[發明專利]一種微孔層漿料、氣體擴散層、燃料電池及制備方法

有效

• 申請號: 202011644270.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112820883B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 陳峰;潘牧;田明星;劉素芬;尹紅兵;吳天涯
• 申請（專利權）人: 武漢理工氫電科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/1007
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 呂露

本申請實施例提供一種微孔層漿料、氣體擴散層、燃料電池及制備方法，涉及燃料電池領域。微孔層漿料包括疏水劑、全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽、溶劑形成的凝膠體，以及分散于凝膠體中的碳基材料，碳基材料和溶劑的質量比為1：3～20，疏水劑的質量為碳基材料質量的20％～30％，全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽的質量為碳基材料質量的2％～300％。本申請實施例的微孔層漿料、氣體擴散層、燃料電池的氣體傳輸能力強，且不影響產品的壽命。

技術領域

本申請涉及燃料電池領域，具體而言，涉及一種微孔層漿料、氣體擴散層、燃料電池及制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，簡稱PEMFC)具有綠色環保、能量密度高、發電效率高、啟動速度快等優點，被認為是最具潛力的未來車用動力源之一。膜電極(Membrane Electrode Assemblies，簡稱MEA)是質子交換膜燃料電池系統至關重要的部分，它包括質子交換膜、催化層和氣體擴散層(Gas Diffusion Layer，簡稱GDL)，一般由基底層(GB)和微孔層(MPL)組成，基底層(GB)主要起支撐以及集流的作用，而微孔層(MPL)則用于減少催化層和氣體擴散層之間的接觸電阻并進行有效的水管理。目前，低加濕和高電流密度是燃料電池的一個重要發展方向，因而對微孔層的要求越來越高。

微孔層一般采用導電碳粉和作為粘結劑的聚四氟乙烯(PTFE)組成，微孔層的孔結構會對燃料電池的性能產生直接影響。在燃料電池的運行中會產生水，如果不及時將水排出，水將會把氣體擴散層微孔層的孔結構堵死，從而導致反應所需的氣體無法傳輸。為了加強微孔層排水透氣能力，目前常用的方法是在制備微孔層的過程中形成大孔徑孔結構，如裂紋、穿孔等，但是這些裂紋、穿孔等大孔徑孔結構往往會帶來壽命問題，降低產品壽命。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種微孔層漿料、氣體擴散層、燃料電池及制備方法，氣體傳輸能力強，且不影響產品的壽命。

第一方面，本申請實施例提供了一種微孔層漿料，其包括：

疏水劑、全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽和溶劑形成的凝膠體；

分散于凝膠體中的碳基材料；

碳基材料和溶劑的質量比為1：3～20，疏水劑的質量為碳基材料質量的20％～30％，全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽的質量為碳基材料質量的2％～300％。

在上述技術方案中，微孔層漿料去除溶劑即可形成對應的微孔層，微孔層的結構內部構建排水通道，具體的，微孔層主要是由表面附著有疏水劑的碳基材料和表面附著有全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽的碳基材料組成，且這兩種碳基材料均勻混合，它們之間具有空隙。由于疏水劑具有疏水性能，全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽具有親水性能，水通過微孔層的空隙時，會更傾向于流經表面附著有全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽的碳基材料之間的空隙，以及表面附著有全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽的碳基材料和表面附著有疏水劑的碳基材料之間的空隙，從而形成類似于樹葉脈絡的排水通道。相應的，表面附著有疏水劑的碳基材料之間的空隙，以及表面附著有疏水劑的碳基材料和表面附著有全氟磺酸型聚合物或其對應的鹽的碳基材料之間的空隙會形成類似于樹葉脈絡的排氣通道。因此微孔層漿料形成的微孔層的排水通道和排氣通道分明，從而能夠保障排水通道暢通，保證產品氣體傳輸能力，且不影響產品的壽命。

在一種可能的實現方式中，溶劑包括水和有機溶劑；

可選地，水和有機溶劑的質量比為5～10：1～5；

可選地，有機溶劑為乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇中的至少一種，或冰醋酸，或環己烷。

在一種可能的實現方式中，疏水劑為聚四氟乙烯和/或聚偏氟乙烯；

和/或，碳基材料為碳黑、碳纖維、碳納米管和石墨烯中的至少一種。