本發(fā)明涉及燃料電池電極多孔擴(kuò)散成材料的領(lǐng)域，具體為一種燃料電池電極多孔擴(kuò)散層制造用的基礎(chǔ)材料，石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法和生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
燃料電池氣體擴(kuò)散層材料，在燃料電池中起著支撐催化劑層，穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)的作用，還為燃料電池反應(yīng)提供燃料氣體通道、電子通道和排水通道的作用。不同的擴(kuò)散層材料對于燃料電池電極的構(gòu)造制備方法和性能的影響不同，差異很大。常用的氣體擴(kuò)散層材料制備電極的有：碳纖維紙、碳布和炭黑紙等等，它們雖有均勻的孔質(zhì)薄層結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性好，表面平整，可減少電流內(nèi)部的接觸電阻。但現(xiàn)有的國內(nèi)外用于擴(kuò)散層電極的基材主要是碳纖維紙材料，由碳纖維、有機(jī)樹脂和植物纖維混合制造，然后進(jìn)行碳化制成燃料電池多孔擴(kuò)散層電極。但是，這種工藝制成的碳素導(dǎo)電紙，為了保證其強(qiáng)度而加入了一些填料，影響了導(dǎo)電性能、透氣和透水等功能，而且孔隙結(jié)構(gòu)也不夠合理。
燃料電池使用的碳素纖維導(dǎo)電紙?zhí)炕蟊仨氂腥缦绿匦?，要求必須達(dá)到：
(1)均勻的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的透氣性。
(2)較低的電阻率并具有超高的電子傳導(dǎo)能力。
(3)結(jié)構(gòu)緊密，且表面平整，以減少接觸電阻，提高層性能。
(4)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，利于電極制備。
(5)具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
目前，國內(nèi)外燃料電池的生產(chǎn)制造技術(shù)較多。但是，能夠生產(chǎn)用于燃料電池多孔擴(kuò)散成電極制造的只有個別的先進(jìn)國家，而我們國內(nèi)幾乎沒有能夠批量生產(chǎn)的，有的也只是處于試驗室階段。并且，使用碳化的基本都是從國外進(jìn)口的。然而，生產(chǎn)石墨烯碳素導(dǎo)電紙則是更少，幾乎是沒有，有的也只是處于試驗室階段。燃料電池多孔擴(kuò)散層材料的國產(chǎn)化，將為我國新能源燃料電池的發(fā)展起到重要的促進(jìn)作用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池電極多孔擴(kuò)散層材料石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，石墨烯炭素纖維導(dǎo)電紙可以在普通抄紙機(jī)上實現(xiàn)批量生產(chǎn)，且滿足制造燃料電池多孔擴(kuò)散層電極的需要。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，包括如下步驟：
(1)石墨烯粉體的表面處理
表面活性處理液采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為(40～60):(40～60):(5～15)；
將石墨烯粉體、表面活性處理液依次投入攪拌反應(yīng)釜，石墨烯粉體與表面活性處理液的重量比例為1:(1～3)，低速500～1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?～6分鐘，再進(jìn)行高速2000～3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0～90分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的石墨烯粉體混合液待用；
(2)短切碳纖維的表面處理
表面活性處理液采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為(40～60):(40～60):(5～15)；
將短切碳纖維、表面活性處理液一并投入攪拌反應(yīng)釜，短切碳纖維與表面活性處理液的重量比例為1:(1～3)，即1公斤短切碳纖維加入1～3公斤表面活性處理液，低速500～1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?～6分鐘，再進(jìn)行高速2000～3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0～90分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的短切碳纖維混合液待用；
