提供了一种制造电化学电池用气体扩散层的方法，该方法包括以下步骤：ａ）一般在水媒液中通常用高剪切混合法将碳粒子与一种或多种表面活性剂混合，制成预制组合物；ｂ）用低剪切混合法在上述预制组合物中加入一种或多种高度氟化聚合物，制造涂料组合物；和ｃ）通常用低剪切涂覆方法将涂料组合物涂覆到导电多孔基材上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
电化学电池用气体扩散层的制造方法本专利技术是在根据DOE颁发的合作协议DE-FC02-99EE50582而得到政府支助的情况下作出的。政府对本专利技术享有一定的权利。 专利
本专利技术涉及制造电化学电池用气体扩散层的三步法，包括一般在水媒液中通常用高剪切混合法使碳粒子与表面活性剂混合，用低剪切混合法添加含氟聚合物并通常采用低剪切涂覆法将涂料组合物涂覆到导电多孔基材上。 专利技术背景美国专利US6,127,059描述了用在水中同时混合含氟树脂和碳而制成的组合物涂覆电化学电池用气体扩散层的方法。 专利技术概述简而言之，本专利技术提供了一种制造电化学电池用气体扩散层的方法，包括以下步骤：a)通常采用高剪切混合法将媒液与碳粒子和一种或多种表面活性剂混合制成预制组合物；b)用低剪切混合法在上述预制组合物中加入一种或多种高度氟化聚合物，制成涂料组合物；和c)通常采用低剪切涂覆方法将涂料组合物涂覆到导电多孔基材上。在专业领域还没有描述过的、由本专利技术所提供的是混合并涂覆碳/含氟树脂组合物的三步法，该法可以对碳粒子进行高剪切处理，但避免了对含氟树脂的高剪切处理。在本申请中：“媒液”是指在分散体中载带颗粒的液体，通常包括水或醇；“高度氟化”是指含氟量达到40wt％或以上，通常为50wt％或以上，更典型的是60wt％或以上；“高剪切混合”是指一种混合方法，其中要混合的液体经过剪切速率大于200s-1更典型的剪切速率大于1,000s-1的剪切区，其特征是用高速圆盘分散器或Cowles叶-->片以足够的转速进行混合；“超高剪切混合”是指一种混合方法，其中要混合的液体经过剪切速率大于10,000s-1，更典型的剪切速率大于20,000s-1的剪切区，其特征是在足够的转速下用珠粒研磨或砂磨；“低速剪切混合”是指一种混合方法，其中要混合的液体基本上不经过剪切速率大于200s-1，更典型的剪切速率不大于100s-1，更典型的是剪切速率不大于50s-1，更典型的是剪切速率不大于10s-1的剪切区其特征是采用桨叶混合、手工搅拌或用高速圆盘分散器进行低转速混合；“低剪切涂覆”是指一种涂覆方法，其中要涂覆的液体基本上不经过剪切速率大于2000s-1，更典型的剪切速率不大于1000s-1，更典型的剪切速率不大于500s-1，更典型的是剪切速率不大于100s-1的剪切区，其特征是用三辊涂覆；“炭渗流”是指在导电多孔基材未涂覆的一面存在碳粒子，这些颗粒是从涂覆过的一面通过基材迁移过来的，其数量通常足以为肉眼所见或更多；“被取代的”是指，就化学物质而言，表示被常用取代基所取代，这些取代基不会影响需要的产品或方法，例如，取代基可以是烷基、烷氧基、芳基、苯基、卤素(F、Cl、Br、I)、氰基、硝基等。本专利技术的优点在于提供一种用于电化学电池的气体扩散层涂覆用涂料组合物的制造方法，该组合物既具有高度分散的炭，又具有高度分散的含氟树脂。 较佳的实施方案详细说明本专利技术提供了一种制造电化学电池用气体扩散层的方法，包括以下步骤：a)通常采用高剪切混合法将媒液与碳粒子和一种或多种表面活性剂混合制成预制组合物；b)用低剪切混合法，在上述预制组合物中加入一种或多种高度氟化聚合物而制成一种涂料组合物；和c)通常采用低剪切涂覆的方法，将涂料组合物涂覆到导电多孔基材上。燃料电池为通过燃料如氢与氧化剂如氧发生催化化合而产生可用电的电化学电池。典型的燃料电池包含靠近催化反应部位的叫做气体扩散层或扩散/集电层的层。这些层必须是导电性的，而且必须能让反应物和产物液体通过。典型的气体扩散层在靠近催化剂的那一面上涂有一层碳粒子和含氟聚合物。本专利技术涉及碳/含氟树脂层涂覆方法的改进。尤其是，根据本专利技术方法，可以对碳粒子进行高剪切处理，增加了润湿性和分散性，但避免了对含氟树脂进行高剪切处理，这种处理方法有可能导-->致树脂聚结。涂料组合物可以使用任何适用的水媒液。该媒液包括水，还可包含醇，更典型的是只包含水或醇。最典型的是媒液只包含水。涂料组合物可以包含任何适用的表面活性剂或分散剂，包括与本申请同时提交的待审专利申请10/028,173中所述的氧化胺表面活性剂。适用的氧化胺可以具有下面结构式II：，式中各R分别选自含1～20个碳原子的烷基，烷基任选地包含醚基和醇基，还可以被取代。根据该引用的公开文献，典型的氧化胺表面活性剂为具有以下结构式(I)的烷基二甲基氧化：式中n为9到19，或更典型的11到15。最典型的是，n为11或13。式(I)的氧化胺可任选地被取代。合适的氧化胺表面活性剂可以包括那些市售的牌号为Genaminox、Admox、Ammonyx和Ninox的表面活性剂。