一种抗反极气体扩散层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术特别涉及一种抗反极气体扩散层及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域，方法包括：将第一水电解催化剂加入第一分散液中进行分散，后加入第一憎水剂，获得浸渍溶液；将基底层置于浸渍溶液中进行浸渍操作，后进行干燥和焙烧，获得预处理基底层；浸渍操作至少包括一次浸渍；获得微孔层浆料；将微孔层浆料覆盖于预处理基底层一侧，获得料坯；将料坯进行热处理，获得抗反极气体扩散层；该气体扩散层拥一定的抗反极能力，以确保反极过程中气体扩散层具有良好的稳定性，使得电池反极前后拥有良好的性能。良好的性能。良好的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抗反极气体扩散层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种抗反极气体扩散层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，世界上汽车的保有量持续增长，而传统的燃油汽车对燃油的依赖十分巨大以及对环境污染日益增加，大约17％的二氧化碳排放来自汽车和卡车。而由于质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，不会生成污染物如SO
X
、NO
X
、CO、CO2等，因此为解决汽车产生的环境问题以及能源问题提供了一个新的方案。
[0003]膜电极组件是质子交换膜燃料电池最核心的部分，它是燃料电池产生电流的核心组件，其被誉为燃料电池的“心脏”，是发生电化学反应的核心场所，膜电极的好坏决定了电池的性能。膜电极组件通常由质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极气体扩散层以及阴极气体扩散层组成。
[0004]气体扩散层由基底层和微孔层构成，作用主要有将反应气体传入催化层、及时将反应产生的水排出、支撑催化层、将反应放出的热量及时散出以及传递电子。气体扩散层作为气体和水传输的主要场所，其衰退是影响质子交换膜燃料电池寿命的重要因素之一。
[0005]车用燃料电池在使用过程中，会发现缺氢气的情况，从而导致反极事故，此类反极事故的出现会在电池阳极产生极高的阳极电势，导致阳极催化层和气体扩散层不可避免的发生电化学腐蚀，导致气体扩散层发生衰退，最终极大地降低电池的性能。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种抗反极气体扩散层及其制备方法和应用，以提升气体扩散层的抗反极能力，进而确保反极过程中气体扩散层具有良好的稳定性，使得电池反极前后拥有良好的性能。
[0007]本专利技术实施例提供了一种抗反极气体扩散层的制备方法，所述方法包括：
[0008]将第一水电解催化剂加入第一分散液中进行分散，后加入第一憎水剂，获得浸渍溶液；
[0009]将基底层置于所述浸渍溶液中进行浸渍操作，后进行干燥和焙烧，获得预处理基底层；所述浸渍操作至少包括一次浸渍；
[0010]获得微孔层浆料；
[0011]将所述微孔层浆料覆盖于所述预处理基底层一侧，获得料坯；
[0012]将所述料坯进行热处理，获得抗反极气体扩散层。
[0013]可选的，所述浸渍中，单次浸渍的时间为20min
‑
30min。
[0014]可选的，所述干燥的温度为60℃
‑
80℃。
[0015]可选的，所述焙烧的温度为300℃
‑
400℃。
[0016]可选的，所述预处理基底层中第一憎水剂的含量为1wt％
‑
15wt％。
[0017]可选的，所述预处理基底层中第一水电解催化剂的载量为1μg/cm2‑
20μg/cm2。
[0018]可选的，所述第一水电解催化剂包括：含有铱的单质的纳米材料催化剂、含有铱的单质氧化物的纳米材料催化剂、含有铱的单质氢氧化物的纳米材料催化剂、含有钌的单质的纳米材料催化剂、含有钌的单质氧化物的纳米材料催化剂和含有钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂中的至少一种。
[0019]可选的，所述第一分散液包括乙醇、异丙醇、乙二醇和六氟异丙醇中的至少一种。
[0020]可选的，所述第一憎水剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和四氟乙烯与乙烯的共聚物中的至少一种。
[0021]可选的，所述基底层包括碳纸或碳布中的一种。
[0022]可选的，所述获得微孔层浆料，具体包括：
[0023]将第二水电解催化剂、导电炭黑和第二憎水剂混合于第二分散液中，获得微孔层浆料。
[0024]可选的，所述导电炭黑和所述第二水电解催化剂的质量比为50：1
‑
250：1；所述导电炭黑和所述第二分散液的质量比为1：5
‑
1：10；所述导电炭黑和所述第二憎水剂的质量比为4：1
‑
10：1。
[0025]可选的，，所述抗反极气体扩散层的微孔层中第二憎水剂的含量为10wt％
‑
30wt％。
