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浅谈台湾碳能碳布作为燃料电池阴极的处理方法

理化香港公司发布时间:2019/09/03 10:09 点击: 加载中..

碳布一般采用PAN聚丙烯腈作为原料加以纺织,再经过高温处理而成。台湾碳能生产的W0S1009碳布是基础型碳布,呈弱疏水性,一般用作材料生长或负载的基底。如果有需要,可以采用不同方法如化学法、物理法,将疏水性碳布改性成亲水性碳布。台湾碳能生产的W1S1009碳布是处理型碳布,呈强疏水性,在W0S1009基础型碳布表面涂布了微孔层MPLPTFE,增强透气性,一般用作各类燃料电池如氢燃料电池的空气阴极。

9.1.1.jpg

如果客户希望将碳布用作燃料电池阴极,可以直接购买W1S1009碳布,自己负载催化剂层C即可,如果购买W0S1009碳布,除了负载催化剂层C外,还需要在碳布另外一面负载碳基底层A和气体扩散层B。简要方法如下,文献参考:Cheng, S.; Liu, H.; Logan, B. E. (2006), Electrochemistry Communications 8, 489-494.

A(碳基底层)、BPTFE即特氟龙扩散层)、CPt/C催化剂层)。下面就ABC的制作分别阐述: 

9.1.2.png

A:涂覆碳基底

1. 用小刀裁剪碳布4*8 cm(两块4*4 cm的阴极);

2. 按照1cm2碳布负载1.56 mg的标准,用电子天平称量50mg炭黑;

3. 按照1 mg炭黑对应12 uL 40%PTFE(特氟龙,聚四氟乙烯)的标准,用移液器取600 uL

4. 将称量的炭黑加入一个小塑料瓶,放入6-8颗小玻璃珠,加入移取的PTFE,盖上瓶盖,摇晃20s,形成悬浮液;

5. 用刷子将悬浮液涂覆在碳布的一面,注意动作轻慢,避免炭黑进入碳布的另一面;

6. 将涂覆有炭黑的碳布放入一个硬纸板上,静置2h自然干燥,或者用一个电吹风加速;

7. 将自然干燥的碳布放在一个预热到370摄氏度炉子里面的高温陶瓷板上(注意一定要戴高温手套,避免烧伤),加热20-30 min

8. 将高温陶瓷板从炉中拿出来,让碳布自然冷却,或者将炉关闭,炉门打开,缓慢降温;由于碳布上已经涂布了PTFE,碳布会变得更卷曲,这是正常现象

B.涂覆扩散层(PTFE,即特氟龙,聚四氟乙烯)

(1)充分摇晃60%PTFE,保证这种悬浮液充分混匀;

(2)将摇匀的60%PTFE溶液均匀涂覆在刚才的碳布那面;

(3)用毛刷去除任何气泡或大块PTFE

(4)空气干燥5-10 min,干燥时涂覆面颜色变白;

(5)将涂覆有PTFE的碳布放入炉中370摄氏度加热10-15 min

(6)将其自然冷却,颜色会变成亮黑色;

(7)再重复步骤(1-53次,使得PTFE涂层一共有4层,这是最适宜的扩散层厚度;

(8)用剪刀裁剪出12cm2的圆形阴极碳布,或者用一个小铁锤击打木板模具获得这种12cm2的圆形阴极碳布;

C. 涂覆Pt/C催化剂

(1)称量10%Pt/C催化剂,确保1cm2的碳布碳布有0.5 mgPt,比如12cm2的碳布需要6 mg Pt,需要60 mgPt/C催化剂;

(2)将称量好的Pt/C催化剂放入一个塑料瓶中,按照1mg Pt/C催化剂配比0.83 uL的蒸馏水的比例,如60 mgPt/C催化剂需要50 uL的蒸馏水。将蒸馏水逐滴滴加到塑料瓶中,加6-8颗玻璃珠,摇晃20 s.这个步骤叫做Pt催化剂的水处理

注意:如果水的量不够,或者没有摇匀,会使得PtNafion膜中的乙醇反应,导致放热甚至起火;

(3)按照1 mgPt/C催化剂加入6.67 uLNafion溶液和3.33 uL的异丙醇比例,比如60 mgPt/C催化剂需要加入400 uL5%Nafion溶液和200 uL的异丙醇;

(4)将调好的糊状物涂覆在碳布的扩散层(PTFE)的另一面;

(5)将涂覆好的碳布空气干燥至少24h,或者用电吹风的低档加热以加速。

理化香港公司是台湾碳能CeTech公司在中国大陆地区的总代理。供应质量优异的碳纸、碳布、碳毡等产品,可以用于燃料电池膜组件、电极材料制备、纳米材料基底合成等研究方向。此外,还供应各类微生物燃料电池MFC反应器。欢迎大家垂询!

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