[发明专利]一种PEM燃料电池、高韧性多孔碳纸及其制备方法

权利要求书

1.一种高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，所述高韧性多孔碳纸的制备原料包括：金属纤维、碳纳米管沉积催化剂、碳纳米管沉积碳源、聚乙烯醇缩乙醛与双酚A邻苯二甲腈；

所述高韧性多孔碳纸的制备方法包括以下步骤：

步骤1、利用柠檬酸-氟氢化铵溶液对金属纤维进行预处理，得到预处理金属纤维；采用溶液浸渍法在预处理金属纤维上负载碳纳米管沉积催化剂；所述碳纳米管沉积催化剂的负载量为金属纤维质量的0.3～8％；

步骤2、利用气态碳沉积过程对浸渍后的预处理金属纤维进行碳沉积处理，得到碳沉积金属纤维；

步骤3、利用碳沉积金属纤维与聚乙烯醇缩乙醛制备多孔碳纸胚体，采用湿法成型；所述聚乙烯醇缩乙醛的使用量为碳沉积金属纤维质量的3.0～25％；

步骤4、将多孔碳纸胚体浸渍含有双酚A邻苯二甲腈的N-甲基吡咯烷酮溶液，经过高温碳化处理制备得到多孔碳纸。

2.根据权利要求1所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，

所述金属纤维为不锈钢纤维、镍纤维、铜纤维或钛纤维中的一种，所述金属纤维直径为2.0～10μm，长度为0.5～2.5mm；

所述碳纳米管沉积催化剂为二茂铁、乙酰丙酮铁、草酸铁，甲酸铁，乙酸铁，硫酸亚铁或氯化亚铁中的一种；

所述碳纳米管沉积碳源为甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、甲苯或二甲苯中的一种。

3.根据权利要求1所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，柠檬酸的质量浓度为1.0～12％，氟氢化铵溶液的质量浓度为0.5～5％；柠檬酸-氟氢化铵溶液与金属纤维的用量比为10～150ml/g，预处理温度为50～105℃，预处理时间为10～120min。

4.根据权利要求1所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用质量浓度为3～8％的碳纳米管沉积催化剂的乙腈溶液浸渍预处理金属纤维，浸渍完成后，将浸渍后的预处理金属纤维在流量为30～120ml/min的氮气流中挥发去除溶剂。

5.根据权利要求1所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述气态碳沉积处理的碳源流量为0.6～12ml/min，气态碳沉积处理的温度为600～950℃，处理时间为0.5～5.0h。

6.根据权利要求1所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述聚乙烯醇缩乙醛使用量为碳沉积金属纤维质量的3.0～25％，采用湿法成型的温度为70～95℃；

所述多孔碳纸胚体的面密度为5.0～50mg/cm²。

7.根据权利要求6所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述双酚A邻苯二甲腈在300～500℃条件下热聚合为聚双酚A邻苯二甲腈；所述聚双酚A邻苯二甲腈为碳化黏结介质；

所述双酚A邻苯二甲腈的使用量为碳沉积金属纤维质量的5.0～60％。

8.根据权利要求1所述的高韧性多孔碳纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，在氩气气流中进行高温碳化处理，高温碳化处理温度为750～1500℃，处理时间为45～180min；氩气流速为40～600ml/min。

9.一种PEM燃料电池，其特征在于，所述PEM燃料电池包括气体扩散层，所述气体扩散层采用权利要求1至8任一项所述的高韧性多孔碳纸的制备方法制备得到的高韧性多孔碳纸。