本發(fā)明涉及燃料電池材料，具體而言，涉及一種燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布、燃料電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、氣體擴(kuò)散層基本都是由導(dǎo)電的多孔材料形成，從而達(dá)到支撐催化層、收集電流、傳輸氣體和疏水等作用，最終實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體和反應(yīng)產(chǎn)物的水在雙極板和和催化層之間的再分配?；讓油ǔＪ褂枚嗫椎奶祭w維紙、碳纖維布等，它主要起支撐微孔層和催化層的作用。微孔層通常是為了改善基底層的孔隙結(jié)構(gòu)而在其表面制作的一層，其主要作用是降低催化層和基底層之間的接觸電阻，使氣體和水發(fā)生再分配，防止電極催化層″水淹″，同時(shí)防止催化層在制備過(guò)程中滲漏到基底層。

2、通常燃料電池?cái)U(kuò)散層大都使用由碳纖維、聚合物纖維、粘合劑復(fù)合后，制備成的碳布，進(jìn)一步在1600℃以上高溫炭化處理得到；主要生成廠家有日本東麗、德國(guó)sgl公司、加拿大巴拉德公司。該技術(shù)制備碳碳紙工藝復(fù)雜，且有二次高溫炭化，脆性較大，在制備膜電極復(fù)合時(shí)容易損傷，以及導(dǎo)電性能不好，成本高等問(wèn)題，并且在后期燃料電池工作時(shí)容易破損，影響催化層的工作，降低了燃料電池的使用壽命。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，公告號(hào)為cn109698361a的中國(guó)專利中，提出通過(guò)尿素增塑糊化淀粉和聚乙烯醇，將石墨烯與新型碳材料粘附于多孔無(wú)機(jī)粉體形成的大顆粒復(fù)合碳粒，然后與碳纖維、無(wú)機(jī)纖維、木質(zhì)纖維、熱塑性聚合物、聚四氟乙烯微粉、可溶鹽、潤(rùn)滑劑擠出造粒；經(jīng)膜片成型機(jī)微發(fā)泡為石墨烯碳膜雛形片材；經(jīng)輥筒牽引拉伸、同時(shí)三組牽引輥溫度逐步升高，部分聚乙烯醇、糊化淀粉分解和炭化，形成微孔，而聚四氟乙烯微粉微熔，作為粘結(jié)支撐劑保證片的強(qiáng)度和柔性，進(jìn)一步洗脫可溶鹽形成微孔，得到柔性石墨烯碳膜。該方法得到的石墨烯碳膜具有優(yōu)異的透氣性、導(dǎo)電性、柔性，而且制備工藝易控，易于規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)。但是石墨烯碳膜，只經(jīng)過(guò)了炭化，未經(jīng)過(guò)石墨化，導(dǎo)電性稍差；另外專利公開號(hào)為cn103556543a，的中國(guó)專利也公布了以短切碳纖維、植物纖維、熱粘合纖維和炭黑為原料，經(jīng)疏解、打漿和配漿后用濕法造紙工藝抄紙，然后經(jīng)防水涂料涂布處理制成，所述各原料的配比以重量份計(jì)如下：短切碳纖維65～75份，植物纖維10～15份，熱粘合纖維10～15份和炭黑0～10份，雖然該專利采用了濕法成形、熱壓、涂布相結(jié)合的生產(chǎn)工藝，具有工藝流程簡(jiǎn)單、易于控制產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保等特點(diǎn)，但仍然使用碳纖維、植物纖維、熱粘合纖等，使得制成的燃料電池氣體擴(kuò)散層專用高性能碳紙，依然具有上述的缺點(diǎn)；因此，本發(fā)明提出了一種燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布、燃料電池及制備方法，以至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中可能存在的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布、燃料電池及制備方法，其能夠針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出解決方案，解決了現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池氣體擴(kuò)散層，脆性較大，在制備膜電極復(fù)合時(shí)容易損傷，以及導(dǎo)電性能不好，成本高等問(wèn)題，能夠具有較好的柔性和導(dǎo)電性能，以及低成本等優(yōu)點(diǎn)。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布制備方法，包括：

