碳纤维分散液及其制备方法、气体扩散层和燃料电池技术

本发明专利技术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。度较好。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维分散液及其制备方法、气体扩散层和燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术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。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下。
[0008]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：
[0009]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；
[0010]将所述分散剂溶液和碳纤维混合，得到碳纤维分散液。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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％。
[0014]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)。
[0015]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。
[0016]本专利技术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。
[0017]本专利技术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。
[0018]本专利技术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。
[0019]本专利技术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。
[0020]与现有技术相比较，本专利技术的碳纤维分散液的制备方法具有如下有益效果：
[0021]上述碳纤维分散液的制备方法，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，分散剂的原子发生重排形成芳香性结构，能够与碳纤维表面的碳碳双键形成更强的范德华作用力；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，拉伸强度和弯曲强度较高。
具体实施方式
[0022]以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。应当理解，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。
[0023]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0025]本专利技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本专利技术实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术实施例说明书公开的范围之内。具体地，本专利技术实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0026]本专利技术一实施方式提供了一种碳纤维分散液制备方法，包括以下步骤S10～S20。
[0027]步骤S10：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；其中，分散剂选自羟丙基甲基纤维素(HPMC)、氰乙基纤维素(CEC)和羧甲基羟乙基纤维素(CMHFC)。
[0028]在其中一些较优的示例中，步骤S10中，分散剂为氰乙基纤维素。
[0029]在其中一些示例中，步骤S10中，辐射处理的能量为0.5MeV～10MeV，功率为10KW～20KW，时间为10min～20min。
[0030]在其中一些示例中，步骤S10中，辐射处理的辐射源选自电子射线或γ射线。可以理解，γ射线的能量高于1.24MeV，换言之，采用γ射线进行辐射处理时，辐射处理的能量高
于1.24MeV且≤10MeV。
[0031]在其中一些示例中，步骤S10中，辐射处理的辐射源为电子射线。
[0032]；可选地，辐射处理的能量为1MeV～10MeV，功率为10KW～20KW，时间为10min～15min；进一步地，辐射处理的能量为1MeV～10MeV，功率为15KW～20KW，时间为10min～15min。
[0033]在其中一些较优的示例中，碳纤维分散液中，辐射处理的能量为1MeV，功率为20KW，时间为15min。
[0034]在其中一些示例中，步骤S10中，分散剂溶液的质量百分比浓度为0.005％～5％；进一步地，分散剂溶液的质量百分比浓度为0.01％～1％；可选地，分散剂溶液的质量百分比浓度为0.02％～0.1％。
[0035]在其中一些较优的示例中，步骤S10中，分散剂溶液的质量百分比浓度为0.02％。
[0036]在其中一些示例中，步骤S10中，将分散剂和热水混合，搅拌，然后加冷水继续搅拌，冷却，再进行辐射处理。
[0037]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维分散液的制备方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的碳纤维分散液的制备方法，其特征在于，所述辐射处理的能量为0.5MeV～10MeV，功率为10KW～20KW，时间为10min～20min。3.如权利要求2所述的碳纤维分散液的制备方法，其特征在于，所述辐射处理的辐射源选自电子射线或γ射线。4.如权利要求1～3任一项所述的碳纤维分散液的制备方法，其特征在于，所述分散剂溶液的质量百分比浓度为0.005％～5％。5.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙鹏，袁思敏，彭信辉，
申请(专利权)人：湖南金博氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：