[发明专利]碳纳米纤维、扩散层、膜电极、燃料电池及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种扩散层的制备方法，其包括以下步骤：

S1’、将碳纳米纤维制成碳纳米纤维粉体；

S2’、将所述碳纳米纤维粉体分散至分散剂中，得到喷涂浆液；所述分散剂为醇或醇水溶液；

S3’、将所述喷涂浆液喷涂至支撑层上，烘干，即得扩散层；

其中，所述碳纳米纤维的含氮量为3wt%~15wt%；所述碳纳米纤维由如下制备方法制得，其包括以下步骤：

S1、将纺丝溶液进行静电纺丝后干燥；其中，

所述纺丝溶液包括聚合物和溶剂，所述聚合物在所述纺丝溶液中的质量分数为6~10%，

所述聚合物包括含氮聚合物，所述含氮聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酰亚胺和聚苯胺中的一种或多种；所述聚合物还包括含氟聚合物，所述含氟聚合物为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；

所述干燥的温度为60~80℃；

S2、高温碳化，所述碳化的温度为750~950℃。

2.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含氮聚合物为聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮共混物，或聚丙烯腈和聚乙酰亚胺共混物，或聚丙烯腈和聚苯胺共混物，或聚乙烯吡咯烷酮和聚乙酰亚胺共混物，或聚乙烯吡咯烷酮和聚苯胺共混物，或聚乙酰亚胺和聚苯胺共混物；

或者，步骤S1中，所述含氮聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙酰亚胺共混物，或聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和聚苯胺共混物，或聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酰亚胺和聚苯胺共混物，或聚丙烯腈、聚乙酰亚胺和聚苯胺共混物；

或者，步骤S1中，所述含氮聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酰亚胺和聚苯胺共混物。

3.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含氮聚合物的分子量为10万~50万。

4.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含氮聚合物的含氮量为10wt%~25wt%。

5.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物的分子量为18万~53万。

6.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物的含氟量为50wt%~70wt%。

7.根据权利要求6所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物的含氟量为60wt%。

8.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物与所述含氮聚合物的质量比为（1~5）：1。

9.根据权利要求8所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物与所述含氮聚合物的质量比为3：1。

10.根据权利要求1所述的扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚合物还包括非含氮聚合物，所述非含氮聚合物为聚环氧乙烷、聚乙烯醇和聚丙烯酸中的一种或多种。

11.根据权利要求10所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述非含氮聚合物的分子量为5万~25万。

12.根据权利要求10所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氮聚合物与非含氮聚合物的质量比为1：（1~6）。

13.根据权利要求12所述的扩散层的制备方法，其特征在于，所述含氮聚合物与非含氮聚合物的质量比为1:2，或1:3，或1:4，或1:5。

14.根据权利要求10所述的扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚合物包括聚丙烯腈、聚环氧乙烷和聚四氟乙烯共混物，聚丙烯腈、聚乙烯醇和聚四氟乙烯共混物，或聚丙烯腈、聚丙烯酸和聚四氟乙烯共混物。