[發明專利]一種燃料電池用獨立式微孔層及其制備方法和膜電極、燃料電池

在審

• 申請號: 202310366085.4
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116314905A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 周小春;文青林
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01M8/0234
• 分類號: H01M8/0234;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

1.一種燃料電池用獨立式微孔層，其特征在于，由碳納米管、基礎碳材料和疏水處理劑組成；

所述碳納米管為所述獨立式微孔層提供了支持結構，所述基礎碳材料作為所述獨立式微孔層的骨架并為所述獨立式微孔層提供多孔結構，所述疏水處理劑為所述獨立式微孔層提供了疏水性支持。

2.根據權利要求1所述的燃料電池用獨立式微孔層，其特征在于，以質量百分比計，所述分立式由微孔層由碳納米管0～20％、基礎碳材料50～80％和疏水處理劑5～30％組成。

3.根據權利要求1或2所述的燃料電池用獨立式微孔層，其特征在于，所述碳納米管包括單壁碳納米管(SWCNT)和/或多壁碳納米管(MWCNT)；所述基礎碳材料為線狀碳材料，包括多壁碳納米管、晶須碳納米管、碳納米纖維中的任一種或幾種；所述疏水處理劑為含氟聚合物，包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、氟化乙丙共聚物(FEP)中的任一種。

4.一種如權利要求1-3任一項所述的燃料電池用獨立式微孔層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.分散液的制備：分別將碳納米管、基礎碳材料分散于水中，并加入表面活性劑，形成碳納米管分散液和基礎碳材料分散液；

S2.漿料的制備：將所述碳納米管分散液、所述基礎碳材料分散液和疏水處理劑混合，超聲分散后得到漿料；

S3.獨立式微孔層的成膜：將S2制備得到的所述漿料抽濾后得到碳膜，剝離后干燥處理得到膜狀的所述獨立式微孔層。

5.根據權利要求4所述的燃料電池用獨立式微孔層的制備方法，其特征在于，S1中，所述碳納米管分散液和所述基礎碳材料分散液的濃度均為0.1～10mg/mL；所述疏水處理劑的濃度為6～30wt％；

所述表面活性劑為烷基葡糖苷、吐溫或者聚乙二醇辛基苯基醚中的任一種。

6.一種獨立式微孔層膜電極，具有可拆卸的組裝結構；包括如權利要求1-3任一項所述的獨立式微孔層或權利要求4或5所述的制備方法制備得到的獨立式微孔層作為氣體擴散層。

7.如權利要求6所述的獨立式微孔層膜電極，其特征在于，所述氣體擴散層包括所述獨立式微孔層和基底層，所述氣體擴散層分設于催化劑涂覆離子交換膜的兩側；所述獨立式微孔層膜電極具有所述獨立式微孔層-所述基底層-所述催化劑涂覆離子交換膜-所述基底層-所述獨立式微孔層結構。

8.如權利要求6所述的獨立式微孔層膜電極，其特征在于，所述可拆卸的組裝結構包括將所述獨立式微孔層-所述基底層-所述催化劑涂覆離子交換膜-所述基底層-所述獨立式微孔層進行熱壓形成一體化結構，或不熱壓直接組裝使用。

9.如權利要求8所述的獨立式微孔層膜電極，其特征在于，所述可拆卸的組裝結構的拆卸方式包括將所述獨立式微孔層膜電極的組件直接機械拆卸或者用水浸泡后拆除。

10.一種燃料電池，包括如權利要求1-3任一項所述的獨立式微孔層或權利要求4或5所述的制備方法制備得到的獨立式微孔層；或包括如權利要求6-8任一項所述的獨立式微孔層膜電極；所述燃料電池中老化使用后，所述獨立式微孔層可多次重復利用。