一种燃料电池中气体扩散层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池中气体扩散层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将扩散层基体置于疏水处理液进行疏水前处理，得到前处理扩散层基体；(2)将前处理扩散层基体置于分散相中进行浸渍处理，之后依次经干燥和烧结得到所述气体扩散层；其中，所述疏水处理液中以质量百分含量计包括：4‑20％聚乙烯醇，7‑23％聚四氟乙烯；所述分散相中以质量百分含量计包括：0.8‑2.5％分散剂，2‑10％碳黑，0.3‑1％聚四氟乙烯。本发明专利技术提供的方法，通过制备过程中原料的配比及制备步骤的严格配置实现了燃料电池中气体扩散层的制备，所得扩散层的孔径为0.6‑12μm，接触角为120‑165°，使得扩散层结构更加稳定，孔径分布更加均匀，同时具有良好的透气性、疏水性和导电性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池中气体扩散层的制备方法
本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池中气体扩散层的制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池中PEMFC电极是一种多孔气体扩散电极，其通常由扩散层和催化剂层构成。CN110506352A公开了一种用于电解槽或燃料电池的气体扩散层，包括：金属纤维的第一无纺层，被设置为用于与质子交换膜接触；金属纤维的第二无纺层；以及第三多孔金属层。金属纤维的第一无纺层包括第一当量直径的金属纤维。金属纤维的第二无纺层包括第二当量直径的金属纤维。第二当量直径大于第一当量直径。第三多孔金属层包括开孔。第三多孔金属层的开孔大于金属纤维的第二无纺层的开孔。第二无纺层被设置在第一无纺层和第三多孔金属层之间并且与其接触。第二无纺层被冶金结合到第一无纺层和第三多孔金属层。第三多孔金属层的厚度是第一无纺层的厚度的至少两倍，优选地至少三倍。CN103534852A公开的燃料电池用气体扩散层具备气体扩散层基材和形成于基材表面的微细多孔质层。而且，微细多孔质层由粘合剂和至少含有鳞片状石墨的碳材料构成为片材状，微细多孔质层的片材粘合于上述基材上。这种燃料电池用气体扩散层在气体扩散层基材内不会混入构成微细多孔质层的成分，能够确保透气性。另外，由于在微细多孔质层含有作为导电材料的鳞片状石墨，因此，能够提高导电性、透气性，进而，能够有助于提高固体高分子燃料电池的性能。CN1988225A公开了一种用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法。其气体扩散层包括多孔支撑层和微孔层，多孔支撑层为网状、多孔结构。微孔层复合在多孔支撑层靠近催化层一侧的表面。所述微孔层均匀地覆盖在多孔支撑层的大孔及纤维密集区的表面，不深入至多孔支撑层的内部。本专利技术采用干法制备用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层，所用的含氟聚合物1和含氟聚合物2，既可以是同一种聚合物，也可以是不同的聚合物。气体扩散层的多孔支撑层和微孔层的亲/疏水程度分别可调。因而，气体扩散层的结构与燃料电池的运行条件匹配，气体扩散层中的水更容易排出，水气分配更加合理。然而气体扩散层的性能会对电池的性能造成显著的影响。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池中气体扩散层的制备方法，使得扩散层结构更加稳定，孔径分布更加均匀，降低成本，同时具有良好的透气性、疏水性和导电性，适合燃料电池的规模化生产，降低燃料电池的成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种燃料电池中气体扩散层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将扩散层基体置于疏水处理液进行疏水前处理，得到前处理扩散层基体；(2)将前处理扩散层基体置于分散相中进行浸渍处理，之后依次经干燥和烧结得到所述气体扩散层；其中，所述疏水处理液中以质量百分含量计包括：4-20％聚乙烯醇，7-23％聚四氟乙烯；所述分散相中以质量百分含量计包括：0.8-2.5％分散剂，2-10％碳黑，0.3-1％聚四氟乙烯。本专利技术提供的方法，通过制备过程中原料的配比及制备步骤的严格配置实现了燃料电池中气体扩散层的制备，所得扩散层的孔径为0.6-12μm，接触角为120-165°，同时使得扩散层结构更加稳定，孔径分布更加均匀，降低成本，同时具有良好的透气性、疏水性和导电性，适合燃料电池的规模化生产，降低燃料电池的成本。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述扩散层基体包括碳纸或碳布。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述疏水前处理包括依次进行的浸渍和干燥。作为本专利技术优选的技术方案，所述浸渍的时间为15-30min，例如可以是15min、18min、20min、22min、24min、26min、28min或30min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述干燥的温度为100-110℃，例如可以是100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃或110℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述干燥的时间为60-90min，例如可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述分散相中碳黑的粒度为120-1200nm，例如可以是120mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm、1100mm或1200mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述分散相制备时采用机械搅拌。优选地，所述机械搅拌的时间为8-24h，例如可以是8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述浸渍处理的时间为15-90min，例如可以是15min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述浸渍处理进行1-7次，例如可以是1次、2次、3次、4次、5次、6次或7次等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述干燥的温度为75-180℃，例如可以是75℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、150℃、160℃、170℃或180℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述干燥的时间为30-90min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述烧结的温度为120-340℃，例如可以是120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃或340℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述烧结的时间为90-450min，例如可以是90min、100min、150min、200min、250min、300min、350min、400min或450min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：(1)将扩散层基体置于疏水处理液进行疏水前处理，得到前处理扩散层基体；所述疏水处理液中以质量百分含量计包括：4-20％聚乙烯醇，7-23％聚四氟乙烯；所述疏水前处理包括依次进行的浸渍和干燥；所述浸渍的时间为15-30min；(2)将前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池中气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n(1)将扩散层基体置于疏水处理液进行疏水前处理，得到前处理扩散层基体；/n(2)将前处理扩散层基体置于分散相中进行浸渍处理，之后依次经干燥和烧结得到所述气体扩散层；/n其中，所述疏水处理液中以质量百分含量计包括：4-20％聚乙烯醇，7-23％聚四氟乙烯；所述分散相中以质量百分含量计包括：0.8-2.5％分散剂，2-10％碳黑，0.3-1％聚四氟乙烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池中气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将扩散层基体置于疏水处理液进行疏水前处理，得到前处理扩散层基体；
(2)将前处理扩散层基体置于分散相中进行浸渍处理，之后依次经干燥和烧结得到所述气体扩散层；
其中，所述疏水处理液中以质量百分含量计包括：4-20％聚乙烯醇，7-23％聚四氟乙烯；所述分散相中以质量百分含量计包括：0.8-2.5％分散剂，2-10％碳黑，0.3-1％聚四氟乙烯。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述扩散层基体包括碳纸或碳布。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述疏水前处理包括依次进行的浸渍和干燥。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的时间为15-30min。


5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-110℃；
优选地，所述干燥的时间为60-90min。


6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分散相中碳黑的粒度为120-1200nm；
优选地，步骤(2)所述分散相制备时采用机械搅拌；
优选地，所述机械搅拌的时间为8-24h。

【专利技术属性】
技术研发人员：马千里，曹婷婷，米新艳，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22