技术领域
[0001] 本
发明涉及
燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法及装置。
背景技术
[0002] 气体扩散层包括碳纸及涂布于碳纸一侧的微孔层，将微孔浆料涂布在碳纸上之前，需要对碳纸进行疏
水预处理，目前碳纸制备预处理的方法一般通过常压浸渍的方法对碳纸进行预处理，但是这种方法存在
缺陷，通过常压浸渍方法对碳纸进行处理时，碳纸内部存在的空气无法排出，导致此方法难以实现疏水材料完全均一分布。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法及装置，解决
现有技术中疏水材料在碳纸上分布不均匀的技术问题。
[0004] 为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0005] (1)通过疏水溶液对碳纸进行浸渍；
[0007] 与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过对碳纸的一端进行负压抽滤，使得疏水溶液会持续的从碳纸透过，且负压能将碳纸内的气体抽出，使得疏水材料能均匀分布于碳纸内。
附图说明
[0008] 图1是本发明燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理
流程图；
[0009] 图2是本发明燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理装置的结构示意图；
[0010] 图3是图2中A处的局部放大示意图；
[0011] 图4是本发明中夹具组件1的三维示意图；
[0012] 图5是现有技术通过常压浸渍预处理的碳纸的截面疏水材料分布图；
[0013] 图6是使用本发明所述的预处理方法处理的碳纸的截面疏水材料分布图。
具体实施方式
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0015] 本发明提供了一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法，如图1至6所示，包括如下步骤：
[0016] (1)通过疏水溶液对碳纸进行浸渍；
[0017] (2)对碳纸的一端进行负压抽滤。
[0018] 本发明还提供了一种用于燃料电池气体扩散层用碳纸预处理的装置，其特征在于，包括：
[0019] 夹具组件，所述夹具组件内部空心；
[0020] 微孔板，所述微孔板内置于所述夹具组件且将所述夹具组件的内部的空腔分隔成上方的第一空腔、下方的第二空腔，且所述微孔板开设有多个第一通孔，所述第一通孔的一端与所述第一空腔相连通、另一端与所述第二空腔相连通；
[0021] 负压组件，包括抽吸
泵，所述
抽吸泵的进液端与所述第二腔室相连通。
[0022] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的具体制备方法进行详细说明。
[0023] 实施例一：
[0024] 一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0025] (1)通过疏水溶液对碳纸进行浸渍；
[0026] (2)对碳纸的一端进行负压抽滤；
[0027] (3)去除碳纸表面残留的疏水溶液；
[0029] (5)得到的碳纸按照步骤(1)到步骤(4)的方法重复处理至少一次。
[0030] 优选的，所述碳纸的厚度为110μm-390μm，孔隙率为60％-90％，进一步优选的，碳纸的厚度为200μm，孔隙率为75％。
[0031] 优选的，所述疏水溶液为含有疏水材料的
质量浓度为0.1wt％-40wt％的溶液，所述疏水材料包括PTFE、PDDA、PVDF、FEP、ETFE中的一种或两种以上。
[0032] 优选的，所述步骤(2)中所述的浸渍时间为1s-120s。
[0033] 优选的，所述步骤(2)中负压抽滤的
真空度大小为30kPa-60kPa，负压抽滤持续时间为1s-20s，进一步优选的，所述真空度的大小为45KPa，负压抽滤持续时间5s。
[0034] 优选的，步骤(3)中去除残留疏水溶液的方法为真空抽滤、
滤纸擦去以及氮气吹扫中的一种。
[0035] 优选的，步骤(4)中所述气体扩散层的干燥方式为热空气、红外、
微波中的一种或两种以上，步骤(4)中所述气体扩散层的干燥
温度为30℃-120℃，干燥时间为30min-120min。
[0036] 优选的，步骤(4)中所述气体扩散层的烧
结温度为200℃-380℃，烧结时间为30min-120min，烧结所用的环境气氛为空气氛、
氧气氛、氮气氛、氩气氛中的一种或两种以上混合。
[0037] 实施例二：
[0038] 一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0039] (1)分别称量50g的60％PTFE乳液(上海河森电气有限公司)、250g去离子水到烧杯中进行超声分散30min，对超声分散处理得到的混合物以8000rpm搅拌60min，即得到疏水溶液，搅拌使用的是高速分散机(德国IKA公司，T25数显型)以8000rpm搅拌60min。
[0040] (2)将疏水溶液完全浸渍在碳纸的表面，通过真空抽滤使疏水溶液持续透过气体扩散层，保持疏水溶液不间断，抽滤时间为5s，此时保持真空负压为60kPa。
