[發(fā)明專利]氣體擴(kuò)散層、其制備方法、以及相應(yīng)的膜電極組件以及燃料電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911414609.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111584879B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈星漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海嘉資新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京市銘盾律師事務(wù)所 11763
• 代理人: 常春

本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體擴(kuò)散層，制備方法、膜電極組件以及燃料電池，本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)置所述氣體擴(kuò)散層疏水處理工藝中所用的漿料中特別添加了含有兒茶酚或含有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)化合物的添加劑，特別是鹽酸多巴胺。這樣，能夠顯著氣體擴(kuò)散層材料的均一性、疏水性、導(dǎo)電性和耐久性，同時(shí)用該氣體擴(kuò)散層制備的燃料電池電堆性能有顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，涉及一種氣體擴(kuò)散層、制備方法、膜電極組件以及燃料電池。

背景技術(shù)

燃料電池作為可替代能源技術(shù)，以啟動(dòng)方便、高能量密度、零排放、能量轉(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)引起廣泛的關(guān)注并持續(xù)進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)，并且已經(jīng)作為自動(dòng)車、通信基站、便攜式電動(dòng)工具等的電源而廣泛應(yīng)用。作為商業(yè)化運(yùn)用的電源系統(tǒng)，其突出的優(yōu)點(diǎn)就是要有足夠長(zhǎng)的運(yùn)行壽命和高的能量密度，比如應(yīng)于備用電源、乘用車、物料運(yùn)輸車、潛艇等。

質(zhì)子交換膜燃料電池是發(fā)展最成熟，最接近于商業(yè)應(yīng)用的燃料電池。氣體擴(kuò)散層在質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極中主要要五個(gè)作用：第一、支撐起質(zhì)子交換膜和催化層；第二，將流場(chǎng)流道內(nèi)的陰陽(yáng)極反應(yīng)氣體通過(guò)分子擴(kuò)散和努森傳輸?shù)酱呋瘎┍砻妫坏谌?，將催化層產(chǎn)生的電子傳輸?shù)綐O板。第四，催化劑層生產(chǎn)的水在氣體擴(kuò)散層通過(guò)毛細(xì)效應(yīng)和濃差擴(kuò)散等傳輸?shù)搅鞯兰皶r(shí)排除，避免出現(xiàn)傳質(zhì)極化。第五：有時(shí)，氣體擴(kuò)散層承擔(dān)起催化層附著的功能，將催化層直接涂覆在氣體擴(kuò)散層表面。常用的氣體擴(kuò)散層以碳纖維為原料，經(jīng)過(guò)濕法抄紙或非織無(wú)紡干法制備出原紙，然后經(jīng)過(guò)碳化和石墨化工程制備出氣體擴(kuò)散層原紙。由于碳纖維表面是親水的或者是疏水性不強(qiáng)的，會(huì)造成燃料電池中產(chǎn)生的水或輸入的水囤積在氣體擴(kuò)散層內(nèi)部難以排出，從而導(dǎo)致反應(yīng)氣體不能及時(shí)傳輸?shù)酱呋瘎┍砻?，產(chǎn)生嚴(yán)重的傳質(zhì)極化，導(dǎo)致電池性能下降。

通過(guò)上述描述可知，如何保證燃料電池中氣體傳輸平衡，以保證燃料電池具有較好的性能，是燃料電池領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種氣體擴(kuò)散層、制備方法、膜電極組件以及燃料電池，可以保證燃料電池中氣體傳輸平衡。

為了實(shí)現(xiàn)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種氣體擴(kuò)散層，用于燃料電池，所述氣體擴(kuò)散層在做疏水處理過(guò)程使用的漿料中添加了含有兒茶酚或含有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)化合物的添加劑（特別是鹽酸多巴胺）。

所述氣體擴(kuò)散層在做疏水處理過(guò)程使用的漿料中添加鹽酸多巴胺。

所述氣體擴(kuò)散層在做疏水過(guò)程使用的漿料由水、聚四氟乙烯溶液、異丙醇、乙醇、兒茶酚或含有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)化合物（特別是鹽酸多巴胺）等組成。

所述兒茶酚或含有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)化合物的添加劑（特別是鹽酸多巴胺）用量占漿料總質(zhì)量的0.05%-30%。

所述氣體擴(kuò)散層的厚度為10μm-500μm。

本發(fā)明還包括所述氣體擴(kuò)散層的制備方法，包括：

疏水處理工藝用漿料，即疏水處理漿料的配置，將水、聚四氟乙烯溶液、異丙醇、乙醇、兒茶酚或含有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)化合物（特別是鹽酸多巴胺）等組成的漿料按比例混合后，用均質(zhì)器分散混合分散均勻，同時(shí)用超聲波清洗器進(jìn)一步分散均勻。

將氣體擴(kuò)散層基材浸入上述漿料中。

將氣體擴(kuò)散層基材從上述漿料中取出后進(jìn)行加熱干燥。

上述步驟在氣體擴(kuò)散層制備過(guò)程重復(fù)2-8次。

疏水處理后的氣體擴(kuò)散層基材做微孔層涂覆處理。

所述制備方法包括：

疏水處理工藝用漿料的配置，將水、聚四氟乙烯溶液、異丙醇、乙醇、鹽酸多巴胺等組成的漿料按比例混合后，用均質(zhì)器分散混合分散均勻，同時(shí)用超聲波清洗器進(jìn)一步分散均勻。