(3)將植物纖維原木漿和水依次放入碎漿機(jī)中，植物纖維原木漿和水的重量比例為1:(2～4)，進(jìn)行高速2000～3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷闈{，攪拌后的植物纖維混合液待用；
(4)取處理過的石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液和植物纖維混合液，植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液三者的重量比例為(2～3):(95～96):(2～3)；
先將石墨烯粉體混合液、植物纖維混合液和三分之一的短切碳纖維混合液在磨漿攪拌池中，再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.2～0.3％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，開動磨盤攪拌機(jī)進(jìn)行磨合攪拌；
將磨盤攪拌機(jī)的負(fù)荷電流調(diào)在滿負(fù)荷的狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)1～2小時；當(dāng)電流逐漸下降叩解度達(dá)到30°至40°sr時，并且觀察不到短切纖維后，將所剩短切碳纖維混合液的一半加入磨漿攪拌池中，并加入所剩短切碳纖維混合液重量一倍的水，繼續(xù)磨合攪拌1～2小時；再將磨盤攪拌機(jī)的磨合盤完全放開，將所剩短切碳纖維混合液全部加入；再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.2～0.3％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，磨合攪拌20～40分鐘后在加入助留劑、分散劑、挺硬劑繼續(xù)攪拌20～40分鐘后，全部放入成漿池；向成漿池中加入占所有物質(zhì)總量的4～5倍的水，并開動成漿池中的攪拌機(jī)，攪拌1～2小時后形成漿料，準(zhǔn)備抄紙；
(5)造紙機(jī)帶水運(yùn)行，將造紙機(jī)中的毛毯潤濕，待造紙機(jī)的烘缸達(dá)到90～95℃時，將造紙機(jī)的運(yùn)行速度調(diào)到600～700轉(zhuǎn)/分鐘；
將漿料通過漿泵輸送到離地面3～5米高的成漿高位箱，并將水通過水泵輸送到離地面3～5米高的稀釋用水高位箱，打開兩個高位箱的閥門，以1:(2～3)的重量比例向低于兩個高位箱0.5～1.5米的稀釋混漿箱放入漿料和水進(jìn)行混合稀釋，將混合稀釋后的紙漿放入網(wǎng)箱開始上網(wǎng)抄紙，經(jīng)過毛毯傳送、烘缸烘干后，由卷紙設(shè)備成卷，得到所需要的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙。
所述的燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，石墨烯粉體選用氧化石墨烯。
所述的燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，石墨烯粉體為3～6層的少層石墨烯，石墨烯粉體的厚度10nm以下，水平方向?qū)挾?0～15nm。
所述的燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，短切碳纖維選用聚丙烯晴碳纖維或酚醛纖維碳化制得的短切碳纖維，其技術(shù)指標(biāo)如下：碳含量94～96wt％，電阻率1.0～1.6ω·cm，長度4～8mm，纖維直徑5～10μm，拉伸模量200～300gpa，拉伸強(qiáng)度2000～4000mpa。
所述的燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，助留劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的0.5～2％，分散劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1～2％，挺硬劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的0.5～2％。
所述的燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法，石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙為80～100克/平方米，其孔隙率為20～40％，導(dǎo)電方阻為3～10歐姆/平方厘米。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：
