本發(fā)明涉及碳紙，特別涉及一種提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法。

背景技術(shù)：

1、混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是使用兩種或兩種以上的纖維嵌入樹(shù)脂基體中制成的，綜合了幾種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料性能的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有更好的力學(xué)性能，已被用于航空和汽車(chē)等許多領(lǐng)域。這類(lèi)復(fù)合材料經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如改變纖維類(lèi)型、纖維角度、纖維體積分?jǐn)?shù)、混雜配置和混雜方法等，可以滿足質(zhì)量、強(qiáng)度、抗沖擊性、成本等方面的要求。

2、公開(kāi)號(hào)為cn118412482a的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種復(fù)合導(dǎo)電組分的質(zhì)子交換膜燃料電池微孔層的制備方法，該發(fā)明專(zhuān)利和本案為同一研發(fā)團(tuán)隊(duì)，該發(fā)明專(zhuān)利的提升性能的原理是在微孔層內(nèi)加入高分子導(dǎo)電材料以提升導(dǎo)電性以及親水性，提升微孔層的水管理能力、表面平整度和電化學(xué)性能，進(jìn)而提高燃料電池氣體擴(kuò)散層的使用性能。然而，該技術(shù)方案雖然可以提高燃料電池氣體擴(kuò)散層的使用性能，能夠減少電池的濃差極化，提高電池的發(fā)電功率和電化學(xué)性能，但是卻不能有效提高碳紙成品的力學(xué)性能。因此如何在現(xiàn)有的技術(shù)研發(fā)成果上研發(fā)一種可以提高質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，成為了亟待解決的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，包括如下步驟：

3、改性碳纖維方法：

4、步驟1、選取長(zhǎng)度為1-15mm的碳纖維分散到0.5-3mol/l?naoh溶液，攪拌后靜置以除去碳纖維表面的油脂雜質(zhì)；

5、步驟2：配置0.005-0.5mol/l的tis-hc1溶液，將tis-hc1溶液加入到步驟1中的溶液中數(shù)滴將ph值調(diào)至8-9，將ph值調(diào)整后的溶液加入到鹽酸多巴胺溶液配成2-3g/l反應(yīng)溶液，在室溫下攪拌反應(yīng)，溶液的顏色由無(wú)色透明變?yōu)闇\紅色，再變?yōu)樯罴t色，最后變?yōu)樯詈谏珨嚢杞Y(jié)束；過(guò)濾洗凈在50-80℃烘箱中干燥，得到改性碳纖維；

6、碳紙制備方法：

7、將短切芳綸纖維加入到5-15ml聚氧化乙烯和1-3l自來(lái)水中使短切芳綸纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2％-14％，再將溶液置于疏解器中進(jìn)行疏解5-15min，使短切芳綸纖維完全疏解開(kāi)得到短切芳綸纖維溶液；再加入1.1-1.5g且3-5mm的改性碳纖維和0.1-0.2g且3-10mm的聚乙烯醇纖維，使改性碳纖維、聚乙烯醇纖維和短切芳綸纖維溶液充分混合均勻得到漿料，然后將漿料的懸浮液倒入紙頁(yè)成型器中，氣泡勻漿1-5min，使纖維均勻分散；打開(kāi)放水閥，讓纖維自由沉降在銅網(wǎng)上，形成碳紙?jiān)垵窦埛?，使用吸水紙將濕紙幅中多余水分吸走，最后將濕紙幅置于平板硫化機(jī)上，在100-250℃和0.5-5mpa的條件下進(jìn)行熱壓10-20min得到碳紙?jiān)?；再將碳紙?jiān)垷釅汉吞蓟蟮玫教技埑善贰?/p>

8、上述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法中，將碳紙?jiān)垷釅旱牟襟E為：

9、稱(chēng)取5-15g的酚醛樹(shù)脂加入50-150g無(wú)水乙醇配置5-15％pf浸漬液，超聲震蕩10-30min，使酚醛樹(shù)脂浸漬液充分混合均勻，將碳紙?jiān)堅(jiān)诜尤?shù)脂浸漬液中超聲浸漬5-20min后，置于鼓風(fēng)干燥箱中50-100℃干燥40-80min，使酚醛樹(shù)脂低溫預(yù)固化，干燥結(jié)束后將其采用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為100-200℃，熱壓強(qiáng)度為1-5mpa，熱壓時(shí)間20-80min，得到熱壓碳紙。

10、前述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法中，將熱壓碳紙?zhí)蓟蟮玫教技埑善返牟襟E為：

11、將熱壓碳紙置于管式爐中，通入高純氮?dú)獯祾?0-100min，然后以3-10℃/min的升溫速率升溫到100-250℃，再以5-15℃/min的升溫速率升到800-1500℃，并保溫30-80min，反應(yīng)結(jié)束后將爐體冷卻至室溫后，得到碳紙成品。