4、按照預(yù)定要求剪切氧化石墨烯膜獲得氧化石墨烯膜絲，剪切所述氧化石墨烯膜絲獲取氧化石墨烯短絲；

5、融合組裝所述氧化石墨烯膜絲和所述氧化石墨烯短絲獲得氧化石墨烯多孔布；

6、將所述氧化石墨烯多孔布進(jìn)行低中溫還原獲取半成品石墨烯多孔布；其中，所述低中溫環(huán)境的溫度范圍包括第一段低溫60℃-120℃，第二段中溫300℃-1600℃，還原時(shí)間為6h-96h；

7、石墨化所述半成品石墨烯多孔布，獲得密度為0.1g/cm3-0.8g/cm3，孔隙率為50％-90％，厚度為100μm-5000μm的石墨烯多孔布，其中，高溫環(huán)境的溫度為2000℃-3500℃，升溫速率為1℃/min-20℃/min，保溫時(shí)間為30min-360min。

8、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述按照預(yù)定要求剪切氧化石墨烯膜獲得氧化石墨烯膜絲，剪切所述氧化石墨烯膜絲獲取氧化石墨烯短絲，包括：

9、將氧化石墨烯制成，厚度主要為30-500μm的氧化石墨烯膜；

10、將氧化石墨烯膜通過(guò)物理切割成寬度為10μm-1000μm，長(zhǎng)度為5cm-5000cm的氧化石墨烯膜絲；

11、至少將部分所述氧化石墨烯膜絲，剪切成長(zhǎng)度為0.5cm-5cm的氧化石墨烯短絲。

12、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述融合組裝所述氧化石墨烯膜絲和所述氧化石墨烯短絲獲得氧化石墨烯多孔布，包括：

13、將所述氧化石墨烯膜絲和氧化石墨烯短絲分散在體積比例為1:0.25-10酒精與水的混合液中；

14、以抽濾或涂布方式，對(duì)所述混合液中的所述氧化石墨烯膜絲和所述氧化石墨烯短絲，進(jìn)行有序搭接和/或無(wú)序搭接，形成任意形狀，且孔徑為0.5μm-100μm的氧化石墨烯多孔布。

15、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述將所述氧化石墨烯多孔布進(jìn)行低中溫還原，獲得半成品石墨烯多孔布，包括：

16、將所述氧化石墨烯多孔布，在濃度為0.5％-90％的水合肼溶液或50％-95％的水合肼蒸汽，或在浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-50％的抗壞血酸鈉水溶液，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-48％的氫溴酸水溶液，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-58％的氫碘酸水溶液的環(huán)境中，其環(huán)境溫度保持在60℃-95℃，進(jìn)行化學(xué)還原，其中，還原時(shí)間為2h-48h；

17、將還原后的石墨烯多孔布在惰性氣體中，溫度為300℃-1600℃的中溫環(huán)境進(jìn)行處理除去廢氣，獲得半成品石墨烯多孔布。

18、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述將還原后的石墨烯多孔布在惰性氣體中，溫度為300℃-1600℃的中溫環(huán)境進(jìn)行處理除去廢氣，獲得半成品石墨烯多孔布，包括：

19、將所述氧化石墨烯多孔布，在濃度為0.5％-90％的水合肼溶液或50％-95％的水合肼蒸汽，或在浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-50％的抗壞血酸鈉水溶液，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-48％的氫溴酸水溶液，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-58％的氫碘酸水溶液的環(huán)境中，其環(huán)境溫度保持在60℃-95℃，進(jìn)行化學(xué)還原，其中，還原時(shí)間為2h-48h；

