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

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%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Z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，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；

（3）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；

（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ZG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！