[发明专利]一种质子交换膜燃料电池用碳纸及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于所述质子交换膜燃料电池用碳纸的原料主要包含以下重量份数的组分：68~78份的碳纤维、6~10份的气相生长碳纤维、12~16份的水溶性聚乙烯醇纤维和4~6份铜粉，上述原料中气相生长碳纤维和铜粉先经无水乙醇润湿后与碳纤维、水溶性聚乙烯醇纤维混合，加水稀释后，用高速搅拌机搅拌一段时间，加入分散剂后改用低速搅拌设备搅拌至各种物料均匀分散，采用造纸机湿法造纸工艺抄造成基纸，经树脂浸渍、热压及碳化、石墨化处理制成质子交换膜燃料电池用碳纸；

所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，具体包括以下步骤：

1）按重量分数计，取68~78份的碳纤维、12~16份的水溶性聚乙烯醇纤维放入高速搅拌机中，另取6~10份气相生长碳纤维和4~6份铜粉分别用无水乙醇浸没后也加入到高速搅拌机中，然后加水至总固体物料的重量百分比浓度为0.3%~0.8%，开动高速搅拌机搅拌5~15分钟后停止搅拌，将物料转移至低速搅拌设备并添加分散剂，搅拌至所有原料分散均匀，停止搅拌制成浆料；

2）将步骤1）浆料放入抄前浆池中并加水稀释至固体浆料的重量百分比浓度为0.1%~0.2%，输送至斜网造纸机或侧流式圆网造纸机经成型、压榨脱水、烘缸干燥、卷取制成定量为50g/m²~65g/m²的碳纸基纸；

3）将醇溶型热固性酚醛树脂分散于乙醇溶剂中，醇溶型热固性酚醛树脂的重量百分比浓度为10%~20%，配制形成醇溶型热固性酚醛树脂溶液；采用浸渍涂布机将步骤2）碳纸基纸用所述醇溶型热固性酚醛树脂溶液涂布，然后用85℃~95℃热风干燥，其中醇溶型热固性酚醛树脂的涂布量为基纸重量的90%~120%；

4）步骤3）干燥后的样品采用热压机在温度170℃~180℃、压力5MPa~15MPa、时间5分钟~10分钟条件下热压固化；

5）取出步骤4）热压后的材料放置于碳化炉中，升温至1000℃~1100℃后，保温20~40分钟，然后自然降温冷却至室温，取出样品转移至石墨化炉中，升温至2000℃~2800℃，保温7~15分钟后自然冷却降温，即制备完成。

2.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于所述碳纤维为直径5μm~13μm的聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维中的一种或两种的组合，所述水溶性聚乙烯醇纤维为水溶温度为70℃、80℃、90℃中的一种。

3.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于所述气相生长碳纤维是采用化学催化气相沉积技术制备而成，具有同心圆中空叠层结构，平均直径80nm~100nm，长度50μm~100μm。

4.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于所述铜粉为粒径小于或等于13μm的超细铜粉。

5.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于步骤1）中，所述分散剂为阴离子聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯中的一种，其使用前先用水充分搅拌溶解配制成质量浓度0.1%~0.3%分散液溶液，分散液溶液加入量为步骤1）中浆料总量的0.1%~0.2%（重量百分比）。

6.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于步骤1）中，所述高速搅拌机搅拌的转速为2500转/分钟~3000转/分钟。

7.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用碳纸的制备方法，其特征在于步骤1）中，低速搅拌设备搅拌的转速为200~300转/分钟。

8.如权利要求1~7任一所述的方法制备的质子交换膜燃料电池用碳纸。