本发明专利技术公开了一种多孔传输层的制造方法、多孔传输层以及质子交换膜水电解装置。其中，多孔传输层的制备方法通过将碳毡浸泡于混合液中，对碳毡进行干燥处理，检测确保经浸泡、干燥处理后的碳毡的微孔孔径在预设孔径范围；对干燥处理后的碳毡依次进行碳化、活化处理，以使活化后碳毡的表面吸附有含氧官能团；将活化后的碳毡放入疏水剂溶液中浸渍以及干燥处理后，得到疏水后的碳毡；在疏水后的碳毡表面涂覆碳浆，以在碳毡表面形成微孔层。本发明专利技术生产的多孔传输层孔径均匀，本身具备亲疏水性，电化学活性强，多孔传输层和催化层之间的接触电阻小，很好的满足了质子交换膜水电解装置的性能要求。能要求。能要求。
【技术实现步骤摘要】
多孔传输层及其制备方法以及质子交换膜水电解装置
[0001]本专利技术涉及质子交换膜水电解
，特别涉及一种多孔传输层的制备方法、一种多孔传输层以及质子交换膜水电解装置。
技术介绍
[0002]目前碳毡作为水电解阴极的多孔传输层，往往使用燃料电池的气体扩散层来替代，完全忽略了质子交换膜水电解自身要求的亲疏水性、孔径、PTL表面与催化层之间接口界面问题。在水电解中如适量的亲水性有利于从质子交换膜渗透到阴极侧的水气进入PTL排除。PTL的大孔径也会使产生的氢气更易于排除，但会降低电子传递效率，影响水电解性能。相反，小孔径会阻碍氢气的排除，增加质量传输阻力。PTL表面与流场板、催化层接触不良，会导致PTL表面电流分布不均匀，界面电阻增大。同时还会导致热点形成，最终导致膜融化并在表面产生缺陷。
[0003]专利文献CN108352536A公布了一种气体扩散层的制备方法，该方法是将导电粒子、高分子树脂、造孔剂、表面活性剂、分散剂进行混炼，混炼后的混炼物进行压延成片，然后烧结。造孔剂升华成孔洞，并且去除表面活性剂和分散剂，再次压延来调整气体扩散层的厚度。该气体扩散层接触面平整，很好的满足了质子交换膜燃料电池的性能要求。但其孔径分布不均匀，在1
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200μm之间，不适合用于质子交换膜水电解。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的是提出一种多孔传输层的加工方法，旨在解决现有技术中的多孔传输层孔径分布不均匀，不适合用于质子交换膜水电解的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种多孔传输层的制备方法，所述多孔传输层的制备方法包括如下步骤：
[0006]准备步骤：准备碳毡以及包含预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇的混合液；
[0007]浸泡步骤：将碳毡浸泡于混合液中，并在浸泡预设时间后取出对碳毡进行干燥处理；
[0008]检测步骤：检测干燥后的碳毡的微孔孔径，当碳毡的微孔孔径处于预设孔径范围内时，执行碳化和活化步骤；当碳毡的微孔孔径未处于预设孔径范围内时，重复执行上述浸泡步骤和检测步骤，直至碳毡的微孔孔径处于预设孔径范围内；
[0009]碳化和活化步骤：对干燥处理后的碳毡依次进行碳化、活化处理，以使活化后碳毡的表面吸附有含氧官能团；
[0010]疏水步骤：将活化后的碳毡放入疏水剂溶液中浸渍以及干燥处理后，得到疏水后的碳毡；
[0011]涂覆步骤：在疏水后的碳毡表面涂覆碳浆，以在碳毡表面形成微孔层。
[0012]可选地，所述准备步骤：准备碳毡以及包含预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇的混合液具体包括：
[0013]准备碳毡、预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇；
[0014]将碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇进行混合搅拌后进行除泡处理，以得到所述混合液，所述碳粉质量是所述混合液的总质量分数的2
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3％，所述分散剂的含量为所述碳粉质量的0.2倍；
[0015]可选地，所述浸泡步骤：将碳毡浸泡于混合液中，并在浸泡预设时间后取出对碳毡进行干燥处理具体包括；
[0016]将碳毡浸泡于混合液中，浸泡2
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3分钟后取出，并在90
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105℃下对浸泡后的碳毡进行干燥处理；
[0017]所述预设孔径范围为10
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20μm。
[0018]可选地，所述对干燥处理后的碳毡依次进行碳化、活化处理，以使活化后碳毡的表面吸附有含氧官能团具体包括：
[0019]将干燥后处理后的碳毡放入碳化炉中，通入惰性气体排除所述碳化炉内空气，并控制碳化炉按照预设的升温条件升温至第一预设温度以使所述碳毡碳化；
[0020]将所述碳化炉温度降至第二预设温度，停止向所述碳化炉内通入惰性气体，并通入氧气或二氧化碳对所述碳毡进行活化处理，使所述碳毡表面附着所述含氧官能团，所述第二预设温度小于第一预设温度。
[0021]可选地，所述第一预设温度为2000℃，所述第二预设温度为1000℃；
[0022]所述升温条件为：从25℃以10℃/min的升温速率升至1000℃，再以5℃/min的升温速率升温至1800℃，再以3℃/min的升温速率升至到2000℃，然后在2000℃保持30min。
[0023]可选地，所述将活化后的碳毡放入疏水剂溶液中浸渍以及干燥处理后，得到疏水后的碳毡具体包括：
[0024]准备质量分数为5％的溶液的疏水剂；
[0025]疏水步骤：将活化后的碳毡放入疏水剂中进行浸渍，浸渍2
‑
3分钟后取出并在90
‑
105℃下对浸渍后的碳毡进行干燥处理；
[0026]测量步骤：检测干燥后疏水剂在碳毡中的质量分数，当疏水剂在碳毡中的质量分数为10
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30％时，执行烧结步骤；当疏水剂在碳毡中的质量分数不为10
