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浅谈中国台湾碳能碳布作为燃料电池阴极的处理方法

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2019/9/3 10:17:39

    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。中国台湾碳能生产的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。中国台湾碳能生产的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MPL和PTFE,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。 

    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)、B(PTFE即特氟龙扩散层)、C(Pt/C催化剂层)。下面就ABC的制作分别阐述:

A:涂覆碳基底

B.涂覆扩散层(PTFE,即特氟龙,聚四氟乙烯)

  1. 充分摇晃60%的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)-(5)3次,使得PTFE涂层一共有4层,这是适宜的扩散层厚度;
  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%的Pt/C催化剂,确保1cm2的碳布碳布有0.5 mg的Pt,比如12cm2的碳布需要6 mg Pt,需要60 mg的Pt/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 mg的Pt/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Pt与Nafion膜中的乙醇反应,导致放热甚至起火;

  1. 按照1 mg的Pt/C催化剂加入6.67 uL的Nafion溶液和3.33 uL的异丙醇比例,比如60 mg的Pt/C催化剂需要加入400 uL的5%的Nafion溶液和200 uL的异丙醇;
  2. 将调好的糊状物涂覆在碳布的扩散层(PTFE)的另一面;
  3. 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。

    理化香港公司是中国台湾碳能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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