[发明专利]一种燃料电池用碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用

权利要求书

1.一种燃料电池用碳载体，其特征在于，所述燃料电池用碳载体包括表面具有含氧官能团的碳材料和分布于所述碳材料内部孔道的固化高聚物；

所述燃料电池用碳载体中，碳材料的含量为52wt％～93wt％；

所述燃料电池用碳载体中，固化高聚物的含量为7wt％～48wt％；

所述固化高聚物为聚四氟乙烯树脂；

所述燃料电池用碳载体的制备方法包括如下步骤：

(1)将碳材料与有机溶剂混合，得到溶液A；

(2)将含氟表面活性剂和高聚物水溶液混合，得到溶液B；

(3)将所述溶液A和溶液B混合，得到固体产物，将所述固体产物煅烧，得到初步改性碳载体；

(4)将所述初步改性碳载体与氧化剂水溶液混合，得到燃料电池用碳载体；步骤(2)中所述高聚物水溶液中高聚物为聚四氟乙烯树脂；

步骤(2)所述高聚物水溶液中高聚物的质量浓度为1.5％～5％。

2.如权利要求1所述的燃料电池用碳载体，其特征在于，所述碳材料包括活性炭、石墨、石墨烯、炭黑、中孔碳、碳纤维、碳纳米纤维和碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。

3.如权利要求1所述的燃料电池用碳载体，其特征在于，所述含氧官能团包括羟基、羰基、醌基、酚羟基、羧基和内酯基中的任意一种或至少两种的组合。

4.一种如权利要求1-3之一所述燃料电池用碳载体的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳材料与有机溶剂混合，得到溶液A；

(2)将含氟表面活性剂和高聚物水溶液混合，得到溶液B；

(3)将所述溶液A和溶液B混合，得到固体产物，将所述固体产物煅烧，得到初步改性碳载体；

(4)将所述初步改性碳载体与氧化剂水溶液混合，得到燃料电池用碳载体；

步骤(2)中所述高聚物水溶液中高聚物为聚四氟乙烯树脂；

所述高聚物水溶液中高聚物的质量浓度为1.5％～5％。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳材料包括活性炭、石墨、石墨烯、炭黑、中孔碳、碳纤维、碳纳米纤维和碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机溶剂为沸点低于200℃的有机溶剂。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丁二醇、丙三醇、丙酮和乙醚中的任意一种或至少两种的组合。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳材料与有机溶剂的质量比为(5～9):(4～16)。

9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含氟表面活性剂包括磺酸型氟表面活性剂、磺酸盐型阴离子氟表面活性剂、二醇型氟表面活性剂、全氟烷基乙氧基醚醇非离子氟表面活性剂中的任意一种或至少两种的组合。

10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述溶液B中含氟表面活性剂的质量浓度为0.1％～2％。

11.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述溶液A和溶液B的质量比为(9～25):(96～300)。

12.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合的方式为搅拌或超声。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间为0.1h～1h。

14.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合之后，还包括过滤、洗涤、烘干和研磨的过程。