浅谈台湾碳能碳布作为燃料电池阴极的处理方法

    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:涂覆碳基底层
用小刀裁剪碳布4*8 cm(两块4*4 cm的阴极);按照1cm2碳布负载1.56 mg的标准,用电子天平称量50mg炭黑;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;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;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;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;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;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)
充分摇晃60%的ptfe,保证这种悬浮液充分混匀;将摇匀的60%ptfe溶液均匀涂覆在刚才的碳布那面;用毛刷去除任何气泡或大块ptfe;空气干燥5-10 min,干燥时涂覆面颜色变白;将涂覆有ptfe的碳布放入炉中370摄氏度加热10-15 min;将其自然冷却,颜色会变成亮黑色;再重复步骤(1)-(5)3次,使得ptfe涂层一共有4层,这是最适宜的扩散层厚度;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
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;将称量好的pt/c催化剂放入一个塑料瓶中,再按照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;
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;将调好的糊状物涂覆在碳布的扩散层(ptfe)的另一面;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商。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!