[0041] (4)取出浸渍后的碳纸，用滤纸小心擦去表面残留的疏水溶液；
[0042] (5)将碳纸放入烘箱中在80℃下干燥30min；
[0043] (5)将干燥后的碳纸放入250℃的烘箱中保持30min，然后以2℃/s的速度加热至350℃继续保持30min，即制得疏
水处理后的碳纸，在加热时使用的环境气氛为氮气氛。
[0044] (6)按照步骤(1)到步骤(5)的方法重复处理碳纸一次。
[0045] 实施例三：
[0046] 一种燃料电池气体扩散层用碳纸的预处理方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0047] (1)分别称量50g的60％PTFE乳液(上海河森电气有限公司)、150g去离子水到烧杯中进行超声分散30min，对超声分散处理得到的混合物以8000rpm搅拌60min，即得疏水溶液，搅拌使用的是高速分散机(德国IKA公司，T25数显型)。
[0048] (2)将疏水溶液完全浸渍在碳纸的表面，通过真空抽滤使疏水溶液持续透过气体扩散层，保持疏水溶液不间断，抽滤时间为5s，此时保持真空负压为60kPa。
[0049] (3)取出气体扩散层样品，用滤纸小心擦去表面残留的疏水溶液
[0050] (4)将碳纸放入烘箱中在80℃下干燥30min。
[0051] (5)将干燥后的碳纸放入250℃的烘箱中保持30min，然后以2℃/s的速度加热至350℃继续保持30min，即制得疏水处理后的碳纸，在加热时使用的环境气氛为氮气氛。
[0052] (6)按照步骤(1)到步骤(5)的方法重复处理碳纸一次。
[0053] 实施例三：
[0054] 如图2至4所示，本发明还提供了一种用于燃料电池气体扩散层用碳纸预处理的装置，其特征在于，包括夹具组件1、微孔板2、负压组件3、一储液罐4、循环组件5，夹具组件1的内部空心；夹具组件1包括下模11、上模12，下模11的内部空心且一端开口，上模12的内部空心且一端开口，上模12的开口端密封连接于下模11的开口端，下模11、上模12合围形成有一空腔。
[0055] 优选的，下模11的上端面向内凹陷形成有四个
螺纹孔、一固定槽，所述固定槽与下模11同轴设置，上模12相对所述
螺纹孔开设有四个固定孔，所述固定孔与所述螺纹孔一一对应设置，夹具组件1还包括四个螺钉13、
密封圈14，螺钉13与所述螺纹孔一一对应设置，螺钉13穿过相对应的固定孔并
螺纹连接于所述螺纹孔，密封圈14配合嵌设于所述固定槽，且密封圈14抵接于上模12。
[0056] 微孔板2内置于夹具组件1且将夹具组件1的内部的空腔分隔成上方的第一空腔、下方的第二空腔，且微孔板2开设有多个第一通孔，所述第一通孔的一端与所述第一空腔相连通、另一端与所述第二空腔相连通。
[0057] 优选的，微孔板2内置于下模11且连接于下模11的内壁，多个第一通孔位于一方形区域内。
[0058] 负压组件3，包括抽吸泵31，抽吸泵31的进液端与所述第二腔室相连通，优选的，负压组件3还包括一第一进液管道32、第一出液管道33，第一进液管道32的一端与抽吸泵31的进液端相连通、另一端与下模11相连通，且连通处位于下模11的底部；第一出液管道33的一端与抽吸泵31的出液端相连通。
[0060] 储液罐4与抽吸泵31的出液端相连通，优选的，储液罐4与第一出液管道33的另一端相连通。
[0061] 循环组件5包括
循环泵51，循环泵51的进液端与储液罐4相连通、出液端与上模12相连通。
[0062] 优选的，循环组件5还包括第二进液管道52、第二出液管道53，第二进液管道52的一端与循环泵51的进液端相连通、另一端与储液罐4相连通；第二出液管道53的一端与循环泵51的出液端相连通、另一端与上模12相连通，且连通处靠近上模12的顶部设置。
[0063] 本发明的具体工作流程：将上模12取下，将碳纸放置于微孔板2上，碳纸的完全
覆盖所述方形区域，并遮挡全部的第一通孔，将上模12通过螺钉13密封连接于下模11，启动抽吸泵31，在抽吸泵31的负压吸
力的作用下，碳纸上方的疏水溶液以渗透的方式持续通过碳纸，然后经第一进液管道32、抽吸泵31、第一出液管道33进入储液罐4，启动循环泵51，循环泵51将储液罐4内的疏水溶液不停的泵入上模12内，使得上模12内的疏水溶液始终浸没碳纸，持续循环泵51、抽吸泵31持续工作一段时间后，将碳纸取出进行下一个碳纸用滤纸小心擦去表面残留的疏水溶液，将碳纸放入烘箱中干燥，将干燥后的碳纸放入烘箱进行烧结处理。
[0064] 本发明通过设置微孔板2，将上模12、下模11分隔开，通过抽吸泵31对微孔板2的一端进行抽吸疏水溶液以渗透的方式持续通过碳纸，碳纸内的气体在抽吸泵31的负压下吸出，使得疏水材料能均匀分布于碳纸中；
[0065] 图5、图6中
颜色较淡的为疏水材料，颜色较深的为碳纸，通过对比图5、图6可知，通过本发明预处理的碳纸中疏水材料的分布更均匀，而通过现有技术预处理的碳纸中疏水材料分布不均匀。
[0066] 本发明在对碳纸进行预处理时，无需处于真空的环境下，操作的设备也比较简单，便于大规模的、连续化的生产。
[0067] 本发明在对碳纸进行预处理时，无需在真空环境下完成浸渍、取样、干燥、烧结等步骤，能够满足连续化生产的要求，有效地提高了制备效率。
[0068] 以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与
变形，均应包含在本发明
权利要求的保护范围内。