12、前述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法中，改性碳纖維的具體方法：

13、步驟1、選取長(zhǎng)度為4mm的碳纖維分散到1mol/l，攪拌后靜置以除去碳纖維表面的油脂雜質(zhì)；

14、步驟2：配置0.01mol/l的tis-hc1溶液，將tis-hc1溶液加入到步驟1中的溶液中數(shù)滴將ph值調(diào)至8.5，將ph值調(diào)整后的溶液加入到鹽酸多巴胺溶液配成2.5g/l反應(yīng)溶液，在室溫下攪拌反應(yīng)，溶液的顏色由無(wú)色透明變?yōu)闇\紅色，再變?yōu)樯罴t色，最后變?yōu)樯詈谏珨嚢杞Y(jié)束；過(guò)濾洗凈在60℃烘箱中干燥，得到改性碳纖維。

15、前述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法中，碳紙具體的制備方法為：

16、將短切芳綸纖維加入到10ml聚氧化乙烯和2l自來(lái)水中使短切芳綸纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8％，再將溶液置于疏解器中進(jìn)行疏解10min，使短切芳綸纖維完全疏解開(kāi)得到短切芳綸纖維溶液；再加入1.35g且4mm的改性碳纖維和0.15g且6mm的聚乙烯醇纖維，使改性碳纖維、聚乙烯醇纖維和短切芳綸纖維溶液充分混合均勻得到漿料，然后將漿料的懸浮液倒入紙頁(yè)成型器中，氣泡勻漿3min，使纖維均勻分散；打開(kāi)放水閥，讓纖維自由沉降在銅網(wǎng)上，形成碳紙?jiān)垵窦埛?，使用吸水紙將濕紙幅中多余水分吸走，最后將濕紙幅置于平板硫化機(jī)上，在150℃和1mpa的條件下進(jìn)行熱壓15min得到碳紙?jiān)?；再將碳紙?jiān)垷釅汉吞蓟蟮玫教技埑善贰?/p>

17、前述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法中，將碳紙?jiān)垷釅旱木唧w步驟為：

18、稱(chēng)取10g的酚醛樹(shù)脂加入90g無(wú)水乙醇配置10％pf浸漬液，超聲震蕩20min，使酚醛樹(shù)脂浸漬液充分混合均勻，將碳紙?jiān)堅(jiān)诜尤?shù)脂浸漬液中超聲浸漬10min后，置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥60min，使酚醛樹(shù)脂低溫預(yù)固化，干燥結(jié)束后將其采用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為150℃，熱壓強(qiáng)度為3mpa，熱壓時(shí)間60min，得到熱壓碳紙。

19、前述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法中，將熱壓碳紙?zhí)蓟蟮玫教技埑善返木唧w步驟為：

20、將熱壓碳紙置于管式爐中，通入高純氮?dú)獯祾?0min，然后以5℃/min的升溫速率升溫到200℃，再以10℃/min的升溫速率升到1100℃，并保溫60min，反應(yīng)結(jié)束后將爐體冷卻至室溫后，得到碳紙成品。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以使表面呈現(xiàn)出凹凸不平的狀態(tài)，有效提高材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，碳紙?jiān)堖B通孔隙增加，有助于原紙后續(xù)浸漬酚醛樹(shù)脂能力的提升，從而對(duì)碳紙?jiān)垙澢鷱?qiáng)度等力學(xué)性能有提升作用。

技術(shù)特征：

1.一種提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：將碳紙?jiān)垷釅旱牟襟E為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：將熱壓碳紙?zhí)蓟蟮玫教技埑善返牟襟E為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：改性碳纖維的具體方法：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：碳紙具體的制備方法為：

6.權(quán)利要求2所述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：將碳紙?jiān)垷釅旱木唧w步驟為：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，其特征在于：將熱壓碳紙?zhí)蓟蟮玫教技埑善返木唧w步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種提升質(zhì)子交換膜燃料電池用碳紙力學(xué)性能的方法，本發(fā)明通過(guò)改性碳纖維方法、碳紙制備方法得到碳紙?jiān)垼賹⑻技堅(jiān)垷釅汉吞蓟蟮玫教技埑善?。可以使成品表面呈現(xiàn)出凹凸不平的狀態(tài)，有效提高材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，碳紙?jiān)堖B通孔隙增加，有助于原紙后續(xù)浸漬酚醛樹(shù)脂能力的提升，從而對(duì)碳紙?jiān)垙澢鷱?qiáng)度等力學(xué)性能有提升作用。

技術(shù)研發(fā)人員：凌方,汪宇璠,趙苡珺,董昊,譚江濤,李敬華,趙思涵,李豐源,郭大亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6