[发明专利]一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池多孔扩散层电极板领域，具体为一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺。

背景技术

气体扩散层材料在电极中起着支撑催化剂层、稳定电极结构的作用，还为电极反应提供燃料气体通道、电子通道和排水通道，不同的扩散层材料对于电极的结构、制造工艺和性能的影响也各不相同，碳纤维纸（碳纸）、碳布、非织造布及碳黑纸等是常用的几种电极材料。

目前，气体扩散层有使用碳纤维纸（碳纸），也有使用碳布材料的。它们不仅有均匀的多孔质薄层结构，导电性好，化学稳定性和耐热性好、且表面平整可减少电池内部接触电阻。现有国内外用于电极扩散层的碳纸主要是复合碳纸材料，它由碳纤维、木浆、纤维素纤维或聚乙烯酸短纤维等可碳化纤维相混合，制成纸浆，然后制成碳纸。这种工艺制得碳纸，由于其为了保证碳纸的强度，在其中加入了较多的非导电性材料，其碳纤维含量均低于90%。因此，造成电阻率较大，孔隙率及其结构不够合理。

燃料电池使用的碳纤维纸需要具有以下性能：

（1）均匀的多孔质结构，优异的透气性；

（2）低的电阻率，赋予其高的电子传导能力；

（3）结构紧密且表面平整，以减小接触电阻，提高层性能；

（4）具有一定的机械强度，利于电极制作；

（5）具有化学稳定性和热稳定性。

目前，我国生产的燃料电池所使用的多孔扩散层电极板都是从国外进口，多数进口于日本，只有少数的科研院校在试制用碳纤维来制作燃料电池的极板，但也只是试验阶段，而多数采用的是干法、吸引成型法、过筛法制造，且没有能形成批量工业化生产，阻碍和影响了我国能源建设和环保发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，满足制造燃料电池多孔扩散层电极的批量工业化生产需要。

本发明的技术方案是：

一种利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，具体步骤如下：

（1）碳纤维纸浸胶

将改性酚醛树脂与环氧树脂按重量比例1:（1-3）混合后，用丙酮与乙醇重量比1:1的混合液进行稀释，按重量百分比计，改性酚醛树脂与环氧树脂占30-50%；然后加入硼胺络合物类固化剂和酚醛胺环氧树脂固化剂，按重量百分比计，硼胺络合物类固化剂占4-6%，酚醛胺环氧树脂固化剂占0.5-2%，温度保持在20-30℃倒入浸胶池中；

根据所要碳化的基板的规格选用碳纤维纸，并安装到浸胶机生产线上进行浸胶，碳纤维纸浸胶后，进入烘干隧道烘干裁片；

（2）压制电极板

选用不锈钢板3-5mm为模板，将模板清理干净无尘，先在3-5mm的冷轧钢板上铺80g/m²的牛皮纸8-10张，再在牛皮纸上铺不锈钢板；

在不锈钢板上依次铺设聚乙烯离型膜、碳纤维纸、聚乙烯离型膜、不锈钢板、牛皮纸和冷轧钢板，具体为：在不锈钢板上铺一层耐高温聚乙烯离型膜，在聚乙烯离型膜上铺浸胶后的碳纤维纸，根据所需要的厚度铺碳纤维纸，并在碳纤维纸上铺一层聚乙烯离型膜，在聚乙烯离型膜上铺不锈钢板，在不锈钢板上铺8-10层牛皮纸，在牛皮纸上铺冷轧钢板，形成预压品；然后，将预压品装入热压机中准备压制，压制过程如下：

①第一次升压升温，压力3-4MPa/cm²、温度100-120℃、压制时间40-50min；

②第二次升压升温，压力7-8MPa/cm²、温度150-160℃、压制时间50-60min；

③压制完成后，冷却降温，降至50℃以下时卸压，出模、揭模，将压制好的碳纤维纸电极板整理裁剪后，等待碳化；

选择温度达到2800-3200℃的碳化炉，将压制好的电极板放入碳化炉中进行碳化。

所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，改性酚醛树脂为：聚酰胺改性酚醛树脂、双氰胺改性酚醛树脂或环氧改性酚醛树脂；硼胺络合物类固化剂采用594固化剂；酚醛胺环氧树脂固化剂采用T-31固化剂。

所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，烘干隧道温度的设定为，进口80-90℃，中间120-150℃，出口70-80℃，碳纤维纸行进速度为0.1-0.3米/秒。

所述的利用碳纤维纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的工艺，热压机为10MPa/cm²的真空热压机，温度选用0-180℃。