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专利号: 202110273993X
申请人: 嘉寓氢能源科技(辽宁)有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、浸渍:将0.7‑1.2重量份聚氨酯弹性体、0.4‑0.8重量份中间相沥青、1.6‑2重量份氧化石墨烯、1.8‑2.6重量份改性酚醛树脂和5‑9重量份无水乙醇混合,制成浸渍液,将PAN基炭纸坯体在浸渍液中浸渍10min,干燥;

S2、固化:将PAN基炭纸坯体放入温度为120‑180℃的模具内,加压2‑5MPa,保温30‑

40min;

S3、炭化:在氮气保护下,将PAN基炭纸坯体在1000‑1500℃下保温2‑3h;

S4、石墨化:将炭化后的PAN基炭纸坯体在1800‑2000℃下保温1‑2h,然后冲入氩气至

0.09‑0.1MPa,冷却至室温,制得质子交换膜氢燃料电池用炭纸;

每重量份改性酚醛树脂的制备方法如下:以重量份计,(1)将4‑8份碳纳米管和6‑10份纳米炭黑混合,加入15‑20份浓度为58‑68%的浓硝酸和20‑25份浓度为95‑98%的浓硫酸,搅拌均匀,置于80‑90℃下保温2‑3h,冷却后抽滤、洗涤、干燥;

(2)将10‑15份纳米氧化铝纤维、6‑10份三聚氰胺和8‑10份硅烷偶联剂混合,搅拌并在

110‑120℃下回流2‑3h,离心、洗涤、干燥;

(3)将步骤(1)所得物、步骤(2)所得物与15‑20份苯酚、16‑24份浓度为37%的甲醛、3‑7份浓度为10%的氢氧化钠溶液搅拌并在95‑100℃下回流1‑2h,调节pH值至6.8‑7,真空干燥。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于:所述PAN基炭纸坯体的制备方法如下:以重量份计,(1)将18‑24份聚醚醚酮与20‑30份浓硫酸混合,升温至70‑80℃,保温5‑6h后冷却至‑5~0℃,静置20‑24h,洗涤至pH值为6.5‑7时过滤,真空干燥,得到磺化聚醚醚酮;(2)将5‑10份磺化聚醚醚酮溶解至10‑20份N,N‑二甲基甲酰胺中,加入10‑15份氧化石墨烯,超声30‑40min,加入8‑12份炭纤维、6‑10份杉木纤维粉和4‑

6份聚对苯二甲酸乙二醇聚酯,在360‑380℃下混合均匀后,加入0.5‑1份分散剂和0.2‑0.6份消泡剂,混合均匀后,抄片、真空干燥。

3.根据权利要求2所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于:所述分散剂为聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇中的一种或几种的组合物。

4.根据权利要求2所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于:所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚醚硅油和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的组合物。

5.根据权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,将PAN基炭纸坯体预先在质量浓度为20‑30%的疏水剂溶液中浸渍2‑4h,烘干后,浸渍在疏水处理液中,疏水处理液由碳粉和PTFE按照1:1.2‑1.5的质量比混合制成,取出后在340‑350℃下热处理2‑3h。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于,所述疏水剂为氟碳表面活性剂。

7.根据权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于,所述氟碳表面活性剂为8‑3‑9氟碳‑碳氢柔桥混链双季铵、3‑三聚环氧六氟丙烷酰胺基丙基甜菜碱、3‑三聚环氧六氟丙烷酰胺基丙基(2‑亚硫酸)乙基二甲基铵和6‑3‑9氟碳柔桥混链双季铵中的一种或几种的组合物。

8.根据权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,PAN基炭纸坯体与浸渍液的质量比为1:0.7‑0.9。

9.根据权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,干燥温度为80‑90℃,时间为1.5‑2h;步骤S3中,升温速度为2‑10℃/min;步骤S4中,升温速度为10‑15℃/min。

10.权利要求1‑9任一项所述的质子交换膜氢燃料电池用炭纸的制备方法制成的质子交换膜氢燃料电池用炭纸。