[發明專利]一種燃料電池氣體擴散層結構

在審

• 申請號: 201710631941.9
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107293765A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 韋德永
• 申請（專利權）人: 韋德永
• 主分類號: H01M8/0245
• 分類號: H01M8/0245
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強

技術領域

本申請涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池氣體擴散層結構。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置，其核心部件膜電極三合一通常由氣體擴散層、催化劑層和質子交換膜通過熱壓工藝制備而成。

氣體擴散膜由導電的多孔材料組成，起到支撐催化層、收集電流、傳導氣體和排出水等多重作用，實現了反應氣體和產物水在流場和催化層之間的再分配，是影響電極性能的關鍵部件之一，理想的氣體擴散層應滿足3個條件：良好的排水性、良好的透氣性和良好的導電性。

發明內容

本發明旨在提供一種燃料電池氣體擴散層結構，以解決上述提出問題。

本發明的實施例中提供了一種燃料電池氣體擴散層結構，該氣體擴散層結構厚度為4mm，包括一基底層和一微孔層，基底層的一側具有氣體流道，另一側與微孔層相連，基底層的材質為金屬纖維氈，微孔層上具有銅-石墨烯復相膜，該銅-石墨烯復相膜的主要成分為銅顆粒、石墨烯、納晶纖維素、聚苯胺、碳納米管、TiO₂納米粒子。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明在氣體擴散層結構的微孔層上設有銅-石墨烯復相膜，石墨烯作為所有碳材料的最基本結構單元，具有真正的單原子層厚度和嚴格的二維結構，具有很高的機械強度、彈性、導熱性、導電性，石墨烯是一種物化性能十分優異的新型材料，該銅-石墨烯復相膜具有機械強度高、韌性好、排水性、透氣性、接觸電阻低的優點。

本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明氣體擴散層結構的結構示意圖；

其中，1-基底層，2-微孔層，11-氣體流道。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

本申請的實施例涉及一種燃料電池氣體擴散層結構，該氣體擴散層結構厚度為4mm，包括一基底層1和一厚度為0.2mm的微孔層2，基底層1的一側具有深度為2.5mm的氣體流道11，另一側與微孔層2相連，基底層1的材質為金屬纖維氈，微孔層2上具有銅-石墨烯復相膜，該銅-石墨烯復相膜的主要成分為銅顆粒、石墨烯、納晶纖維素、聚苯胺、碳納米管、TiO₂納米粒子。

本申請技術方案中，在氣體擴散層結構的微孔層2上設有銅-石墨烯復相膜，石墨烯作為所有碳材料的最基本結構單元，具有真正的單原子層厚度和嚴格的二維結構，具有很高的機械強度、彈性、導熱性、導電性，石墨烯是一種物化性能十分優異的新型材料，該銅-石墨烯復相膜具有機械強度高、韌性好、排水性、透氣性、接觸電阻低的優點。

就石墨烯或者還原的氧化石墨烯(rGO)而言，由于石墨烯片層間的強范德華力，使其在溶液中非常容易發生團聚，不利于其整體性能的發揮，基于此，本申請在石墨烯溶液中添加了納晶纖維素和聚苯胺，納晶纖維素和聚苯胺與石墨烯之間形成的氫鍵以及靜電力相互作用，并且，一部分納晶纖維素和聚苯胺有可能穿插在石墨烯片層之間，使得納晶纖維素、聚苯胺、石墨烯能在溶液中良好分散。

此外，上述的碳納米管、TiO₂納米粒子作為納米填料，可以有效提高所述銅-石墨烯復相膜的強度、導電性、疏水性等。

優選地，所述銅-石墨烯復相膜中，銅顆粒粒徑為0.05mm，石墨烯片的厚度為0.05mm。

本申請的技術方案中，該銅-石墨烯復相膜中包含碳納米管，碳納米管的質量百分比為2～5％。

碳納米管是一種重要的一維納米材料，具有多方面的優異性能，可看成是由片層結構的石墨卷成的無縫中空的納米級同軸圓柱體，其耐強酸、強堿，熱穩定性好，其軸向導電性良好，在場致電子發射、儲氫等方面具有廣泛應用；本申請技術方案中，在銅-石墨烯復相膜中添加碳納米管，使得銅-石墨烯復相膜表現優異的導電性、強度、韌性。