一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法，方法为：将主要由纤维状粘合剂、水、分散剂和长径比不同的碳纤维组成的碳纤维悬浮液进行抄纸和干燥得到碳纤维原纸后，在氮气或惰性气体保护下对其进行碳化和石墨化处理得到质子交换膜燃料电池用气体扩散层；纤维状粘合剂是由酚醛树脂与其他树脂组成的复合纤维或共混纤维；最终制得的质子交换膜燃料电池用气体扩散层具有孔梯度，且孔径最小的一层为本征微孔层。本发明专利技术的方法减少了原纸浸润树脂的步骤，可实现碳纸与微孔层的一体化成型，减少后续微孔层的涂敷制备，工艺简单，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种新型和环境友好型的发电装置，可直接将存储于燃料中的化学能转化为电能，由于其发电无剧烈燃烧，转化过程绿色环保，所以使用燃料电池是解决当前能源危机的有效办法。在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池因为具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动、无污染、体积轻巧等诸多优点，被认为是最具发展潜力的电源之一。燃料电池在工作中会产生大量的水，如果没有办法及时排出，则会造成催化层水淹现象，堵塞整个电池通道，阻碍气体的传输。因此，有一个既能够有效传输气体，又能管理反应所产生的水的通道就尤为重要。
[0003]气体扩散层是燃料电池的重要组成部件之一，是由孔隙结构较为松散的基质层和孔隙结构较为紧凑的微孔层构成，不仅起着支撑催化层、稳定电极结构的作用，还具备为电极气体提供气体通道、电子通道和排水通道的多种功能。电池的效率、内阻与其息息相关，因此改善气体扩散层性能是发展燃料电池气液传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，将主要由纤维状粘合剂、水、分散剂和长径比不同的碳纤维组成的碳纤维悬浮液进行抄纸和干燥得到碳纤维原纸后，在氮气或惰性气体保护下对其进行碳化和石墨化处理得到质子交换膜燃料电池用气体扩散层；纤维状粘合剂是由酚醛树脂与其他树脂组成的复合纤维或共混纤维；其他树脂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯和聚丙烯中的一种以上。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，碳纤维的长度为0.5～20mm，碳纤维的长径比为100～3000，长径比位于区间[100,500)的碳纤维的质量占碳纤维总质量的0～10wt％，长径比位于区间[500,1000)的碳纤维的质量占碳纤维总质量的60～84wt％，长径比位于区间[1000,2000)的碳纤维的质量占碳纤维总质量的5～25wt％，长径比位于区间[2000,3000]的碳纤维的质量占碳纤维总质量的1～5wt％；碳纤维悬浮液中碳纤维用量为水用量的0.01～5wt％；纤维状粘合剂的直径为5～50μm，长度为3～10mm，残碳率为6～50％，碳纤维原纸中纤维状粘合剂的含量为5～30wt％；分散剂为聚氧化乙烯或吐温60，碳纤维悬浮液中分散剂用量为水用量的0.05～1.5wt％；碳纤维悬浮液中，分散剂与水组成的分散液的粘度为100～2000Pa
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s。3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，碳纤维悬浮液中还含有具有石墨结构的碳粉，碳纤维原纸中具有石墨结构的碳粉的含量为2～60wt％。4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，碳纤维悬浮液中还含有陶瓷纤维，碳纤维悬浮液中陶瓷纤维用量为碳纤维用量的0.5～5wt％，陶瓷纤维的长度为1～3mm。5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，干燥的温度为50～150℃，时间为5～90min；碳化的温度为1000～1300℃，时间为10～60min；石墨化的温度为1500～2400℃，时间为5～60min。6.根据权利要求5所述的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，碳化前，还对碳纤维原纸进行交联固化处理，交联为化学交联或热压交联；化学交联的过程为：首先将碳纤维原纸浸入由甲醛、盐酸和水组成的交联浴中，在22～25℃下预处理24～60h，然后以130～170℃/h的升温速率将交联浴加热至溶液沸腾，保温0.5～3h，将碳纤维原纸取出、水洗和干燥；交联浴中甲醛的含量为18.5wt％，盐酸的浓度为12～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，瞿同庆，黄熙怡，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：