[发明专利]一种燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法，其特征在于，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，配制的重量比例为(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，配制的重量比例为(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混合，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°SR至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。

2.按照权利要求1所述的燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法，其特征在于，石墨烯粉体选用氧化石墨烯。

3.按照权利要求1或2所述的燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法，其特征在于，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。

4.按照权利要求1所述的燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法，其特征在于，短切碳纤维选用聚丙烯腈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。

5.按照权利要求1所述的燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法，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％。

6.按照权利要求1所述的燃料电池电极用石墨烯碳素纤维导电纸的制备方法，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。