[發(fā)明專利]質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層雙層微孔層的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011013868.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN112133931A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢春美;王朝云;李政;楊成;侯美秀;孫燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽明天氫能科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/86;H01M8/0234;H01M8/0239;H01M8/0243;H01M8/0245;H01M8/1004
• 代理公司: 六安市新圖匠心專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34139
• 代理人: 朱小杰

本發(fā)明公開了質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層雙層微孔層的制備方法，涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域；為了解決制備過(guò)程中繁瑣且溫度高時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題；具體包括如下步驟：將兩種不同調(diào)配比例的有機(jī)硅氧烷和碳納米材料溶解于有機(jī)溶劑中攪拌，攪拌混合，超聲形成兩種均勻的懸濁液；在疏水處理的支撐層的某一側(cè)刮涂、噴涂或絲網(wǎng)印刷PDMS含量低的懸濁液，直至碳納米材料的擔(dān)載量為0.5mg/cm²，干燥，得樣品A。本發(fā)明通過(guò)調(diào)配有機(jī)硅氧烷和碳納米材料的有機(jī)溶劑，在疏水處理后的支撐層表面刮涂、噴涂或絲網(wǎng)印刷形成親疏水性不同的質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層雙層微孔層，制備簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層雙層微孔層的制備方法。

背景技術(shù)

氣體擴(kuò)散層（GDL）和氣體流道相連的第一層是支撐層(GB)，它主要是碳紙或碳布，一般厚度約為100-400μm，它的作用是氣體分布器和集流體；第二層是薄的微孔層（MPL），它的厚度一般為10-100μm，一般為單層，兩層或三層，它包括碳粉和疏水性或者親水性試劑。氣體擴(kuò)散層的作用是氣體傳輸、低電阻下傳導(dǎo)電子和低濕度情況下保持膜的濕潤(rùn)狀態(tài)，高濕度下減緩水淹。水淹狀態(tài)減少了電化學(xué)反應(yīng)的催化位點(diǎn)，阻礙了反應(yīng)物的傳輸，所以商業(yè)化GDL具有較好的疏水性，但在低濕度下，質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳輸速率隨著濕度的降低明顯下降，所以要求GDL在低濕度下具有良好的保水性能。

經(jīng)檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510047370.1的專利，公開了一種低溫燃料電池用氣體擴(kuò)散層及其制備方法，氣體擴(kuò)散層由基底層和微孔層組成，所述微孔層由二種或二種以上導(dǎo)電碳材料混合而成；低溫燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制備方法為：按比例取二種或二種以上導(dǎo)電碳材料均勻混合成復(fù)合導(dǎo)電材料，將該復(fù)合導(dǎo)電材料與憎水劑在溶劑中分散均勻，形成漿料；將此漿料均勻的制備到經(jīng)過(guò)憎水處理的多孔導(dǎo)電基底的一側(cè)或兩側(cè)；最后經(jīng)過(guò)熱處理形成氣體擴(kuò)散層。上述專利中的低溫燃料電池用氣體擴(kuò)散層及其制備方法存在以下不足：制備期間需要經(jīng)過(guò)兩次熱處理，且制備過(guò)程中溫度較高時(shí)間長(zhǎng)，較為繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層雙層微孔層的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層雙層微孔層的制備方法，包括如下步驟：

S1：將兩種不同調(diào)配比例的有機(jī)硅氧烷和碳納米材料溶解于有機(jī)溶劑中攪拌，攪拌混合，超聲形成兩種均勻的懸濁液；

S2：在疏水處理的支撐層的某一側(cè)刮涂、噴涂或絲網(wǎng)印刷PDMS含量低的懸濁液，直至碳納米材料的擔(dān)載量為0.5mg/cm²，干燥，得樣品A；

S3：將樣品置于干燥箱中，160℃下燒結(jié)10min，得到單層氣體擴(kuò)散層微孔層；

S4：在單層氣體擴(kuò)散層微孔層上噴涂或絲網(wǎng)印刷PDMS含量高的懸濁液，直至碳納米材料的擔(dān)載量為0.5/cm²，干燥，得樣品B；

S5：將樣品B置于干燥箱中，160℃下燒結(jié)10min，得到氣體擴(kuò)散層雙層微孔層。

優(yōu)選地：所述有機(jī)硅氧烷為聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷、α，ω-二羥基聚硅氧烷中的一種或兩種以上。

優(yōu)選地：所述碳納米材料為碳黑、乙炔黑、碳納米管中、石墨粉的一種或兩種以上。

優(yōu)選地：所述有機(jī)硅氧烷和碳納米材料的第一種調(diào)配比例為1：1，有機(jī)硅氧烷為濃度3wt%的聚二甲基硅氧烷。

優(yōu)選地：所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃、氯仿、二氯甲烷、甲苯、二甲醚、四氯化碳中的一種或兩種以上。