[0026]可选的，所述抗反极气体扩散层中第一水电解催化剂和第二水电解催化剂的总载量为10μg/cm2‑
50μg/cm2。
[0027]可选的，所述抗反极气体扩散层中导电炭黑载量为1.0mg/cm2‑
2.5mg/cm2。
[0028]可选的，所述第二水电解催化剂包括：含有铱的单质的纳米材料催化剂、含有铱的单质氧化物的纳米材料催化剂、含有铱的单质氢氧化物的纳米材料催化剂、含有钌的单质的纳米材料催化剂、含有钌的单质氧化物的纳米材料催化剂和含有钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂中的至少一种。
[0029]可选的，所述导电炭黑包括乙炔黑、Vulcan XC
‑
72、Black pearls、碳纳米管和石墨烯粉末中的至少一种。
[0030]可选的，所述第二憎水剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和四氟乙烯与乙烯的共聚物中的至少一种。
[0031]可选的，所述第二分散液包括乙醇、异丙醇、乙二醇和六氟异丙醇中的至少一种。
[0032]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种抗反极气体扩散层，所述抗反极气体扩散层采用如上所述的抗反极气体扩散层的制备方法制备而成。
[0033]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种抗反极气体扩散层的应用，所述应用包括将如上所述的抗反极气体扩散层用于制备质子交换膜燃料电池。
[0034]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0035]本专利技术实施例提供的抗反极气体扩散层的制备方法，所述方法包括：将第一水电解催化剂加入第一分散液中进行分散，后加入第一憎水剂，获得浸渍溶液；将基底层置于所述浸渍溶液中进行浸渍操作，后进行干燥和焙烧，获得预处理基底层；所述浸渍操作至少包括一次浸渍；获得微孔层浆料；将所述微孔层浆料覆盖于所述预处理基底层一侧，获得料坯；将所述料坯进行热处理，获得抗反极气体扩散层；通过在基底层中加入了水电解剂，使
气体扩散层主要发生水电解反应，有效的抑制了气体扩散层发生碳腐蚀反应，使气体扩散层依旧拥有良好的传气及排水能力，因此使其拥一定的抗反极能力，以确保反极过程中气体扩散层具有良好的稳定性，使得电池反极前后拥有良好的性能。
[0036]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0038]图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗反极气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将第一水电解催化剂加入第一分散液中进行分散，后加入第一憎水剂，获得浸渍溶液；将基底层置于所述浸渍溶液中进行浸渍操作，后进行干燥和焙烧，获得预处理基底层；所述浸渍操作至少包括一次浸渍；获得微孔层浆料；将所述微孔层浆料覆盖于所述预处理基底层一侧，获得料坯；将所述料坯进行热处理，获得抗反极气体扩散层。2.根据权利要求1所述的抗反极气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述浸渍中，单次浸渍的时间为20min
‑
30min；所述干燥的温度为60℃
‑
80℃；所述焙烧的温度为300℃
‑
400℃；所述预处理基底层中第一憎水剂的含量为1wt％
‑
15wt％；所述预处理基底层中第一水电解催化剂的载量为1μg/cm2‑
20μg/cm2。3.根据权利要求1所述的抗反极气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一水电解催化剂包括：含有铱的单质的纳米材料催化剂、含有铱的单质氧化物的纳米材料催化剂、含有铱的单质氢氧化物的纳米材料催化剂、含有钌的单质的纳米材料催化剂、含有钌的单质氧化物的纳米材料催化剂和含有钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的抗反极气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一分散液包括乙醇、异丙醇、乙二醇和六氟异丙醇中的至少一种；所述第一憎水剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和四氟乙烯与乙烯的共聚物中的至少一种；所述基底层包括碳纸或碳布中的一种。5.根据权利要求1所述的抗反极气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述获得微孔层浆料，具体包括：将第二水电解催化剂、导电炭黑和第二憎水剂混合于第二分散液中，获得微孔层浆料。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周江峰，王智捷，张泽，高佳武，赵航，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：