1、本發(fā)明采用當(dāng)今先進(jìn)的石墨烯原材料，石墨烯材料是公認(rèn)的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率最好的材料，高于碳纖維和碳納米管等電熱材料，其電熱轉(zhuǎn)換率更高、遠(yuǎn)紅外輻射更強(qiáng)。
2、石墨烯是現(xiàn)今人們公認(rèn)的導(dǎo)電率最高、導(dǎo)熱強(qiáng)度最大最快的新型材料，遠(yuǎn)高于碳纖維碳納米管等一些新材料，本發(fā)明以石墨烯為電熱材料，與短切碳纖維、植物纖維復(fù)合制作出燃料電池電極用石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙。
3、本發(fā)明使用石墨烯材料為添加原料，能加強(qiáng)燃料電池電極多孔擴(kuò)散層電極的導(dǎo)電性，并增加燃料電池電極多孔擴(kuò)散層散熱性能。
4、本發(fā)明加入石墨烯材料以后，能增加燃料電池電極多孔擴(kuò)散層孔隙率，還能增加電極的強(qiáng)度。
具體實施方式
下面，通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實施例1
本實施例中，燃料電池電極多孔擴(kuò)散層材料石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法如下：
一、石墨烯粉體的表面處理及石墨烯的選料
1、石墨烯粉體的選料
選用石墨烯粉體進(jìn)行表面活性處理，我國生產(chǎn)石墨烯得廠家眾多，比如：江蘇、青島、四川、東北、安徽等地均有石墨烯生產(chǎn)廠家。最好選用氧化石墨烯，因為氧化石墨烯具有含氧官能團(tuán)，易于溶于水或其他溶劑中，并且易于分散處理，可以與植物纖維、短切碳纖維進(jìn)行更好的復(fù)合。
其中，石墨烯粉體為3～6層的少層石墨烯材料，石墨烯粉體的厚度10nm以下，水平方向?qū)挾?0～15nm。
2、石墨烯的表面處理
由于石墨烯表面積大而且容易團(tuán)絮不易溶解分散，容易產(chǎn)生沉淀并且在氧化過程中和還原過程中表面易留有雜質(zhì)，所以要進(jìn)行表面活性處理使其更純凈，更好的進(jìn)行分散，并提高其材料的附著力與復(fù)合力。
3、表面活性處理液的配制
采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為50:50:10。
將石墨烯粉體、表面活性處理液依次投入攪拌反應(yīng)釜，石墨烯粉體與表面活性處理液的重量比例為1:2，即1公斤石墨烯粉體加入2公斤表面活性處理液，低速800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，再進(jìn)行高速2800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的石墨烯粉體混合液待用。石墨烯粉體的表面處理可增強(qiáng)其擴(kuò)散性，降低團(tuán)絮更好地與其他原材料進(jìn)行結(jié)合。
二、短切碳纖維的表面處理及碳纖維的選料
1、短切碳纖維的選料
選用聚丙烯晴碳纖維或酚醛纖維碳化制得的短切碳纖維，短切碳纖維是由碳纖維長絲經(jīng)纖維切斷機(jī)短切而成，具有高導(dǎo)電率、高模量、高強(qiáng)度，其技術(shù)指標(biāo)如下：碳含量94～96wt％，電阻率1.0～1.6ω·cm，長度4～8mm，纖維直徑5～10μm，拉伸模量200～300gpa，拉伸強(qiáng)度2000～4000mpa。
2、表面活性處理液的配制
采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為50:50:10。
將短切碳纖維、表面活性處理液一并投入攪拌反應(yīng)釜，短切碳纖維與表面活性處理液的重量比例為1:2，即1公斤短切碳纖維加入2公斤表面活性處理液，低速800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，再進(jìn)行高速2800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的短切碳纖維混合液待用。
三、植物纖維的處理
1、植物纖維的選料選用原木漿既環(huán)保，又有利于加工。
2、將植物纖維原木漿和水依次放入碎漿機(jī)中，植物纖維原木漿和水的重量比例為1:3，進(jìn)行高速2800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷闈{，攪拌后的植物纖維混合液待用。