其它合适的表面活性剂可以包括烷氧化醇，如TritonTM X100。涂料组合物通常包含0.1-15wt％，更典型的0.1-10wt％，最典型的1-5wt％的表面活性剂。可以使用任何适用的碳粒子。应当明白，在此所用的“碳粒子”一词是指初级颗粒，平均大小通常为1-100nm，初级颗粒的第一聚集体的平均大小通常为0.01-1微米，第一聚集体的第二凝聚集体平均大小为0.1-10微米，聚集体的结块平均大小通常大于10微米。最为典型的是，“碳粒子”一词是指初级颗粒或第一聚集体。常用的碳举例来说有Vulcan XC-72(位于Billerica，MA的Cabot公司，Special Blacks分公司生产)、C55品级Shawinigan Black(位于Baytown，TX的Chevron PhillipsChemical Company，LP，Acetylene Black Unit生产)或Ketjenblack EC300J(位于Chicago，IL的Akzo Nobel Chemicals有限公司生产)。水性涂料组合物通常包含1-50wt％的，更典型的1-20wt％，最典型的5-15wt％碳粒子。通常，所用的碳粒子越小，水性涂料组合物所包含的碳粒子的重量百分比越低。一般通过高剪切混合使碳粒子悬浮在媒液中形成预制组合物。高剪切混合的好处是可以改善媒液对碳粒子的润湿性及提高分散性和解聚结性。此外，可以用适当-->的方法，包括静置，对预制组合物进行脱气或消泡。可以用超高剪切混合的方法对预制组合物作进一步混合，通常是在脱气或消泡之后。可以将增稠剂添加到预制组合物中。可以使用任何适用的增稠剂，包括聚丙烯酸酯，如CarbopolEZ-2(位于Cleveland，OH的B.F.Goodrich Specialty Chemicals公司生产)。可以将消泡剂添加到预制组合物中。可以使用任何适用的消泡剂，如MazuDF210 SX(位于Mount Olive，NJ的BASF公司生产)。不希望受到理论的限制，认为本专利技术的方法的优点源自这样一个事实，即对碳粒子产生解聚结作用的高剪切混合或超高剪切混合会导致分散体中含氟树脂聚结。本专利技术提供含氟树脂组合物的两步法混合和低剪切处理方法，因而防止或消除了炭和含氟聚合物颗粒的聚结。可以使用任何合适的高度氟化的含氟聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造电化学电池用气体扩散层的方法，包括以下步骤：ａ）混合媒液、碳粒子和一种或多种表面活性剂以制成预制组合物；ｂ）用低速剪切混合的方法将一种或多种高度氟化聚合物加到所述预制组合物中，制成涂料组合物，和ｃ）将所述涂料 组合物涂覆到导电多孔基材上。
【技术特征摘要】
US 2001-12-19 10/028,5861.一种制造电化学电池用气体扩散层的方法，包括以下步骤：a)混合媒液、碳粒子和一种或多种表面活性剂以制成预制组合物；b)用低速剪切混合的方法将一种或多种高度氟化聚合物加到所述预制组合物中，制成涂料组合物，和c)将所述涂料组合物涂覆到导电多孔基材上。2.权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述一种或多种高度氟化聚合物添加到所述预制组合物的步骤是用低剪切混合的方法完成的，其中预制组合物基本上不经过剪切速率大于50s-1的剪切区。3.权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述一种或多种高度氟化聚合物添加到所述预制组合物的步骤是用低剪切混合的方法完成的，其中预制组合物基本上不经过剪切速率大于10s-1的剪切区。4.权利要求1所述的方法，其特征在于，混合媒液、碳粒子和一种或多种表面活性剂的步骤是用高剪切混合的方法完成的。5.权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述涂料组合物涂覆到导电多孔基材上的步骤是用低剪切涂覆的方法完成的。6.权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述涂料组合物涂覆到导电多孔基材上的步骤是用低剪切涂覆的方法完成的，其中涂料组合物基本上不经过剪切速率大于50s-1的剪切区。7.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂料组合物涂覆的步骤是采用选自三辊涂覆、线绕棒涂覆、切口杆涂覆和载有液体的口模涂覆的涂覆方法而完成的。8.权利要求7所述的方法，其特征在于，用三辊涂覆法完成所述涂料组合物涂覆的步骤。9.权利要求5所述的方法，其特征在于，用三辊涂覆法完成所述涂料组合物涂...
【专利技术属性】
技术研发人员：JW弗里斯克，WM伯安德，JM拉森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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