[發(fā)明專利]燃料電池氣體擴散層及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010951022.1
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112103515A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 鐘發(fā)平;倪江鵬;楊涵;賀鳳;鄧宇飛;尹濤
• 申請（專利權）人: 先進儲能材料國家工程研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/0232;H01M8/0234;H01M8/0245
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種燃料電池氣體擴散層，在基材的一面涂覆有金屬微孔層，所述金屬微孔層的金屬載量為1～4mg/cm²。本發(fā)明的燃料電池氣體擴散層的制備方法，先將金屬粉末浸潤在PTFE乳液中并分散均勻形成混合濁液，之后在混合濁液攪拌分散狀態(tài)下往其中加入一定量的醇并混合均勻制得膠狀物；接著將膠狀物涂覆在經疏水處理后的基材的一面上，并將涂覆層表面壓平，最后將涂覆有膠狀物的基材進行高溫處理，使得涂覆層形成金屬微孔層，所述金屬微孔層的金屬載量控制為1～4mg/cm²。本發(fā)明的燃料電池氣體擴散層，結構新穎，可提高氣體擴散層的導電率、導熱率和抗電化學腐蝕性，其制備方法簡單易可行。

技術領域

本發(fā)明涉及一種燃料電池氣體擴散層及其制備方法。

背景技術

氣體擴散層是質子交換膜燃料電池中膜電極的重要組成部分。氣體擴散層在燃料電池中的主要作用是擴散反應氣體、排出反應水、傳導熱量和電流。氣體擴散層由基底層和微孔層兩部分組成，基底層一般采用碳纖維紙作為基材，而微孔層則由納米碳粉和聚四氟乙烯(PTFE)組成。采用納米碳粉制成的微孔層存在如下幾種缺陷：首先，碳粉的內阻較大，由碳粉組成的微孔層導致燃料電池膜電極的內阻增大；其次，碳粉的熱導率較低，不利于膜電極部件的散熱；此外，燃料電池工作時的開路電壓一般在0.9～1.0V之間，放電電壓一般在0.6～0.7V之間，而碳的電化學腐蝕電位只有0.21V，因此在燃料電池的長期過程工作過程中，微孔層中的碳粉由于電化學腐蝕，會出現碳粉顆粒的氧化、凝聚和流失，導致微孔層的內阻增大、孔隙率降低，從而使燃料電池的性能出現大幅度的衰減。鑒于由碳粉制備的微孔層存在的種種問題，有必要對氣體擴散層的微孔層進行改進，以改善燃料電池的相關性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在提供一種結構新穎、可提高導電率、導熱率和抗電化學腐蝕性的燃料電池氣體擴散層。還提供了本發(fā)明燃料電池氣體擴散層的制備方法，其步驟簡單可行。

本發(fā)明通過以下方案實現：

一種燃料電池氣體擴散層，在基材的一面涂覆有金屬微孔層，所述金屬微孔層的金屬載量為1～4mg/cm²?；囊话悴捎矛F有技術中燃料電池氣體擴散層使用的常規(guī)的經疏水處理后的碳纖維紙，經疏水處理后的碳纖維紙中PTFE的質量為碳纖維紙本身重量的10～20％。

進一步地，所述金屬微孔層采用的金屬粉末為鎳粉、鎳鎢合金粉、鈦粉中的一種或多種混合，所述金屬粉末的粒徑為10～100nm。

一種如上所述的燃料電池氣體擴散層的制備方法，先將金屬粉末浸潤在PTFE乳液中并分散均勻形成混合濁液，一般采用磁力攪拌分散，分散時間一般為2h以上，之后在混合濁液攪拌分散狀態(tài)下往其中加入一定量的醇并混合均勻制得膠狀物，一般采用磁力攪拌混合，混合時間為20min～1h；接著將膠狀物涂覆在經疏水處理后的基材的一面上，并將涂覆層表面壓平，最后將涂覆有膠狀物的基材進行高溫處理，使得涂覆層形成金屬微孔層，所述金屬微孔層的金屬載量控制為1～4mg/cm²。

進一步地，所述PTFE乳液中的PTFE的質量為金屬粉末質量的10～30％，所述醇的質量為PTFE乳液質量的10～50％，PTFE乳液的質量濃度為5～20％。

進一步地，所述醇為乙醇、異丙醇中的一種或兩種。若醇為乙醇與異丙醇兩種混合時，乙醇與異丙醇可按任意比例混合。

進一步地，所述高溫處理的溫度為300～400℃，高溫處理的時間為1～10h。

本發(fā)明的燃料電池氣體擴散層，結構新穎，金屬微孔層采用了高抗氧化性的金屬粉末制備，利用金屬粉末的特性，從而提高氣體擴散層的導電率、導熱率和抗電化學腐蝕性，其制備方法簡單可行。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于實施例之表述。