[发明专利]碳纤维分散液及其制备方法、气体扩散层和燃料电池

说明书

本发明涉及一种碳纤维分散液及其制备方法、气体扩散层和燃料电池，碳纤维分散液的制备方法包括以下步骤：将分散剂和水混合后进行辐射处理，得到经辐射处理过的分散剂溶液；分散剂选自羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的至少一种；将分散剂溶液和碳纤维混合，得到碳纤维分散液。通过将特定种类的分散剂和水混合，得到的分散剂水溶液经辐射处理后，分散剂水溶液中的分散剂结构会发生改变，进而使得与碳纤维混合时，分散剂溶液中的分散剂可吸附在碳纤维的表面，有效提高碳纤维表面的亲水性，从而提高碳纤维在水中的分散性。将上述碳纤维分散液的制备方法制得的碳纤维分散液用于制备碳纤维纸，碳纤维纸的均匀度较好。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种碳纤维分散液及其制备方法、气体扩散层和燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将氢气燃料与氧化剂的化学能转化为电能的发电装置，其能量效率不受卡诺循环的限制，具有高效、洁净等特点。质子交换膜燃料电池作为一种新型清洁能源，具有很广阔的发展前景。

气体扩散层是质子交换膜燃料电池的关键核心材料，而碳纤维纸是气体扩散层常用的基底材料。碳纤维纸具有均匀的多孔薄层，拥有良好的孔隙率和透气性，且具有低密度、高导热率、高韧性、高强度、耐高温、抗冲击、抗腐蚀与辐射、低热膨胀系数等优良性能。

碳纤维纸通常采用湿法造纸工艺，将胶黏剂与碳纤维混合，利用抄纸技术在造纸机上成型。然而，碳纤维表面具有疏水性，难以在水中分散均匀，进而会影响碳纤维纸的均匀度，从而影响碳纤维纸的强度。为了提高碳纤维在水中的分散性，传统的方法是在碳纤维水溶液中添加如烷基硫酸钠和吐温等表面活性剂，其能在一定程度上提高碳纤维在水中的分散性，但分散效果有限。

因此，提供一种分散效果较好的碳纤维分散液及其制备方法具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明提供了一种有效提高碳纤维在水中分散性的碳纤维分散液的制备方法、碳纤维分散液、气体扩散层和燃料电池。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种碳纤维分散液碳纤维分散液的制备方法，包括以下步骤：

将分散剂和水混合后进行辐射处理，得到经辐射处理过的分散剂溶液；所述分散剂选自羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的至少一种；

将所述分散剂溶液和碳纤维混合，得到碳纤维分散液。

在其中一些实施例中，碳纤维分散液的制备方法中，所述辐射处理的能量为0.5MeV～10MeV，功率为10KW～20KW，时间为10min～20min。

在其中一些实施例中，碳纤维分散液的制备方法中，所述辐射处理的辐射源选自电子射线或γ射线。

在其中一些实施例中，碳纤维分散液的制备方法中，所述分散剂溶液的质量百分比浓度为0.005％～5％。

在其中一些实施例中，碳纤维分散液的制备方法中，所述碳纤维与所述分散剂溶液的质量比为1:(1～50)。

在其中一些实施例中，碳纤维分散液的制备方法中，在所述分散剂溶液和碳纤维混合的步骤中，还加入有消泡剂，所述消泡剂选自甘油聚醚、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚和聚丙二醇中的至少一种。

本发明提供了一种碳纤维分散液，采用上述的碳纤维分散液的制备方法制备得到。

本发明还提供了一种碳纤维纸，所述碳纤维纸的制备原料包括上述的碳纤维分散液。

本发明还提供了一种气体扩散层，所述气体扩散层包括上述的碳纤维纸。

本发明还提供了一种燃料电池，燃料电池的电极包含有上述的气体扩散层。