[發(fā)明專利]一種提高燃料電池中氣體擴散層彎曲強度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010520576.2
• 申請日: 2010-10-26
• 公開（公告）號: CN102456886A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田丙倫
• 申請（專利權(quán)）人: 上海攀業(yè)氫能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種提高燃料電池中氣體擴散層彎曲強度的方法。

背景技術(shù)

PEMFC電極是一種氣體擴散電極，PEMFC電極是一種多孔的氣體擴散電極，而氣體擴散層是電極的重要組成材料。常用的氣體擴散層材料有碳纖維紙、碳纖維編織布、非織造布及碳黑紙等。其中碳纖維紙是一種廣泛應(yīng)用于電極中的氣體擴散層材料，PEMFC它必須滿足以下性能要求：(1)均勻的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，賦予它優(yōu)異的透氣性能；(2)低的電阻率，賦予它高的電子傳導(dǎo)能力；(3)結(jié)構(gòu)緊密且表面平整，減小接觸電阻，提高導(dǎo)電性能；(4)具有一定的機械強度，利于電極的制作，提供長期操作條件下電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；

如Toray公司和Ballard公司的碳纖維紙既在機械性能上達到了一定的強度，同時也保持著良好的電學(xué)、熱學(xué)性能和氣體透過率。多種穩(wěn)定性能及其高性價比是碳纖維紙目前發(fā)展的主要方向。

但是碳紙在實際應(yīng)用過程中也有缺點，如容易折斷，抗壓性能不好，壓縮后結(jié)構(gòu)變形，回彈力差，可循環(huán)性不好，電池裝配后基本上是一次性使用，很難反復(fù)再用。

碳纖維編織布、非織造布作為一種容易彎曲氣體擴散材料同碳紙相比具有非常多的優(yōu)點，如容易彎曲，不容易折斷，抗壓性能好，不容易折斷，回彈力好，可以反復(fù)使用。此外還有碳布生產(chǎn)過程簡單，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)操作等優(yōu)點。

但是碳布固有的柔軟特性使其在電池中的應(yīng)用大受限制，目前代表性的公司E-TEK曾使用碳布作為電池擴散層在小面積的電極中應(yīng)用，是一種將擴散層電極同膜熱壓在一起的MEA電極，擴散層材料很容易彎曲。雖然碳布上也擔載了PTFE同碳粉的微孔層，一般擔載量在3-5mg/cm²，其主要目的是用來提高燃料電池的性能，對柔軟的碳布增強作用不大。

目前燃料電池應(yīng)用中，更多是采用一種CCM同擴散層材料依靠機械組裝力的作用壓在一起，如果擴散層材料過軟，勢必造成電池流道部分因為缺少機械壓力CCM電極同擴散層材料之間的結(jié)合力不好，造成接觸電阻增加。眾多科研工作者因為碳布柔軟，容易彎曲，不利于電極材料之間的電接觸，一般不選碳布作為燃料電池的氣體擴散材料。

如果采用碳布作為燃料電池的擴散層材料，就應(yīng)當對材料進行增強方法很多，如使用金屬網(wǎng)增強，加入固化膠進行增強等。但考慮到燃料電池的應(yīng)用環(huán)境，燃料電池擴散層的孔結(jié)構(gòu)對燃料電池的電性能影響等，上述提到的方法已經(jīng)不能做燃料電池氣體擴散層，或者是不經(jīng)濟的，應(yīng)用價值不大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不影響燃料電池性能的提高燃料電池中氣體擴散層彎曲強度的方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種提高燃料電池中氣體擴散層彎曲強度的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)首先對氣體擴散層浸漬疏水乳液，烘干并灼燒固化，得到處理好的氣體擴散層；

(2)在處理好的氣體擴散層上擔載碳粉-樹脂混合漿料，然后進行烘干并灼燒固化；

(3)對擔載有碳粉-樹脂混合漿料的氣體擴散層進行熱壓處理，即得到高彎曲強度的氣體擴散層。

所述的氣體擴散層為厚度0.1～0.6mm的碳纖維紡織布或碳纖維無紡布。

所述的疏水乳液為濃度為5～60wt％的PTTE乳液。

所述的碳粉-樹脂混合漿料的擔載量為12.1～100mg/cm²。

所述的碳粉-樹脂混合漿料中的碳粉為導(dǎo)電碳粉或石墨粉，粒徑在15納米～45微米之間。

所述的碳粉-樹脂混合漿料中的樹脂為疏水性樹脂，包括市售PTFE樹脂、FEP樹脂或PVDF樹脂。

所述的烘干的溫度為70～90℃。

所述的灼燒固化的溫度為200～380℃。

所述的熱壓處理的溫度為170～360℃，壓力為30～300kg/cm²。

所述的熱壓處理的溫度為200～300℃，壓力為60～200kg/cm²。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在保證滿足燃料電池對擴散層的要求，不影響燃料電池性能發(fā)揮，使得碳纖維布作為一種優(yōu)越的導(dǎo)電材料能作為擴散層材料成功應(yīng)用在燃料電池中，其在彎曲強度已經(jīng)完全可以替代碳紙，可以作為增強的擴散層材料在電池中進行實際應(yīng)用而不影響燃料電池電極性能發(fā)揮。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。