[發明專利]一種燃料電池用氣體擴散層胚體的制備方法

有效

• 申請號: 201410253715.8
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104009245A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 程立明;魏廣科
• 申請（專利權）人: 江蘇綠遙燃料電池系統制造有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 北京天平專利商標代理有限公司 11239
• 代理人: 王雅輝

技術領域

本發明涉及一種燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池用氣體擴散層胚體的制備方法。

背景技術

燃料電池作為一種高效、環境友好的發電裝置，在基站電源、中小型電站、電動車、備用電源、便攜電源等方面，具有廣闊的應用前景。燃料電池可以分為質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融鹽燃料電池、微生物燃料電池、生物燃料電池等。燃料電池主要由端板、集電板、雙極板、膜電極（MEA）等組成。其中膜電極是燃料電池的核心部件，其主要有氣體擴散層、聚合物電解質膜和催化劑構成，聚合物電解質膜的一側具有陽極催化劑，相對側具有陰極催化劑。涂有催化劑的聚合物電解質膜夾在一對氣體擴散層之間，形成膜電極。?

?氣體擴散層在膜電極的性能表現中占有舉足輕重的作用，主要起電流的收集、對聚合物電解質和催化劑的支撐，在膜電極對水、氣和熱管理等方面具有重要作用。例如，作為用于使反應物氣體擴散到陽極和陰極層的擴散體，同時將產物水排到膜電極外表面。氣體擴散層還具有良好導熱作用，有利于MEA處產生的熱量散失。?傳統的氣體擴散層胚體機械強度差致使對聚合物電解質膜和催化劑的支撐不好；由于工藝技術原因對氣體擴散層胚體的厚度控制誤差較大，導致氣體擴散層與催化劑接觸和與雙極板接觸均不好，造成接觸電阻增大，致使電堆性能較差；由于工藝的技術原因造成氣體擴散層胚體的孔徑分布不均一，孔隙分布不均勻，造成氣體擴散層的透氣性和排水性能較差，導致膜電極的性能差，而且不穩定。目前燃料電池擴散層胚體制造方法有兩種，一種是通過濕法造紙技術使用抄紙工藝制造，一種是采用干法造紙工藝制造。濕法造紙工藝缺點：厚薄不均勻，厚薄均勻度誤差在±0.02毫米，導致使用該胚體制造燃料電池擴散層時，難以保證擴散層的表面平整度，使擴散層接觸電阻增大，影響燃料電池性能。胚體厚度難以控制。干法工藝缺點：胚體強度低，擴散層承壓能力差，不利于燃料電池組裝，燃料電池運行壽命低。無論是濕法工藝還是干法工藝，都存在制造工藝可重復性差的缺點，難以保證大規模制造擴散層時品質一致性，進而影響燃料電池產業化。

公開號為CN?102106027A?的發明專利公開一種氣體擴散層，具有結構化親水物，親水疇通過疏水疇隔開。該方案主要解決的是膜片和相鄰的催化劑層必要的濕度保持以及所形成的水的排出之間的平衡問題，不能解決氣體擴散層的機械強度及厚度控制問題。

公開號為CN?103299463A的發明專利公開一種氣體擴散電極，氣體擴散電極包括相互設置的氣體擴散層和反應層，其中氣體擴散層層由以下方法制備?：i）混合?a）犧牲材料（sacrificial?material）、b）聚合物和?c）金屬基材料以及?d）可選的進一步的組分，其中所述犧牲材料具有低于約?275℃的釋放溫度并以根據混合的?a)-d)?的總質量的約?1?wt%?至約?25?wt%?的量添加?；ii）由步驟?i）的混合物形成擴散層?；iii）加熱形成的擴散層至低于約?275?℃的溫度，從而從該擴散層釋放至少一部分的所述犧牲材料。該方案主要解決的是改善電極的疏水性和導電性，具有較低的電位、改進的穩定性和電流分布，但是不能解決擴散層機械強度及厚度控制問題。

公開號為CN?1989641A的發明公開一種氣體擴散基材的制備方法，將石墨顆粒和疏水聚合物的懸浮液相混合以形成第一漿體，將石墨化的碳纖維、液體和任選的粘合劑相混合以形成第二漿體；將第一漿體和第二漿體相混合以形成第三漿體；將第三漿體沉積到多孔床上以形成含纖維層；在不超過1000℃溫度下干燥和煅燒該含纖維層。該方法也無法控制氣體擴散基材的厚度。

公開號為CN103165909A公開一種燃料電池用多孔氣體擴散層的后處理方法，多孔氣體擴散層包括電極支撐體，以及電極支撐體一側表面設置的整平層構成，電極支撐體與整平層復合后經干燥或焙燒，干燥或焙燒后的多孔氣體擴散層再進行后續加溫加壓處理。經過熱壓整平處理后擴散層的厚度減小，增大了擴散層中各組分的傳輸速率，平整度增加有利于活性層組分的均勻分布，提高電極的整體性能。該方法后續操作復雜，且僅能提高氣體擴散層的平整度，對于機械強度及厚度依然不易控制。

發明內容

發明目的：?本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種制造工藝重復性好，制造效率高、機械強度高、厚薄均勻度高、厚度可控、接觸電阻小、導電率良好、透氣性和排水性性能好的燃料電池用氣體擴散層胚體的制備方法。

技術方案：?本發明所述燃料電池用氣體擴散層胚體的制備方法，包括如下步驟：