[發明專利]用于燃料電池的高分子復合擴散層、膜電極組件及其制備方法

有效

• 申請號: 202110326131.9
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN112993272B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陶安文;張超;管俊生;戴俊;夏冬冬;王文智
• 申請（專利權）人: 蘇州弗爾賽能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 蘇州睿昊知識產權代理事務所(普通合伙) 32277
• 代理人: 沈彬彬

1.一種用于燃料電池的高分子復合擴散層，其特征在于，由碳紙基底、形成于所述碳紙基底上的炭黑微孔層，以及形成于所述炭黑微孔層上的導電聚合物復合微孔層組成；其中，所述炭黑微孔層是由包括炭黑、Nafion溶液在內的組分組成的漿料噴涂于所述碳紙基底上，于保護氣氛下經燒結后得到的，燒結的溫度為250～380°C，燒結的時間為30～60min；所述導電聚合物復合微孔層是在所述炭黑微孔層的表面原位電沉積生長導電聚合物層后，于保護氣氛下經燒結后得到的，所述導電聚合物為聚吡咯或聚苯胺，所述導電聚合物層的厚度為10～20μm，燒結的溫度為350～400°C，燒結的時間為30～60min；其中，原位生長導電聚合物層的電沉積溶液中還添加有摻雜電解質，所述摻雜電解質包括草酸、氟硼酸鈉、對甲苯磺酸鈉中的一種或多種。

2.根據權利要求1所述的一種用于燃料電池的高分子復合擴散層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1 .將炭黑與Nafion溶液混合，并制成漿料，將所述漿料噴涂于碳紙基底上，烘干后在保護氣氛下進行燒結，從而在碳紙基底上形成炭黑微孔層；所述燒結的溫度為250～380°C，燒結的時間為30～60min；

S2.采用三電極體系，以含有導電聚合物單體的溶液作為電沉積溶液，所述電沉積溶液中還添加有摻雜電解質，所述摻雜電解質包括草酸、氟硼酸鈉、對甲苯磺酸鈉中的一種或多種；以經步驟S1處理的碳紙基底作為工作電極，通過循環伏安法在炭黑微孔層表面電沉積導電聚合物層，在燒結的過程中，控制掃描次數以使沉積的導電聚合物層的厚度為10～20μm；然后將沉積有導電聚合物層的碳紙基底清洗、烘干后，于保護氣氛下進行燒結，在炭黑微孔層表面形成導電聚合物復合微孔層，即得到所述用于燃料電池的高分子復合擴散層；所述燒結的溫度為350～400°C，燒結的時間為30～60min。

3.根據權利要求2所述的一種用于燃料電池的高分子復合擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S1中，噴涂漿料后，保證碳紙基底上炭黑的載量為2～3mg/cm²。

4.根據權利要求2所述的一種用于燃料電池的高分子復合擴散層的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述電沉積溶液在配制的過程中，持續通入氮氣以除氧。

5.一種膜電極組件，其特征在于，所述膜電極組件是將陽極和陰極正對放置于質子交換膜的兩側，再通過壓制形成的；其中，所述陽極和陰極均包括權利要求1所述的高分子復合擴散層以及負載于導電聚合物復合微孔層上的催化劑層，且所述催化劑層與質子交換膜相接觸。

6.根據權利要求5所述的膜電極組件，其特征在于，所述催化劑層的催化劑載量為0.5mg～2mg/cm²。