四、取處理過的石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液和植物纖維混合液，植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液三者的重量比例為2:96:2。
先將石墨烯粉體混合液、植物纖維混合液和三分之一的短切碳纖維混合液在磨漿攪拌池中，再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.25％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，開動磨盤攪拌機(jī)進(jìn)行磨合攪拌。
將磨盤攪拌機(jī)的負(fù)荷電流調(diào)在滿負(fù)荷的狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)1.5小時。當(dāng)電流逐漸下降叩解度達(dá)到30°至40°sr時，并且觀察不到短切纖維后，將磨盤攪拌機(jī)電流調(diào)至最小，再將所剩短切碳纖維混合液的一半加入磨漿攪拌池中，并加入所剩短切碳纖維混合液重量一倍的水，繼續(xù)磨合攪拌1.5小時。再將磨盤攪拌機(jī)的磨合盤完全放開，將所剩短切碳纖維混合液全部加入。再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.25％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，磨合攪拌30分鐘后在加入助留劑、分散劑、挺硬劑繼續(xù)攪拌30分鐘后，全部放入成漿池。向成漿池中加入占所有物質(zhì)總量的4.5倍的水，并開動成漿池中的攪拌機(jī)，攪拌1.5小時后形成漿料，準(zhǔn)備抄紙。
其中，助留劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1％，分散劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1.5％，挺硬劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1％。
助留劑選用聚酰胺或聚氨酯，如：南海駿能造紙材料廠生產(chǎn)的助留劑、法國愛森造紙助留劑、德固賽造紙助留劑或美國亞斯蘭造紙助留劑等；分散劑選用聚乙烯醇或聚丙烯酸胺，具有一定的螫和能力，如：山東濰坊瑞光化工有限公司生產(chǎn)的wsp-5分散劑等；挺硬劑選用常規(guī)的造紙挺硬劑，如：泰安市鑫泉精細(xì)化工制造有限公司的造紙挺硬劑等。
五、造紙機(jī)帶水運(yùn)行，將造紙機(jī)中的毛毯潤濕，待造紙機(jī)的烘缸達(dá)到90～95℃時，將造紙機(jī)的運(yùn)行速度調(diào)到600～700轉(zhuǎn)/分鐘。
將漿料通過漿泵輸送到離地面3～5米高的成漿高位箱，并將水通過水泵輸送到離地面3～5米高的稀釋用水高位箱，打開兩個高位箱的閥門，以1:2.5的重量比例向低于兩個高位箱1米的稀釋混漿箱放入漿料和水進(jìn)行混合稀釋，混合稀釋后的紙漿通過連接混漿箱和造紙機(jī)網(wǎng)箱管道的閥門，將混合稀釋后的紙漿放入網(wǎng)箱，并調(diào)整流速開始上網(wǎng)抄紙，經(jīng)過毛毯傳送、烘缸烘干后，由卷紙設(shè)備成卷，得到所需要的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙。
本實施例可得到80～100克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙，其孔隙率為30～35％，導(dǎo)電方阻為3～5歐姆/平方厘米。當(dāng)抄制80克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙時，導(dǎo)電方阻為5歐姆/平方厘米；當(dāng)抄制100克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙，方阻為3歐姆/平方厘米。
實施例2
本實施例中，燃料電池電極多孔擴(kuò)散層材料石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法如下：
一、石墨烯粉體的表面處理及石墨烯的選料
1、石墨烯粉體的選料
選用石墨烯粉體進(jìn)行表面活性處理，我國生產(chǎn)石墨烯得廠家眾多，比如：江蘇、青島、四川、東北、安徽等地均有石墨烯生產(chǎn)廠家。最好選用氧化石墨烯，因為氧化石墨烯具有含氧官能團(tuán)，易于溶于水或其他溶劑中，并且易于分散處理，可以與植物纖維、短切碳纖維進(jìn)行更好的復(fù)合。