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30％时，重复对碳毡进行疏水步骤、测量步骤，直到疏水剂在碳毡中的质量分数为10
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30％；
[0027]烧结步骤：将碳毡放入烘箱中以第三预设温度进行烧结，并烧结第一预设时长，以得到疏水后的碳毡；
[0028]所述浸渍次数根据疏水剂在碳毡中的质量分数和疏水剂的浓度以及每次浸渍时长确定。
[0029]可选地，所述疏水剂为聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)或氟化乙丙烯或乙烯/四氟乙烯共聚物树脂(ETFE)。
[0030]可选地，所述在疏水后的碳毡表面涂覆碳浆，以在碳毡表面形成微孔层具体包括：
[0031]准备30nm碳粉或者5
‑
10nm碳纳米管或者30nm碳粉和5
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10nm碳纳米管的混合物，加入增稠剂羧甲基纤维素和去离子水，放入搅拌器搅拌预设小时后得到固含量为6
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8％的碳浆；
[0032]将碳浆涂覆在碳毡上，并进行干燥后得到第一预设厚度的微孔层以及得到第二预设厚度的多孔传输层厚度。
[0033]所述第一预设厚度为40μm，所述第二预设厚度为340μm。
[0034]本专利技术还提出一种多孔传输层，通过以上任一项所述的多孔传输层的制备方法制备得到，所述多孔传输层包括：
[0035]碳毡，所述碳毡均布有孔径为10
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20μm的微孔，所述碳毡内含有疏水结构，所述碳毡表面吸附含氧官能团；以及
[0036]微孔层，所述微孔层设置于所述碳毡的一侧表面。
[0037]本专利技术还提出了一种质子交换膜水解装置，包括以上所述的多孔传输层。
[0038]本专利技术提出多孔传输层的制备方法包括以下步骤：准备碳毡以及包含预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇的混合液，将碳毡浸泡于混合液中，碳毡能与混合液充分接触，使混合液中的碳粉能均匀填充在碳毡的微孔，并在浸泡预设时间后取出对碳毡进行干燥处理，检测干燥后的碳毡的微孔孔径，当碳毡的微孔孔径处于预设孔径范围内时，执行碳化和活化步骤；当碳毡的微孔孔径本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多孔传输层的制备方法，其特征在于，所述多孔传输层的制备方法包括如下步骤：准备步骤：准备碳毡以及包含预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇的混合液；浸泡步骤：将碳毡浸泡于混合液中，并在浸泡预设时间后取出对碳毡进行干燥处理；检测步骤：检测干燥后的碳毡的微孔孔径，当碳毡的微孔孔径处于预设孔径范围内时，执行碳化和活化步骤；当碳毡的微孔孔径未处于预设孔径范围内时，重复执行上述浸泡步骤和检测步骤，直至碳毡的微孔孔径处于预设孔径范围内；碳化和活化步骤：对干燥处理后的碳毡依次进行碳化、活化处理，以使活化后碳毡的表面吸附有含氧官能团；疏水步骤：将活化后的碳毡放入疏水剂溶液中浸渍以及干燥处理后，得到疏水后的碳毡；涂覆步骤：在疏水后的碳毡表面涂覆碳浆，以在碳毡表面形成微孔层。2.如权利要求1所述的多孔传输层的制备方法，其特征在于，所述准备步骤：准备碳毡以及包含预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇的混合液具体包括：准备碳毡、预设份量的碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇；将碳粉、分散剂以及溶剂异丙醇进行混合搅拌后进行除泡处理，以得到所述混合液，所述碳粉质量是所述混合液的总质量分数的2
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3％，所述分散剂的含量为所述碳粉质量的0.2倍。3.如权利要求2所述的多孔传输层的制备方法，其特征在于，所述浸泡步骤：将碳毡浸泡于混合液中，并在浸泡预设时间后取出对碳毡进行干燥处理具体包括；将碳毡浸泡于混合液中，浸泡2
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3分钟后取出，并在90
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105℃下对浸泡后的碳毡进行干燥处理；所述预设孔径范围为10
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20μm。4.如权利要求1所述的多孔传输层的制备方法，其特征在于，所述对干燥处理后的碳毡依次进行碳化、活化处理，以使活化后的碳毡的表面吸附有含氧官能团具体包括：将干燥处理后的碳毡放入碳化炉中，通入惰性气体排除所述碳化炉内空气，并控制碳化炉按照预设的升温条件升温至第一预设温度以使所述碳毡碳化；将所述碳化炉温度降至第二预设温度，停止向所述碳化炉内通入惰性气体，并通入氧气或二氧化碳对所述碳毡进行活化处理，使所述碳毡表面附着所述含氧官能团，所述第二预设温度小于第一预设温度。5.如权利要求4所述的多孔传输层的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为2000℃，所述第二预设温度为1000℃；所述升温条件为：从25℃以10℃/min的升温速率升至1000℃，再以5℃/min的升温速率...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓通，徐少轶，李辉，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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