟乙烯水乳液和水混合均匀，得到导电浆液，其中碳纳米管、导电炭黑、聚四氟乙烯和水的质量之比为0.5：8.5：5：90；
改性液的制备：将一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺按质量比7：2：23混合均匀，得到改性液；
预处理：将碳纤维纸置于2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍35min，然后以60kHz的功率超声7min，然后水洗至pH值为7，然后置于17wt％的盐酸溶液中浸渍25min，然后水洗至pH值为7，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将上述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为35℃，以190/min的速度搅拌，在氮气中反应30h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在55℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：以上述氨基-胺基改性碳纤维纸总质量为百分百计，使用膜转移施胶方法在上述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面分别涂覆3wt％导电浆液，然后在75℃下烘干，再升温到300℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理3min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将上述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在290r/min的搅拌速度下浸渍55min，然后在65℃下干燥，再升温到250℃固化，冷却后得到浸渍后碳纤维纸；
石墨化：将上述浸渍后碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，预石墨化温度650℃，预石墨化时间1.8h；然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，石墨化温度2000℃，石墨化时间1h，得到燃料电池用碳纸。
对比例5：
导电浆液的制备：将导电材料碳纳米管、导电炭黑、60wt％聚四氟乙烯水乳液和水混合均匀，得到导电浆液，其中碳纳米管、导电炭黑、聚四氟乙烯和水的质量之比为0.5：8.5：5：90；
改性液的制备：将一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺按质量比7：2：23混合均匀，得到改性液；
预处理：将碳纤维纸置于2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍35min，然后以60kHz的功率超声7min，然后水洗至pH值为7，然后置于17wt％的盐酸溶液中浸渍25min，然后水洗至pH值为7，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将上述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为35℃，以190/min的速度搅拌，在氮气中反应30h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在55℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
氧气等离子体处理：在上述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面分别喷涂的方法涂覆3wt％导电浆液，然后在75℃下烘干，再升温到300℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理3min，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将上述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在290r/min的搅拌速度下浸渍55min，然后在65℃下干燥，再升温到250℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理8min，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将上述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，预石墨化温度650℃，预石墨化时间1.8h；然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，石墨化温度2000℃，石墨化时间1h，得到燃料电池用碳纸。
对实施例1～3和对比例1～5的透气率、抗弯强度和拉伸强度进行测试，测试结果如表1所示。
表1：
从表1中我们可以看出，由于同时采用了氨基和胺基改性处理、膜转移轻柔施胶后氧气等离子体处理、浸渍后氮气等离子体处理，实施例1～3得到的燃料电池用碳纸超微观尺寸分布均匀，从而其透气率高、抗弯强度和拉伸强度高，具体地，透气率高达ml*mm/(cm*h*mmAQ)以上，抗弯强度高达25MPa以上，拉伸强度高达30MPa以上。从实施例1～3和对比例1～5的数据可以看出，同时氨基和氨基改性处理，不仅可以提供极性基团，还能同时均匀有序排列极性基团的更高尺寸空间，从而为后面的全接触式膜转移轻柔施胶技术提供优良的均匀接触面，接着的氧气等离子体处理在物理和化学层面皆可以对固化处理后碳纸接触面产生作用，即可在化学层面氧化氨基、胺基等极性基团，也可以在物理层面梳理净化碳纤维表层，从而产生均匀且有触角基团的表面；接着的浸渍能将导电浆液中的导电材料和聚四氟乙烯通过触角基团的作用，均匀分散到碳纸表层和内部，最后的氮气等离子体处理还原不必要的氧化基团和对碳纸表面以及内部进行清洁梳理，最终得到超微观尺寸分布均匀，透气率高、抗弯强度和拉伸强度高的燃料电池用碳纸。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种燃料电池用碳纸的均匀化处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
预处理：将碳纤维纸置于氢氧化钠溶液中浸渍30～40min，然后以50～70kHz的功率超声5～10min，然后水洗至pH值为6.8～7.2，然后置于盐酸溶液中浸渍20～30min，然后水洗至pH值为6.8～7.2，得到碳纤维纸前驱体；
氨基-胺基改性处理：将所述碳纤维纸前驱体置于改性液中，设置温度为30～40℃，以160～230r/min的速度搅拌，在氮气中反应25～35h，使用N,N-二甲基甲酰胺多次洗涤，继续使用乙醇多次洗涤，然后在50～60℃烘干得到氨基-胺基改性碳纤维纸；
轻柔施胶-氧气等离子体处理：使用膜转移施胶方法在所述氨基-胺基改性碳纤维纸正反两面涂覆导电浆液，然后在70～80℃下烘干，再升温到280～320℃固化，冷却后使用氧气等离子体处理，然后得到氧气等离子体改性碳纤维纸；
浸渍-氮气等离子体处理：将所述氧气等离子体改性碳纤维纸置于导电浆液中，在250～320r/min的搅拌速度下浸渍50～60min，然后在60～68℃下干燥，再升温到230～270℃固化，冷却后使用氮气等离子体处理，得到氮气等离子体改性碳纤维纸；
石墨化：将所述氮气等离子体改性碳纤维纸在氩气保护下预石墨化，然后在氩气保护下冷却，然后在氩气保护下石墨化，得到所述燃料电池用碳纸；
所述改性液包括一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺；
所述导电浆液包括导电材料、分散剂和溶剂；
所述氮气等离子体处理的时间为6～10min。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述导电材料包括碳纤维、碳纳米管、乙炔黑、介孔碳、导电炭黑、碳气凝胶、石墨和石墨烯中的两种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述分散剂包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、四氟乙烯与六氟乙烯的共聚物、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物和四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙酮、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.8～2.2mol/L，所述盐酸溶液的浓度为15～20wt％。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述改性液中所述一乙醇胺、马来酰亚胺和N,N-二甲基甲酰胺的质量之比为5～8：1～3：20～25。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述导电浆液中所述导电材料、分散剂和溶剂的质量之比为7～11：3～8：85～95。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理步骤的时间为2～4min。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述预石墨化的条件为：预石墨化温度600～700℃，预石墨化时间1.5～2.2h；
所述石墨化的条件为：石墨化温度1900～2100℃，石墨化时间0.8～1.2h。
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