其中，石墨烯粉體為3～6層的少層石墨烯，石墨烯粉體的厚度10nm以下，水平方向?qū)挾?0～15nm。
2、石墨烯的表面處理
由于石墨烯表面積大而且容易團(tuán)絮不易溶解分散，容易產(chǎn)生沉淀并且在氧化過程中和還原過程中表面易留有雜質(zhì)，所以要進(jìn)行表面活性處理使其更純凈，更好的進(jìn)行分散，并提高其材料的附著力與復(fù)合力。
3、表面活性處理液的配制
采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為45:55:12。
將石墨烯粉體、表面活性處理液依次投入攪拌反應(yīng)釜，石墨烯粉體與表面活性處理液的重量比例為1:1.5，即1公斤石墨烯粉體加入1.5公斤表面活性處理液，低速600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，再進(jìn)行高速2400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的石墨烯粉體混合液待用。石墨烯粉體的表面處理可增強(qiáng)其擴(kuò)散性，降低團(tuán)絮更好地與其他原材料進(jìn)行結(jié)合。
二、短切碳纖維的表面處理及碳纖維的選料
1、短切碳纖維的選料
選用聚丙烯晴碳纖維或酚醛纖維碳化制得的短切碳纖維，短切碳纖維是由碳纖維長絲經(jīng)纖維切斷機(jī)短切而成，具有高導(dǎo)電率、高模量、高強(qiáng)度，其技術(shù)指標(biāo)如下：碳含量94～96wt％，電阻率1.0～1.6ω·cm，長度4～8mm，纖維直徑5～10μm，拉伸模量200～300gpa，拉伸強(qiáng)度2000～4000mpa。
2、表面活性處理液的配制
采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為45:55:12。
將短切碳纖維、表面活性處理液一并投入攪拌反應(yīng)釜，短切碳纖維與表面活性處理液的重量比例為1:1.5，即1公斤短切碳纖維加入1.5公斤表面活性處理液，低速600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，再進(jìn)行高速2400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的短切碳纖維混合液待用。
三、植物纖維的處理
1、植物纖維的選料選用原木漿既環(huán)保，又有利于加工。
2、將植物纖維原木漿和水依次放入碎漿機(jī)中，植物纖維原木漿和水的重量比例為1:2.5，進(jìn)行高速2400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷闈{，攪拌后的植物纖維混合液待用。
四、取處理過的石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液和植物纖維混合液，植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液三者的重量比例為3:95:2。
先將石墨烯粉體混合液、植物纖維混合液和三分之一的短切碳纖維混合液在磨漿攪拌池中，再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.2％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，開動磨盤攪拌機(jī)進(jìn)行磨合攪拌。
將磨盤攪拌機(jī)的負(fù)荷電流調(diào)在滿負(fù)荷的狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)1小時。當(dāng)電流逐漸下降叩解度達(dá)到30°至40°sr時，并且觀察不到短切纖維后，將磨盤攪拌機(jī)電流調(diào)至最小，再將所剩短切碳纖維混合液的一半加入磨漿攪拌池中，并加入所剩短切碳纖維混合液重量一倍的水，繼續(xù)磨合攪拌1小時。再將磨盤攪拌機(jī)的磨合盤完全放開，將所剩短切碳纖維混合液全部加入。再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.2％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，磨合攪拌25分鐘后在加入助留劑、分散劑、挺硬劑繼續(xù)攪拌25分鐘后，全部放入成漿池。向成漿池中加入占所有物質(zhì)總量的4倍的水，并開動成漿池中的攪拌機(jī)，攪拌1小時后形成漿料，準(zhǔn)備抄紙。
其中，助留劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的0.8％，分散劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1.2％，挺硬劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的0.8％。