20、將還原后的石墨烯多孔布在惰性氣體中，溫度為600℃-1600℃的中溫環(huán)境進(jìn)行處理除去廢氣，獲得半成品石墨烯多孔布。

21、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述將還原后的石墨烯多孔布在惰性氣體中，溫度為300℃-1600℃的中溫環(huán)境進(jìn)行處理除去廢氣，獲取石墨烯多孔布，包括：

22、將還原后的石墨烯多孔布在氬氣或氮?dú)庵?，溫度?00℃-1600℃的中溫環(huán)境進(jìn)行處理除去廢氣，獲取石墨烯多孔布。

23、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述石墨化所述半成品石墨烯多孔布，獲得密度為0.1g/cm3-0.8g/cm3，孔隙率為50％-90％，厚度為100μm-5000μm的石墨烯多孔布，還包括：

24、對(duì)所述石墨烯多孔布進(jìn)行壓延處理，獲得厚度為10μm-100μm或100μm-500μm，其密度為為0.2g/cm3-1mg/cm3，孔隙率為50％-90％的柔性石墨烯多孔。

25、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述對(duì)所述石墨烯多孔布進(jìn)行壓延處理，獲得厚度為10μm-100μm或100μm-500μm，其密度為為0.2g/cm3-1mg/cm3，孔隙率為50％-90％的柔性石墨烯多孔，包括：

26、對(duì)所述石墨烯多孔布進(jìn)行靜壓處理，獲得所述柔性石墨烯多孔布；其中，所述靜壓包括分段和分級(jí)靜壓，其壓強(qiáng)為100kpa-40mpa靜壓時(shí)間為30min-1440min；

27、或，

28、對(duì)所述石墨烯多孔布進(jìn)行滾壓處理，獲得所述柔性石墨烯多孔布，其中，所述滾壓的壓強(qiáng)為100kpa-20mpa，滾壓的速度為0.1m/min-5m/min；

29、或，

30、將所述石墨烯多孔布進(jìn)行靜壓處理，其中，所述靜壓包括分段和分級(jí)靜壓，其壓強(qiáng)為100kpa-40mpa靜壓時(shí)間為30min-1440min；

31、將靜壓后的多孔布經(jīng)過(guò)滾壓，得到所述柔性石墨烯多孔布，其中，所述滾壓的壓強(qiáng)為100kpa-20mpa，滾壓的速度為0.1m/min-5m/min。

32、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，上述對(duì)所述石墨烯多孔布進(jìn)行壓延處理，獲得柔性石墨烯多孔布，還可以包括：

33、將所述石墨烯多孔布，通過(guò)對(duì)輥機(jī)進(jìn)行對(duì)輥，獲得厚度為100μm-500μm、密度為0.4g/cm3-0.1g/cm3、孔隙率為60％-80％的所述柔性石墨烯多孔布。

34、一種燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布，所述燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布由上述的制備方法制得。

35、一種燃料電池，包括燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布，其作為氣體擴(kuò)散層應(yīng)用于所述燃料電池；所述燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布，由上述制備方法制得。

36、本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

37、通過(guò)按照預(yù)定要求剪切氧化石墨烯膜獲得氧化石墨烯膜絲，剪切所述氧化石墨烯膜絲獲取氧化石墨烯短絲；融合組裝所述氧化石墨烯膜絲和所述氧化石墨烯短絲獲得氧化石墨烯多孔布；將所述氧化石墨烯多孔布進(jìn)行低中溫還原獲取半成品石墨烯多孔布；石墨化所述半成品石墨烯多孔布，獲得的石墨烯多孔布。與傳統(tǒng)的碳纖維制備的燃料電池氣體擴(kuò)散層成本更低，而且其導(dǎo)電性也會(huì)增加，最終形成的燃料電池開路電壓最終形成了一種高導(dǎo)電、疏水、均勻多孔和有柔韌性優(yōu)異性能的燃料電池氣體擴(kuò)散層用多孔布。