一种气体扩散层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种气体扩散层及其制备方法和应用。该气体扩散层包括依次贴合的第一微孔层、第二微孔层和基底层；第一微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO

【技术实现步骤摘要】
一种气体扩散层及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种气体扩散层及其制备方法和应用。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种将氢气和空气/氧气的化学能直接转化成电能的装置，膜电极是其中的核心部件，由两侧涂覆催化层的质子交换膜和气体扩散层组成，其中气体扩散层具有传导电子、气体燃料扩散管理和电池水管理等作用，在燃料电池运行过程中，水管理的平衡很重要，既需要足够的水分保持质子膜润湿，也要避免水分积聚阻碍气体传输，尤其是在大电流密度下，反应产生大量的液态水需要及时排出，同时在不同的工作状况下快速切换时，需要扩散层能够具备较好的水调节能力，满足不同的工作状况。气体扩散层通常由基底层和微孔层组成，其中基底层通常由碳纤维各向异性堆叠组成，经过疏水处理后，一侧涂覆微孔层，微孔层由碳基粉末和憎水剂混合而成，直接与催化层接触。目前传统的气体扩散层的制备工艺和配方很少关注其对纵向化性能梯度的要求，例如专利CN101156733A、CN109301263A、CN110380063A等，通常是整个气体扩散层都表现出大体一致的性质(例如疏水性质)，没有考虑到燃料电池工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体扩散层，其特征在于，其包括依次贴合的第一微孔层、第二微孔层和基底层；/n所述第一微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO

【技术特征摘要】
1.一种气体扩散层，其特征在于，其包括依次贴合的第一微孔层、第二微孔层和基底层；
所述第一微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；其中，所述第一微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第二微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；其中，所述第二微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第一微孔层中SiO2占所述第一微孔层的质量百分比低于所述第二微孔层中SiO2占所述第二微孔层的质量百分比。


2.一种气体扩散层的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
S1.在基底层上形成第二微孔层；所述第二微孔层的原料为第二浆料；
S2.在所述第二微孔层上形成第一微孔层后进行热处理，即可；所述第一微孔层的原料为第一浆料；
所述第一浆料为SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水的混合物；其中，所述第一浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第二浆料为SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水的混合物；其中，所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第一浆料中SiO2占所述第一浆料的质量百分比低于所述第二浆料中SiO2占所述第二浆料的质量百分比。


3.如权利要求2所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料和所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料成分相同；
和/或，S1中，所述第二浆料为将SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水混合均匀得到；
其中，较佳地，所述第二浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第二浆料的质量百分比为0.02～0.35％，例如为0.15％；
其中，较佳地，所述第二浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：在氢气和氩气的混合气氛中，将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物进行还原，所述还原的温度为50～200℃；或者，所述第二浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物于90～95℃的水浴中反应1～3h；
其中，较佳地，所述第二浆料中，碳粉占所述第二浆料的质量百分比为1～4％，例如为1.94％；
其中，较佳地，所述第二浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为0.5～2.5％，例如为1.5～2％，聚四氟乙烯乳液占所述第二浆料的质量百分比为0.5～2.5％，例如为0.97％；
其中，较佳地，所述第二浆料中，异丙醇占所述第二浆料的质量百分比为40～52％，例如为48.5％；
其中，较佳地，所述第二浆料中，水占所述第二浆料的质量百分比为40～52％，例如为48.5％；
其中，较佳地，所述第二浆料的混合过程中，搅拌时间为3～10min，搅拌转速为200～500r/min。


4.如权利要求3所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为5-15％，例如为10％；
和/或，所述还原在管式炉中进行；
和/或，所述还原的时间为1～2h；
和/或，所述还原的升温速率为5℃/min；
和/或，所述第二浆料中的SiO2微球是通过将硅源、水、氨水和乙醇的混合物混匀制得；
和/或，所述SiO2微球和氧化石墨烯的混合物是通过将所述SiO2微球与所述氧化石墨烯在水中分散后冷冻干燥制得；
和/或，所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为20～40％。


5.如权利要求4所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸四乙酯；
和/或，所述水和氨水的体积比为(0.5～3)：1，例如为2:1；
和/或，所述氨水的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱星烨，杨敏，李晓琳，汪聪敏，季文姣，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31