[發(fā)明專利]一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107293765A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋德永
• 申請（專利權(quán)）人: 韋德永
• 主分類號: H01M8/0245
• 分類號: H01M8/0245
• 代理公司: 北京高航知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強

1.一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣體擴散層結(jié)構(gòu)包括一基底層和一微孔層，基底層的一側(cè)具有氣體流道，另一側(cè)與微孔層相連，基底層的材質(zhì)為金屬纖維氈，微孔層上具有銅-石墨烯復(fù)相膜，該銅-石墨烯復(fù)相膜的成分為銅顆粒、石墨烯、納晶纖維素、聚苯胺、碳納米管、TiO₂納米粒子。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣體擴散層結(jié)構(gòu)厚度為4mm，該微孔層的厚度為0.2mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣體流道的深度為2.5mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該銅-石墨烯復(fù)相膜中，碳納米管的質(zhì)量百分比為2～5％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該銅-石墨烯復(fù)相膜中，TiO₂納米粒子的質(zhì)量百分比為2～5％，TiO₂納米粒子的粒徑為20nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣體擴散層結(jié)構(gòu)的制備步驟如下：

步驟1，切削制備金屬纖維：將金屬纖維填充至40.00mm×30.00mm×4.35mm的矩形模具中，加壓后采用低溫固相燒結(jié)法制備形成金屬纖維氈；

步驟2，制備基底層：

將上述金屬纖維氈浸入熔融態(tài)聚四氟乙烯后取出冷卻至室溫形成金屬纖維氈-聚四氟乙烯復(fù)合材料，然后在聚四氟乙烯的保護下于其中一側(cè)銑削出氣體流道，然后在真空高溫?zé)Y(jié)下部分去除聚四氟乙烯的同時完成憎水性處理，獲得一側(cè)具有氣體流道的基底層；

步驟3，制備微孔層：

a)首先，采用改進的Hummers法制備氧化石墨烯(GO)，然后將制備好的氧化石墨烯(GO)水相分散液、納晶纖維素水相分散液分別稀釋至1mg/mg、3mg/ml，將其分別超聲分散1h，各取50ml加入到燒瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超聲分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力攪拌反應(yīng)5h后，旋蒸至合適濃度，烘干，即得還原氧化石墨烯(rGO)；

b)將N,N-二甲基甲酰胺和丙酮按照體積比為6：7混合作為溶劑，然后加入上述中輔助還原的氧化石墨烯粉末，得到濃度為0.3wt％的石墨烯復(fù)合分散液然后加入碳納米管、TiO₂納米粒子，超聲分散3h；

c)將基底層的另一側(cè)浸入溫度為50℃的鍍銅溶液中進行表面化學(xué)鍍銅30min，接著于乙醇中超聲清洗，然后浸入上述石墨烯復(fù)合分散液中，沉淀石墨烯片40min，獲得銅-石墨烯復(fù)相膜；

d)重復(fù)c步驟，直至獲得指定厚度的銅-石墨烯復(fù)相膜，制得所述微孔層。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述金屬纖維的直徑為0.03mm，長度為10mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種燃料電池氣體擴散層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅-石墨烯復(fù)相膜中，銅顆粒粒徑為0.05mm，石墨烯片的厚度為0.05mm。