[發明專利]一種氫燃料電池氣體擴散層的制備方法

在審

• 申請號: 202011533298.4
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112490454A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 余子涵;王新磊
• 申請（專利權）人: 安徽枡水新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種氫燃料電池氣體擴散層的制備方法，包括步驟：稱取一定質量濃度的短切碳纖維，添加到分散液中進行高速剪切分散，然后加入一定量的粘結液繼續進行高速剪切分散，最后通過攪拌、研磨或球磨制得高分散的碳纖維漿料，稱取一定比例的導電炭黑、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、水以及異丙醇進行充分攪拌，然后超聲分散混合溶液1?3小時，制得微孔層漿料A，稱取一定比例的乙炔黑、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、水以及異丙醇進行充分攪拌，然后超聲分散混合溶液1?3小時，制得微孔層漿料B，提高了微孔層和碳纖維基底間的結合能力，使得微孔層漿料和碳纖維基底緊密結合，保證分布均勻且不出現裂紋等缺陷，結構穩定，排水性能優異，且易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及燃料電池關鍵材料技術領域，具體為一種氫燃料電池氣體擴散層的制備方法。

背景技術

隨著汽車保有量劇增，傳統汽油汽車造成的環境污染日益嚴重，因此，尋找更加清潔高效的能源，發展新能源汽車就越來越成為目前最重要的任務之一。在最新發布的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》中，燃料電池汽車成為整車技術創新鏈的“三縱”之一，也印證了發展燃料電池的重要性。

燃料電池的核心部件為膜電極，其中的氣體擴散層(GDL)又承擔著支撐催化層，傳導氣體和轉移電子收集電流的作用，同時它也可以排出氫氧反應生成的水，是膜電極最關鍵的部件之一。目前最常見的氣體擴散層主要由網格結構材料(碳纖維紙，碳布或炭黑紙)制成的基底和微孔層構成，但是由于氧氣和氫氣在水溶液中溶解度低，擴散速率有限，液態水的存在就容易阻斷氣體的有效傳輸，當水溶液在擴散層中形成水膜時，容易造成水淹現象，從而大幅影響氣體傳輸，降低燃料電池效率。解決這一問題，就要保證碳纖維基底具有良好的孔隙率和疏水結構，可以在基底上涂覆一層疏水微孔層漿料，保證其排水性能。

中國發明專利申請號201810835192.6發明了一種燃料電池氣體擴散層及其制備方法，其微孔層漿料是通過機械攪拌，調節漿液混合物至合適粘度；將漿液混合物涂布到導電網狀結構表面；將樣品進行熱處理以去除添加劑，形成碳和粘結劑的均勻粘合混合物。但其負載的微孔層和碳纖維基底結合不緊密，微孔層載量難以精確控制且分布不均勻，制備出的氣體擴散層質量不夠穩定。

中國發明專利申請號201911416425.X公布了一種氣體擴散層制備方法：將導電材料、粘接劑、碳纖維和造孔劑混合均勻得到所述導電漿料；將所述多孔碳材料的下表面通過吸附固定于基臺上，將導電漿料均勻涂覆于所述多孔碳材料的上表面；將涂覆導電漿料的多孔碳材料進行燒結處理形成所述微孔層和混合基底層。但經過涂覆燒結后的微孔層容易出現裂紋，導致氣體通道不穩定，且涂覆漿料厚度和載量難以精確控制。

因此，使微孔層漿料和碳纖維基底緊密結合，精確控制微孔層漿料在基底上的載量和厚度，保證分布均勻且不出現裂紋等缺陷，確保氣體擴散層具有良好的穩定性和優異的氣體透過性能具有良好的應用前景，基于此，提出本專利申請。

發明內容

本發明的主要目的提供一種氫燃料電池氣體擴散層的制備方法，可以有效的解決背景技術中的問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種氫燃料電池氣體擴散層的制備方法，包括步驟：

步驟(1)：稱取一定質量濃度的短切碳纖維，添加到分散液中進行高速剪切分散，然后加入一定量的粘結液繼續進行高速剪切分散，最后通過攪拌、研磨或球磨制得高分散的碳纖維漿料；

步驟(2)：稱取一定比例的導電炭黑、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、水以及異丙醇進行充分攪拌，然后超聲分散混合溶液1-3小時，制得微孔層漿料A；

步驟(3)：稱取一定比例的乙炔黑、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、水以及異丙醇進行充分攪拌，然后超聲分散混合溶液1-3小時，制得微孔層漿料B；

步驟(4)：將通過步驟(1)得到的碳纖維漿料均勻地涂布在疏水膜上并烘干處理，得到碳纖維層。