助留劑選用聚酰胺或聚氨酯，如：南海駿能造紙材料廠生產(chǎn)的助留劑、法國愛森造紙助留劑、德固賽造紙助留劑或美國亞斯蘭造紙助留劑等；分散劑選用聚乙烯醇或聚丙烯酸胺，具有一定的螫和能力，如：山東濰坊瑞光化工有限公司生產(chǎn)的wsp-5分散劑等；挺硬劑選用常規(guī)的造紙挺硬劑，如：泰安市鑫泉精細(xì)化工制造有限公司的造紙挺硬劑等。
五、造紙機(jī)帶水運(yùn)行，將造紙機(jī)中的毛毯潤濕，待造紙機(jī)的烘缸達(dá)到90～95℃時，將造紙機(jī)的運(yùn)行速度調(diào)到600～700轉(zhuǎn)/分鐘。
將漿料通過漿泵輸送到離地面3～5米高的成漿高位箱，并將水通過水泵輸送到離地面3～5米高的稀釋用水高位箱，打開兩個高位箱的閥門，以1:2的重量比例向低于兩個高位箱0.8米的稀釋混漿箱放入漿料和水進(jìn)行混合稀釋，混合稀釋后的紙漿通過連接混漿箱和造紙機(jī)網(wǎng)箱管道的閥門，將混合稀釋后的紙漿放入網(wǎng)箱，并調(diào)整流速開始上網(wǎng)抄紙，經(jīng)過毛毯傳送、烘缸烘干后，由卷紙設(shè)備成卷，得到所需要的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙。
本實施例可得到80～100克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙，其孔隙率為20～30％，導(dǎo)電方阻為3～8歐姆/平方厘米。當(dāng)抄制80克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙時，導(dǎo)電方阻為8歐姆/平方厘米；當(dāng)抄制100克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙，方阻為3歐姆/平方厘米。
實施例3
本實施例中，燃料電池電極多孔擴(kuò)散層材料石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙的制備方法如下：
一、石墨烯粉體的表面處理及石墨烯的選料
1、石墨烯粉體的選料
選用石墨烯粉體進(jìn)行表面活性處理，我國生產(chǎn)石墨烯得廠家眾多，比如：江蘇、青島、四川、東北、安徽等地均有石墨烯生產(chǎn)廠家。最好選用氧化石墨烯，因為氧化石墨烯具有含氧官能團(tuán)，易于溶于水或其他溶劑中，并且易于分散處理，可以與植物纖維、短切碳纖維進(jìn)行更好的復(fù)合。
其中，石墨烯粉體為3～6層的少層石墨烯，石墨烯粉體的厚度10nm以下，水平方向?qū)挾?0～15nm。
2、石墨烯的表面處理
由于石墨烯表面積大而且容易團(tuán)絮不易溶解分散，容易產(chǎn)生沉淀并且在氧化過程中和還原過程中表面易留有雜質(zhì)，所以要進(jìn)行表面活性處理使其更純凈，更好的進(jìn)行分散，并提高其材料的附著力與復(fù)合力。
3、表面活性處理液的配制
采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為55:45:8。
將石墨烯粉體、表面活性處理液依次投入攪拌反應(yīng)釜，石墨烯粉體與表面活性處理液的重量比例為1:2.5，即1公斤石墨烯粉體加入2.5公斤表面活性處理液，低速700轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，再進(jìn)行高速2600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的石墨烯粉體混合液待用。石墨烯粉體的表面處理可增強(qiáng)其擴(kuò)散性，降低團(tuán)絮更好地與其他原材料進(jìn)行結(jié)合。
二、短切碳纖維的表面處理及碳纖維的選料
1、短切碳纖維的選料
選用聚丙烯晴碳纖維或酚醛纖維碳化制得的短切碳纖維，短切碳纖維是由碳纖維長絲經(jīng)纖維切斷機(jī)短切而成，具有高導(dǎo)電率、高模量、高強(qiáng)度，其技術(shù)指標(biāo)如下：碳含量94～96wt％，電阻率1.0～1.6ω·cm，長度4～8mm，纖維直徑5～10μm，拉伸模量200～300gpa，拉伸強(qiáng)度2000～4000mpa。
2、表面活性處理液的配制
采用濃度為95wt％以上的乙醇、純凈水、硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行調(diào)制，配置的重量比例為55:45:8。
