一种微孔层浆料及其制备方法、气体扩散层和膜电极技术

本发明专利技术公开了一种微孔层浆料的制备方法，包括如下步骤：a、将导电碳基材料和乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种微孔层浆料及其制备方法、气体扩散层和膜电极


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种微孔层浆料，更进一步地，还涉及该微孔层浆料的制备方法，特别地，还涉及一种气体扩散层，更特别地，还涉及一种膜电极。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池存在工作温度低、噪音小、无污染的优点，备受广大专家与学者的青睐。膜电极通常由质子交换膜、催化剂及气体扩散层组成，是质子交换膜燃料电池的关键组成部分。其中气体扩散层主要起到催化剂载体、支撑电极结构、排水传气、导电等作用，决定了燃料电池在高电流密度下的性能，决定了其性能的上限。随着双碳目标的提出，氢燃料电池应用场景的多元化，更高的功率密度已经明确纳入国家的氢燃料电池补贴标准，高性能的气体扩散层产品的需求迫在眉睫。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：现有的微孔层制浆工艺中，普遍采用PTFE乳液、PVDF乳液或其混合物等乳液类物质作为疏水剂和粘结剂，乳液类物质原有的体系在分散过程中很容易被破坏，并且很难和导电碳基材料混合均匀，导致浆料不稳定、颗粒团聚、PTFE和碳粉分散不均匀等现象，另外，乳液类物质中的表面活性剂对微孔层浆料的状态及性能也会产生负面的影响。
[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种微孔层浆料及其制备方法，制得的微孔层浆料粒度小，分散均匀，稳定性好，长期存放而不易沉降和团聚。
[0005]本专利技术实施例的微孔层浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]a、将导电碳基材料和乙烯
‑
四氟乙烯共聚物纳米微球混合，在砂磨机中进行纳米研磨，形成导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末；
[0007]b、将溶剂、表面活性剂和所述步骤a得到的导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末混合，球磨，制得微孔层浆料；
[0008]c、将上述微孔层浆料进行边搅拌边真空脱泡，消除浆料中的气泡。
[0009]本专利技术实施例的微孔层浆料的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法中，先将导电碳基材料和乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球两种干料混合在砂磨机中进行干磨处理，由于碳基材料的吸附性，两者能充分均匀混合，形成导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末，有效解决了现有技术中直接将导电材料与疏水剂乳液混合而导致的混合不均匀从而使浆料不稳定、颗粒团聚的问题；2、本专利技术实施例的方法中，采用乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球作为疏水剂和粘结剂，相比于乳液类物质，采用的原料便于储存和运输；3、本专利技术实施例的方法中，采用先干磨后湿磨的混合方式，在导电碳基材料和乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球充分吸附混合均匀的基础上，引入溶剂和表面活性剂等液体类物质，进行湿磨，制备得到的微孔层浆料粒度较小、分散均匀、较为稳定，能够存放较长时
间而不易发生沉降和团聚；4、本专利技术实施例制备的方法，得到浆料碳基材料和乙烯
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四氟乙烯包覆性好，用于制备气体扩散层后，在使用过程中F元素流失少，有效延长了燃料电池组件的使用寿命；5、本专利技术实施例制备的微孔层浆料无气泡，利于涂布；6、本专利技术实施例的方法，工艺简单，易于工业化推广应用。
[0010]在一些实施例中，所述步骤a中，所述导电碳基材料包括导电炭黑、乙炔黑、导电石墨及碳纳米管中的至少一种。
[0011]在一些实施例中，所述步骤a中，所述导电碳基材料与乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球的质量比为2
‑
4:1。
[0012]在一些实施例中，所述步骤a中，所述研磨机的转速为1000
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8000r/min，研磨时间为10
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60min。
[0013]在一些实施例中，所述步骤b中，所述溶剂包括水、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或多种混合液；所述表面活性剂包括聚乙烯基吡咯烷酮或X
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100中的至少一种。
[0014]在一些实施例中，还包括步骤c，将步骤b制得的微孔层浆料进行真空脱泡处理，同时进行搅拌。
[0015]在一些实施例中，所述步骤c中，所述真空脱泡处理的真空度为
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0.05～
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0.095MPa，搅拌速度为：50
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500r/min，搅拌时间为30
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60min。
[0016]本专利技术实施例还提供了一种微孔层浆料，采用本专利技术实施例的方法制得。本专利技术实施例的微孔层浆料，导电碳基材料和乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球充分吸附混合均匀，浆料粒度小、分散均匀并且稳定，能够长时间存放而不易发生沉降和团聚，并且，浆料中碳基材料和乙烯
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四氟乙烯包覆性好，用于制备气体扩散层后，在使用过程中F元素流失少，有效延长了燃料电池组件的使用寿命。
[0017]本专利技术实施例还提供了一种气体扩散层，采用本专利技术实施例的微孔层浆料制得。本专利技术实施例的气体扩散层，具备本专利技术实施例微孔层浆料能够带来的所有优点，在此不再赘述。
[0018]本专利技术实施例还提供了一种膜电极，包括本专利技术实施例的气体扩散层。本专利技术实施例的膜电极，具备本专利技术实施例气体扩散层能够带来的所有优点，在此不再赘述。
附图说明
[0019]图1是实施例和对比例1制得的气体扩散层的SEM图，其中，a为实施例1，b为对比例1；
[0020]图2是实施例和对比例1制得的单电池性能测试图；
[0021]图3是实施例1
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3制得的单电池的性能测试图。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0023]本专利技术实施例的微孔层浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0024]a、将导电碳基材料和乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球混合，在砂磨机中进行纳米
研磨，形成导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末；
[0025]b、将溶剂、表面活性剂和所述步骤a得到的导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末混合，球磨，制得微孔层浆料。
[0026]本专利技术实施例的微孔层浆料的制备方法，先将导电碳基材料和乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球两种干料混合在砂磨机中进行干磨处理，由于碳基材料的吸附性，两者能充分均匀混合，形成导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末，有效解决了现有技术中直接将导电材料与疏水剂乳液混合而导致的混合不均匀从而使浆料不稳定、颗粒团聚的问题；本专利技术实施例的方法中，采用乙烯
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微孔层浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、将导电碳基材料和乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球混合，在砂磨机中进行纳米研磨，形成导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末；b、将溶剂、表面活性剂和所述步骤a得到的导电碳基材料/乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米粉末混合，球磨，制得微孔层浆料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述导电碳基材料包括导电炭黑、乙炔黑、导电石墨及碳纳米管中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述导电碳基材料与乙烯
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四氟乙烯共聚物纳米微球的质量比为2
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4:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述研磨机的转速为1000
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8000r/min，研磨时间为10
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60mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志昌，张爱京，刘汉东，莫雅思，张朔，宋孟刚，何星，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：