用于燃料电池的气体扩散层、其制造方法及用于燃料电池的单元电池技术

一种用于组成燃料电池的单元电池的、用于燃料电池的气体扩散层，包括基层，基层包括短碳纤维并具有在所述基层的预定区域中沿厚度方向形成的加强部，其中连续碳纤维在所述加强部中取向。一种制造气体扩散层的方法，包括：制备混合有短碳纤维的混合分散体，在传送带上使连续碳纤维取向，通过将所制备的混合分散体施加到连续碳纤维在其上取向的传送带，来形成具有其中连续碳纤维取向的加强部的纸，以及通过用疏水剂浸渍所得到的纸来形成基层。用疏水剂浸渍所得到的纸来形成基层。用疏水剂浸渍所得到的纸来形成基层。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的气体扩散层、其制造方法及用于燃料电池的单元电池


[0001]本专利技术涉及用于燃料电池的气体扩散层、其制造方法以及包括该气体扩散层的用于燃料电池的单元电池。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种发电装置，它使燃料堆中的化学能进行电化学反应，将化学能转化为电能，燃料电池可用于工业和家庭用途，不仅可以为驱动车辆供电，也可以为诸如便携式设备的小型电子产品供电。近年来，燃料电池作为一种高效清洁能源，应用领域日益扩大。
[0003]图1是示出用于燃料电池的典型单元电池的视图。
[0004]从图1可以看出，膜电极组件(MEA)10位于用于燃料电池的典型的单元电池的最内部区域。膜电极组件10包括能够移动氢阳离子(质子)的聚合物电解质膜11，以及施加在电解质膜的两个表面上用于氢和氧反应的催化剂层，即阳极电极层(阳极)12和阴极电极层(阴极)13。
[0005]此外，气体扩散层(GDL)20层叠在膜电极组件10的外侧，即阳极电极层12和阴极电极层13的相应外侧，且隔板30(每个隔板具有形成用于供应燃料和排出反应产生的水的流场)位于气体扩散层20的相应外侧。
[0006]隔板30是流场型隔板。流场型隔板被弯曲以使得交替地形成凸台31和通道32，凸台31由气体扩散层20支撑，并且反应气体流过通道32。在这种情况下，凸台31和通道32形成为沿反应气体流动方向在一个方向上对齐。
[0007]同时，气体扩散层20通过在由碳纤维制成的基层21上形成微孔层(MPL)22而形成。
[0008]在这种情况下，通常通过用疏水剂例如聚四氟乙烯(PTFE)浸渍碳纤维纸而形成基层21。作为碳纤维纸的示例，可以使用碳纸、碳布等。
[0009]此外，微孔层22可以通过将疏水剂诸如PTFE与碳粉诸如炭黑、乙炔炭黑(acetylene black carbon)或黑珍珠碳(black pearls carbon)混合来制造，且然后根据使用目的而被施加在基层21的一个表面或两个表面上。
[0010]同时，基层21的碳纤维基材通过在传送带上由分散在水溶液中的短碳纤维形成纸而形成为纸型。结果，短碳纤维在二维(2D)方向上随机取向。随后，对粘合剂进行热处理，用疏水剂浸渍碳纤维纸，并对碳纤维纸进行碳化以形成基层。
[0011]然而，当根据传统方法通过辊对辊工艺制造基层时，存在基层容易因小的冲击或取决于辊驱动条件而断裂的问题。基层的断裂造成生产工艺收率和产品质量恶化的问题。
[0012]特别地，当根据制造小尺寸燃料电池的需求将气体扩散层形成为薄膜时，更容易发生基层的断裂问题。因此，在制造厚度为150μm或更小的气体扩散层时，难以确保量产性。
[0013]提供描述为相关技术的内容仅用于帮助理解本专利技术的背景，而不应将其视为对应于本领域普通技术人员已知的相关技术。