將短切碳纖維、表面活性處理液一并投入攪拌反應(yīng)釜，短切碳纖維與表面活性處理液的重量比例為1:2.5，即1公斤短切碳纖維加入2.5公斤表面活性處理液，低速700轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，再進(jìn)行高速2600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌時反應(yīng)釜保持溫度在50±5℃，攪拌后的短切碳纖維混合液待用。
三、植物纖維的處理
1、植物纖維的選料選用原木漿既環(huán)保，又有利于加工。
2、將植物纖維原木漿和水依次放入碎漿機(jī)中，植物纖維原木漿和水的重量比例為1:3.5，進(jìn)行高速2600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷闈{，攪拌后的植物纖維混合液待用。
四、取處理過的石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液和植物纖維混合液，植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液、短切碳纖維混合液三者的重量比例為2:95:3。
先將石墨烯粉體混合液、植物纖維混合液和三分之一的短切碳纖維混合液在磨漿攪拌池中，再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.3％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，開動磨盤攪拌機(jī)進(jìn)行磨合攪拌。
將磨盤攪拌機(jī)的負(fù)荷電流調(diào)在滿負(fù)荷的狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)2小時。當(dāng)電流逐漸下降叩解度達(dá)到30°至40°sr時，并且觀察不到短切纖維后，將磨盤攪拌機(jī)電流調(diào)至最小，再將所剩短切碳纖維混合液的一半加入磨漿攪拌池中，并加入所剩短切碳纖維混合液重量一倍的水，繼續(xù)磨合攪拌2小時。再將磨盤攪拌機(jī)的磨合盤完全放開，將所剩短切碳纖維混合液全部加入。再向磨漿攪拌池中放入占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量0.3％的漿內(nèi)施膠，漿內(nèi)施膠為水性液體酚醛樹脂，磨合攪拌35分鐘后在加入助留劑、分散劑、挺硬劑繼續(xù)攪拌35分鐘后，全部放入成漿池。向成漿池中加入占所有物質(zhì)總量的5倍的水，并開動成漿池中的攪拌機(jī)，攪拌2小時后形成漿料，準(zhǔn)備抄紙。
其中，助留劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1.5％，分散劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的2％，挺硬劑占植物纖維混合液、石墨烯粉體混合液和短切碳纖維混合液總重量的1.5％。
助留劑選用聚酰胺或聚氨酯，如：南海駿能造紙材料廠生產(chǎn)的助留劑、法國愛森造紙助留劑、德固賽造紙助留劑或美國亞斯蘭造紙助留劑等；分散劑選用聚乙烯醇或聚丙烯酸胺，具有一定的螫和能力，如：山東濰坊瑞光化工有限公司生產(chǎn)的wsp-5分散劑等；挺硬劑選用常規(guī)的造紙挺硬劑，如：泰安市鑫泉精細(xì)化工制造有限公司的造紙挺硬劑等。
五、造紙機(jī)帶水運(yùn)行，將造紙機(jī)中的毛毯潤濕，待造紙機(jī)的烘缸達(dá)到90～95℃時，將造紙機(jī)的運(yùn)行速度調(diào)到600～700轉(zhuǎn)/分鐘。
將漿料通過漿泵輸送到離地面3～5米高的成漿高位箱，并將水通過水泵輸送到離地面3～5米高的稀釋用水高位箱，打開兩個高位箱的閥門，以1:3的重量比例向低于兩個高位箱1.2米的稀釋混漿箱放入漿料和水進(jìn)行混合稀釋，混合稀釋后的紙漿通過連接混漿箱和造紙機(jī)網(wǎng)箱管道的閥門，將混合稀釋后的紙漿放入網(wǎng)箱，并調(diào)整流速開始上網(wǎng)抄紙，經(jīng)過毛毯傳送、烘缸烘干后，由卷紙設(shè)備成卷，得到所需要的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙。
本實施例可得到80～100克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙，其孔隙率為20～30％，導(dǎo)電方阻為5～10歐姆/平方厘米。當(dāng)抄制80克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙時，導(dǎo)電方阻為10歐姆/平方厘米；當(dāng)抄制100克/平方米的石墨烯碳素纖維導(dǎo)電紙，方阻為5歐姆/平方厘米。