[發明專利]一種燃料電池用支撐層的憎水處理方法

在審

• 申請號: 201810196517.0
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108321414A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 尹鑫鑫;韓世成;李鵬偉;許鵬豪;霍夢杰;聞妞妞
• 申請（專利權）人: 黃河科技學院
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 龐慶芳

本發明涉及燃料電池領域,并具體提供一種燃料電池用支撐層的憎水處理方法，解決傳統憎水處理方法會導致憎水劑容易堆積在支撐層表面，無法滲透到支撐層的內部，表面憎水劑的過量聚集，導致支撐層導電性和水氣傳質性能較低的問題，該方法獲得的支撐層表面接觸角的分布更加均勻，恒電位氧化加速衰減（1.2V，0.5M H₂SO₄），實驗表明，支撐層在經恒電位氧化80小時之后，支撐層表面憎水性的下降幅度遠小于比較例中支撐層，這充分說明本發明提出的憎水處理方法可顯著提高支撐層的憎水穩定性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，特別涉及一種燃料電池用支撐層的憎水處理方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)核心組件膜電極組件(MEA)由氣體擴散層、催化層和質子交換膜組成。電池運行時，如果水蒸氣局部分壓高于當地飽和分壓，當質子交換膜燃料電池工作時，膜電極中會產生水，若氣體擴散層中的液態水含量過高，將發生液態水的凝聚，反應氣體的傳輸受阻，從而影響電池的性能。典型的氣體擴散層通常由憎水處理過的支撐層和微孔層構成。支撐層的憎水處理通常是將支撐層材料置于憎水劑(PTFE)乳液中，反復浸漬、晾干，直到PTFE的擔載量達到期望值，然后在240℃下燒結，除去PTFE乳液中的表面活性劑，最后在340℃下焙燒使PTFE熔融產生憎水網絡通道。這種憎水處理方法會導致憎水劑PTFE堆積在支撐層的表面，而無法滲透到支撐層的內部，表面憎水劑的過量聚集，影響了支撐層本身的導電性和水氣傳質性能。

發明內容

針對上述之情況，為克服現有技術之缺陷，本發明提供一種燃料電池用支撐層的憎水處理方法，目的在于解決傳統憎水處理方法會導致憎水劑容易堆積在支撐層表面，無法滲透到支撐層的內部，表面憎水劑的過量聚集，導致支撐層導電性和水氣傳質性能較低的問題。

考慮到超聲波環境下浸漬處理可以提高支撐層斷面憎水劑的含量，但常規的憎水劑PTFE在超聲和有機分散劑條件下很容易團聚，進而影響支撐層的憎水處理效果，因此采用聚偏氟乙烯等在超聲和有機分散劑中不發生團聚現象的憎水劑，從提高支撐層憎水穩定性的角度出發，優化支撐層的憎水處理工藝，提高支撐層斷面憎水劑的分布含量，進而提高支撐層的耐久性能。

具體地說，本發明提供的憎水處理方法包括如下步驟：

1)將憎水劑加入分散劑中，經超聲分散均勻，得到憎水劑質量分數為1％-5％的混合分散液A；

2)將支撐層材料放入盛有上述憎水劑的混合分散液A的容器中，在超聲波環境下進行憎水處理，若干分鐘之后取出支撐層烘干稱重；

3)重復上述步驟2)直至憎水劑的擔載量達到支撐層質量的1％-30％；

4)將上述支撐層置于充氮烘箱中，在160-360℃溫度下燒結30-120分鐘得到憎水處理過的支撐層。

在一實施例中，所述分散劑可選乙醇、異丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺中的一種或兩種及以上的混合物。

在一實施例中，憎水劑為聚偏氟乙烯、四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物、聚三氟氯乙烯、磺酸樹脂等含氟聚合物中的一種或兩種及以上的混合物。

在一實施例中，所述支撐層為碳纖維紙或編織布。

在一實施例中，超聲處理時超聲波的頻率為30kHz-100kHz。

與現有技術相比，支撐層表面接觸角的分布更加均勻；恒電位氧化加速衰減(1.2V，0.5M H₂SO₄)，實驗表明，支撐層在經恒電位氧化80小時之后，支撐層表面憎水性的下降幅度遠小于比較例中支撐層，這充分說明本發明提出的憎水處理方法可顯著提高支撐層的憎水穩定性能。

附圖說明

圖1實施例和比較例所得到的的支撐層斷面F元素分布情況