[實用新型]質子交換膜燃料電池的氣體擴散層

有效

• 申請號: 201320425225.2
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN203481322U
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 陳佳;顧軍;鄒志剛;黃林;徐曉燕;張峰;雷一杰;朱守圃
• 申請（專利權）人: 南京大學昆山創新研究院;昆山桑萊特新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

技術領域

本實用新型屬于質子交換膜燃料電池，具體涉及質子交換膜燃料電池的氣體擴散層。

背景技術

氣體擴散層是質子交換膜燃料電池的重要核心部件之一，在膜電極中起到水氣傳輸、支撐催化層及收集電流的作用，因此，在質子交換膜燃料電池中起著關鍵性作用。氣體擴散層組成包括基底與微孔層。目前，國內外燃料電池用氣體擴散層的基底多采用碳纖維制備碳紙或碳布，將基底進行疏水、整平等預處理后，在其表面制備微孔層，制備方式主要由絲印、刮涂、噴涂等工藝。該方法制備的氣體擴散層基底制備工藝繁瑣，價格較高，進口價格每平方米約為300美金，且碳紙市場大部分被日本Toray?公司、德國SGL公司、加拿大Ballard公司占領，嚴重影響國內擴散層的發展。

現有技術中，專利公開號CN101140990A、名稱為一種電極氣體擴散層在質子交換膜燃料電池的應用，采用金屬網擔載碳粉和疏水有機化合物，作為電極氣體擴散層。制備方法為將金屬網的一側或兩側表面用碳粉及疏水有機化合物整平，經過在惰性氣體保護下290-380℃高溫處理，得到電極氣體擴散層。其中微孔層的制備方式為采用噴涂、浸漬涂布、刮涂或絲網印刷的方法直接制備于基底表面，并一起焙燒。存在不足之處：①該技術采用金屬網擔載碳粉的方法對金屬表面進行處理，由于金屬網表面比較光滑，碳粉粘附力不強，容易脫落，使用過程中在水及大氣流的沖擊下，使得碳粉更易剝落，剝落的碳粉則容易堵塞微孔層氣孔，影響膜電極水氣傳輸，進而影響膜電極性能。②該技術的金屬基底需進行疏水處理，一方面疏水處理需高溫燒結，且為防止金屬基底在高溫條件下氧化需通入惰性氣體保護，工藝復雜，耗時較久，不利于生產；另一方面疏水處理會降低金屬網的導電性。③該技術采用在金屬網表面直接噴涂、浸漬涂布、刮涂或絲網印刷的方法制備微孔層，首先，該方法對金屬網的孔徑要求較高，孔徑不可過大，否則漿料容易發生滲漏；其次，金屬網需與微孔層一起進行二次燒結，在不通用氣氛的條件下，可能會導致部分氧化；再次，直接在金屬網上制備微孔層，操作麻煩，不利于生產。專利公開號CN1323455C、名稱為一種電化學發電裝置中導電與氣體擴散層材料的制作方法，工藝步驟為：（1）選取有機薄膜作為粘結劑，在膜下墊一層金屬或非金屬絲網加熱；（2）將聚丙烯晴基的碳纖維均勻的散落在步驟（1）的處于半熔融態的有機薄膜上熱壓，形成結構材料-擴散層；（3）將導電粉與所需的其他材料混合成導電粉漿料，用印刷的方法將導電粉漿料均勻地轉移到步驟（2）目的物---?擴散層一面或兩面上烘干；（4）將步驟（3）目的物的一片或多片熱壓加壓，制成導電與氣體擴散層材料。其擴散層基底材料為碳纖維材料。存在不足之處：①該技術采用碳纖維材料作為基底，價格較高，且碳纖維材料主要為碳紙或碳布，使用過程中極易損壞，且對運輸過程要求較高。專利公開號CN102082277?B、一種用于燃料電池的金屬氣體擴散層及其制備方法，主要內容為：通過真空高溫燒結的方法制備不銹鋼短纖維燒結氈，然后采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術在經過預處理的不銹鋼短纖維燒結氈上一次制備得到鉻層和石墨層，再采用聚四氟乙烯對鍍膜不銹鋼短纖維燒結氈整體進行憎水處理，最后采用超聲震蕩方法進行表面碳粉涂覆，得到用于燃料電池的金屬氣體擴散層。存在不足之處：該方法制備的金屬基體操作復雜，在金屬纖維上采用離子鍍制備隔層和石墨層，價格較高。聚四氟乙烯對金屬表面進行疏水處理，會影響金屬的導電性。

實用新型內容

本實用新型旨在克服現有技術的缺陷，提供了質子交換膜燃料電池用氣體擴散層，具有工藝簡單，操作方便的優點。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了如下的技術方案：

質子交換膜燃料電池的氣體擴散層，包括基底與微孔層，所述基底為多孔金屬網，所述多孔金屬網表面設有電鍍層，所述多孔金屬網孔徑為0.076-0.4毫米，多孔金屬網厚度為0.01-0.4毫米；所述微孔層由炭黑漿料涂覆于碳纖維織物表面，基底與微孔層重疊后通過壓合為一體。

所述多孔金屬絲網為沖孔網、編織網、拉伸網、激光打孔網、線切割網、粉末冶金網、鑄造網、注塑網、泡沫網中的一種。

所述多孔金屬網材質為鈦、鎳、不銹鋼、金、銀網、激光打孔鈦板、鎳板中的一種。

所述電鍍層表面為：鍍碳、鈦、氮化鈦、氮化鉻、碳氮化鉻、金、黑鋅、黑鎳中的一種。

質子交換膜燃料電池的氣體擴散層的制備方法，包括如下步驟：

（1）對多孔金屬網表面進行表面處理；