[發(fā)明專利]異型燃料電池氣體擴散層、制備方法、燃料電池及裝配方法

有效

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• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111799475B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 金守一;趙子亮;盛夏;潘興龍;丁磊;許德超;劉穎;趙洪輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/1006;H01M8/1007
• 代理公司: 北京遠智匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

1.一種燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述燃料電池包括異型燃料電池氣體擴散層以及雙極板，所述雙極板包括至少兩個間隔布置的凸出的脊部，相鄰的兩個脊部之間形成凹槽型的流道，所述異型燃料電池氣體擴散層包括依次層疊的碳纖維基材層和微孔層；所述碳纖維基材層的至少一側(cè)具有連續(xù)且交替排布的凸部和凹部，使該側(cè)面呈凸凹異型結(jié)構(gòu)；所述碳纖維基材層的凸凹異型結(jié)構(gòu)與所述雙極板相接，所述凸部與脊部完全對應，所述凹部與流道完全對應；

裝配過程中包括將異型燃料電池氣體擴散層的凸部與雙極板的脊部接觸，在裝配壓力的作用下，凸部減薄，實現(xiàn)氣體擴散層和雙極板的裝配，所述凸部減薄至與凹部的氣體擴散層相同厚度；

所述碳纖維基材層中，碳纖維的直徑為7μm~9μm，所述碳纖維基材層中還包括強度支撐材料，所述支撐材料包括碳納米管和/或金屬纖維；所述凸部距離碳纖維基材層另一側(cè)的距離m為碳纖維基材層的厚度最大值，凹部距離碳纖維另一側(cè)的距離n為碳纖維基材層的厚度最小值，n/m=80%-90%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述碳纖維基材層和微孔層的層疊面為平面或凸凹異型結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述碳纖維基材層和微孔層的層疊面為平面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述支撐材料的添加量為碳纖維質(zhì)量的5wt%-20wt%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述碳纖維基材層的厚度最大值為100μm~300μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述碳纖維基材層中，孔的直徑在10μm~100μm范圍內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述微孔層包括碳材料和疏水材料，所述碳材料包括碳粉和/或石墨粉。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述疏水材料包括聚四氟乙烯、改性聚硅氧烷樹脂、含氨基的聚硅氧烷和丙烯酸樹脂中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述微孔層的厚度為10μm~100μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述微孔層中，孔的直徑在15nm~200nm范圍內(nèi)。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述異型燃料電池氣體擴散層的厚度為120μm~400μm。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，所述異型燃料電池氣體擴散層的孔隙率大于60%，體電阻小于10mΩ·cm²，接觸角120°~160°。

13.如權(quán)利要求1所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，異型燃料電池氣體擴散層通過下述方法制備得到，所述方法包括以下步驟：

（1）采用包含碳纖維、粘結(jié)劑和溶劑的原漿，利用造紙技術制成碳纖維板；

所述原漿中還包括支撐材料；

（2）對步驟（1）所得碳纖維板進行浸漬處理，所述浸漬處理采用的浸漬液包括熱固性樹脂和碳粉；

（3）對步驟（2）浸漬后的碳纖維板進行熱壓固化處理，制備出凸凹異型結(jié)構(gòu)；

（4）對步驟（3）所得具有凸凹異型結(jié)構(gòu)的碳纖維板進行碳化處理，得到碳纖維基材層；

（5）在步驟（4）所得碳纖維基材層上形成微孔層，得到異型燃料電池氣體擴散層。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池的裝配方法，其特征在于，步驟（3）熱壓固化的工作溫度為80℃~120℃。