技术实现思路

[0014]本专利技术涉及用于燃料电池的气体扩散层、其制造方法以及包括该气体扩散层的用于燃料电池的单元电池。具体实施方式涉及具有连续的加强部的用于燃料电池的气体扩散层、其制造方法以及包括该气体扩散层的用于燃料电池的单元电池。
[0015]本专利技术的实施方式提供具有连续的加强部的用于燃料电池的气体扩散层，其制造方法，以及包括该气体扩散层的用于燃料电池的单元电池。
[0016]根据本专利技术的实施方式，用于组成燃料电池的单元电池的用于燃料电池的气体扩散层包括基层，该基层包括短碳纤维并且具有在基层的预定区域中在厚度方向上形成的加强部，其中连续碳纤维在加强部中取向。
[0017]形成在基层中的加强部的连续碳纤维可以沿垂直于厚度方向的平面在一个方向上取向，同时彼此隔开。
[0018]加强部的每根连续碳纤维的直径可以为6至12μm。
[0019]加强部的连续碳纤维可以形成为束，每束包括多根连续碳纤维，并且每束连续碳纤维的厚度可以是基层的总厚度的50％或更小。
[0020]加强部中的连续碳纤维束的每一束可以与邻近的连续碳纤维束间隔2至20mm的距离。
[0021]加强部可以形成为邻近基层的表面。
[0022]气体扩散层还可以包括形成在基层的一个表面上的微孔层，并且加强部可以形成为邻近于与其上形成微孔层的表面相对的表面。
[0023]气体扩散层还可以包括形成在基层的一个表面上的微孔层，并且加强部可以形成为邻近其上形成微孔层的表面。
[0024]根据本专利技术的另一实施方式，制造用于组成燃料电池的单元电池的用于燃料电池的气体扩散层的方法包括制备其中混合短碳纤维的混合分散体，将连续碳纤维在传送带上取向，通过将制备的混合分散体施加到连续碳纤维在其上取向的传送带来形成具有其中连续碳纤维取向的加强部的纸，和通过用疏水剂浸渍纸来形成基层。
[0025]在连续碳纤维的取向中，连续碳纤维可以在一个方向上取向，同时彼此隔开。
[0026]在连续碳纤维的取向中，连续碳纤维可以被制备成束，每束包括多个连续碳纤维，并且连续碳纤维束可以取向成紧密接触或邻近传送带的表面。在纸的形成过程中，混合分散体可以以比连续碳纤维束的每个的厚度大的厚度施加到传送带的表面。
[0027]在纸的形成过程中，可以以比连续碳纤维束中的每个的厚度大至少两倍的厚度施加混合分散体。
[0028]在连续碳纤维的取向中，形成束的连续碳纤维中的每个可以具有6至12μm的直径，并且连续碳纤维的束中的每束可以与邻近连续碳纤维束隔开距离2至20mm。
[0029]方法还可包括，在形成基层之后，通过将其中疏水剂与碳基粉末混合的浆料施加到基层的一个表面上来形成微孔层。在形成微孔层时，可以将浆料施加到与基层的形成加强部的表面相对的表面上。
[0030]方法还可包括，在形成基层之后，通过将其中疏水剂与碳基粉末混合的浆料施加到基层的一个表面上来形成微孔层。在形成微孔层时，可以将浆料施加到基层的形成加强部的表面上。
[0031]根据本专利技术的另一实施方式，用于燃料电池的单元电池包括膜电极组件(MEA)、分别设置在膜电极组件的两个表面上的一对气体扩散层(GDL)和一对流场型隔板，其分别设置在气体扩散层的外侧并弯曲成使得交替形成凸台和通道，其中气体扩散层的每个包括基层，其包含短碳纤维并具有在基层厚度方向的预定区域中形成的加强部，其中连续碳纤维在加强部中取向。
[0032]在气体扩散层的基层中形成的加强部的连续碳纤维可以在一个方向上取向，同时彼此隔开。
[0033]形成在隔板中的凸台和通道可以形成为在一个方向上对齐，并且其中加强部的连续碳纤维的取向方向可以相对于隔板的凸台和通道的形成方向保持45
°
到90
°
的角度。
[0034]气体扩散层的基层可设置为面向隔板，气体扩散层还可包括形成在基层的两个表面中的面向膜电极组件(MEA)的一个表面上的微孔层，并且气体扩散层的加强部可以形成为邻近基层的两个表面中的面向隔板的另一个表面。
[0035]气体扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于组成燃料电池的单元电池的、用于燃料电池的气体扩散层，所述气体扩散层包括：基层，所述基层包括短碳纤维并具有在所述基层的预定区域中沿厚度方向形成的加强部，其中连续碳纤维在所述加强部中取向。2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其中，形成于所述基层中的所述加强部的连续碳纤维沿垂直于所述厚度方向的平面沿一个方向取向，同时彼此隔开。3.根据权利要求1所述的气体扩散层，其中，所述加强部的每根连续碳纤维的直径为6至12μm。4.根据权利要求3所述的气体扩散层，其中：所述加强部的连续碳纤维形成为多个束，每一束包括多根连续碳纤维；并且所述连续碳纤维的束中的每一束的厚度为所述基层的总厚度的50％以下。5.根据权利要求4所述的气体扩散层，其中，所述加强部的连续碳纤维的束中的每一束与相邻的连续碳纤维的束间隔2至20mm的距离。6.根据权利要求1所述的气体扩散层，其中，所述加强部被形成为与所述基层的第一表面相邻。7.根据权利要求6所述的气体扩散层，还包括形成在所述基层的第二表面上的微孔层，其中，所述基层的所述第一表面与所述基层的所述第二表面相对。8.根据权利要求6所述的气体扩散层，还包括形成在所述基层的所述第一表面上的微孔层。9.一种制造用于燃料电池的气体扩散层的方法，所述扩散层用于组成燃料电池的单元电池，所述方法包括以下步骤：制备混合有短碳纤维的混合分散体；在传送带上使连续碳纤维取向；通过将所制备的混合分散体施加到所述连续碳纤维在其上取向的所述传送带上，形成具有加强部的纸，所述连续碳纤维在所述加强部中取向；以及通过用疏水剂浸渍所得到的纸来形成基层。10.根据权利要求9所述的方法，其中，在连续碳纤维取向的步骤中，所述连续碳纤维沿一个方向取向，同时彼此隔开。11.根据权利要求9所述的方法，其中：在连续碳纤维取向的步骤中，所述连续碳纤维被制备成束，所述束中的每一束包括多根连续碳纤维，并且所述连续碳纤维的束被取向为紧密接触所述传送带的表面或与所述传送带的表面相邻；和在形成纸的步骤中，所述混合分散体以比所述连续碳纤维的束中的每一束的厚度大的厚度施加到所述传送带的表面。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在形成纸的步骤中，所述混合分散体以所述连续碳纤维的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智汉，朴宰满，卢承铎，
申请(专利权)人：起亚株式会社，
类型：发明
国别省市：