[發明專利]一種膜電極、燃料電池氣體擴散層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110651725.7
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113113617B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 劉強;高凌峰;廖天舒;王佳男;程鳳
• 申請（專利權）人: 武漢氫能與燃料電池產業技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發明公開一種膜電極、燃料電池氣體擴散層及其制備方法，屬于燃料電池技術領域。該制備方法，包括以下步驟：S1、將微孔層漿料涂布在疏水碳紙的表面；所述微孔層材料由碳粉、聚四氟乙烯分散液、增稠劑以及溶劑混合得到混合物，并將所述混合物分散處理得到；S2、將涂布了微孔層漿料的疏水碳紙移至多孔陶瓷板上，并將真空泵與多孔陶瓷板相連，抽真空進行吸附預滲處理，之后干燥；S3、在疏水碳紙上繼續涂布微孔層漿料，之后干燥，并在250?400℃下燒結得到氣體擴散層。本發明還提出一種上述制備方法制備得到的氣體擴散層。此外，本發明還提出一種膜電極，氣體擴散層、CCM催化層和邊框依次貼合。本發明提高了氣體擴散層的耐久性。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種膜電極、燃料電池氣體擴散層及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種能將氫燃料和氧化劑中的化學能通過電化學反應的方式直接轉換為電能的能量轉化裝置。燃料電池具有能量轉化效率高、無廢氣排放等特點，被認為是解決能源危機和環境污染的最具前景的方案之一，特別是交通運輸如汽車、船舶和備用電源等方面極具應用前景。正是由于這些突出的優越性，燃料電池技術的開發與應用備受重視，被認為是21世紀首選的潔凈高效發電方式。

氣體擴散層（GDL）是燃料電池膜電極的核心材料之一，在燃料電池中起到支撐催化層、收集電流、傳導氣體、排出反應產物水的重要作用。氣體擴散層的導電性和內部的水汽傳輸效率對于燃料電池性能有著至關重要的影響，而氣體擴散層內部的水汽傳輸效率主要取決于氣體擴散層的孔結構、孔分布、以及微孔層與碳紙層的界面構建。

由于微孔層和碳紙層的孔徑相差較大，且微孔層漿料不易與疏水的碳紙形成良好接觸。CN201710879659.2通過熱壓處理提高微孔層與碳紙層的界面接觸，但是熱壓處理容易給碳紙帶來結構性損傷，并且在一定程度上壓縮水汽傳輸路徑，從而影響氣體擴散層性能和耐久性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術不足，提供一種膜電極、燃料電池氣體擴散層及其制備方法，解決現有技術中如何確保氣體擴散層性能的基礎上提高氣體擴散層的耐久性的技術問題。

為達到上述技術目的，本發明的技術方案提供一種膜電極、燃料電池氣體擴散層及其制備方法。

一種燃料電池氣體擴散層的制備方法，包括以下步驟：

S1、將微孔層漿料涂布在疏水碳紙的表面；所述微孔層材料由碳粉、聚四氟乙烯分散液、增稠劑以及溶劑混合得到混合物，并將所述混合物分散處理得到；

S2、將涂布了微孔層漿料的疏水碳紙移至多孔陶瓷板上，并將真空泵與多孔陶瓷板相連，抽真空進行吸附預滲處理，之后干燥；

S3、在步驟S2干燥后的疏水碳紙上繼續涂布微孔層漿料，之后干燥，并在250-400℃下燒結得到氣體擴散層。

進一步地，在步驟S1中，微孔層漿料的涂布厚度為10-100μm。

進一步地，在步驟S2中，所述真空泵的真空度在-50kPa以下。

進一步地，在步驟S2中，進行所述吸附預滲處理的時間為10-120s。

進一步地，在步驟S3中，微孔層漿料的涂布厚度為50-300μm。

進一步地，在步驟S3中，所述燒結的時間為10-120min。

進一步地，在步驟S1中，所述混合物中，所述碳粉的質量分數為3-15wt%，所述聚四氟乙烯的質量分數為5-30wt%。

進一步地，在步驟S1中，所述增稠劑為甲基纖維素；和/或，所述溶劑為醇的水溶液。

本發明還提出一種氣體擴散層，由上述制備方法制備得到。