一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法以及该气体扩散层在燃料电池中的应用技术

本发明专利技术涉及一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法以及该气体扩散层在燃料电池中的应用，至少包括以下步骤：S1、制备浓度为1

【技术实现步骤摘要】
一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法以及该气体扩散层在燃料电池中的应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法以及该气体扩散层在燃料电池中的应用。

技术介绍

[0002]氢能作为一种二次能源，凭借其储量丰富、清洁、高效、适应大范围储能等优点，成为了当下能源变革中的焦点。质子交换膜燃料电池是氢能应用的主要形态，具有能量密度高、噪音低、可靠性高、效率高等优点，可以代替传统化石能源，广泛应用于工业、交通、生活等领域。
[0003]质子交换膜燃料电池的关键部件主要包括：催化层、质子交换膜、气体扩散层以及双极板。气体扩散层(Gas diffusion layers，GDL)位于催化层和双极板之间，主要作用为传导反应气体、排出多余的水、传导热量、传导电子以及为膜电极提供机械支撑等。
[0004]在燃料电池的实际使用过程中发现，不同的场景燃料电池的操作条件不同，那么对应的增湿度也不同。在高湿度大电流下，燃料电池内部水分较多，容易造成水淹，进而影响电池性能，所以需要提高燃料电池的排水能力；在低湿度较小电流下，燃料电池内部水分较少，容易出现膜干现象影响质子电导率，进而影响电池性能。因此，需要对气体扩散层的水管理能力提出更高的要求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法以及该气体扩散层在燃料电池中的应用，该制备方法在保证气体扩散层导电性不变的情况下，具有良好的保水/排水的能力，且本专利技术的制备步骤简单，可操作性强。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术之一是提供一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法，至少包括以下步骤：
[0007]S1、制备浓度为1
‑
8wt％浸渍液；
[0008]S2、将气体扩散层放置于上下设置有压板的夹具中，2块压板密贴于气体扩散层上下表面，再向气体扩散层的表面均匀施加0.5
‑
3MPa的压力；其中气体扩散层包括第一侧边以及与第一侧边相对的第二侧边，使用泵将步骤S1制备得到的浸渍液依次从第一侧边通入，第二侧边流出，t1为浸渍液从第一侧边流向第二侧边的时间；之后再从第二侧边通入，第一侧边流出，t2为浸渍液从第二侧边流向第一侧边的时间，其中，浸渍液的流速为20
‑
120mL/min；
[0009]S3、浸渍完成后，停止供液，静置排出多余的浸渍液；将步骤S2中的夹具和气体扩散层，放置于在氮气环境中，80
‑
180℃下烧结0.5
‑
90min后，卸压取出气体扩散层，得到增强水管理能力的气体扩散层。
[0010]进一步地，步骤S2中使用的气体扩散层为深圳市通用氢能科技有限公司生产的
GDL，或其他商业GDL。
[0011]进一步地，所述t1为20
‑
100min；所述t2为20
‑
100min。
[0012]通过上述技术方案，浸渍时间由浸渍液种类、浸渍液浓度与气体扩散层的物理性质共同决定的。
[0013]当浸渍液的粘度较小利于浸渍时，与GDL相互作用较强，且GDL孔隙较大，浸渍液的流速大，则浸渍时间较短。当浸渍液粘度增大，与GDL相互作用较弱，浸渍液的流速小，则浸渍时间较长。
[0014]同时，由于夹具的压板将气体扩散层的表面压紧，一方面是模拟电池中的装配条件，另一方面是保证气体扩散层的表面不会被浸渍液影响，从而保证其导电性能。
[0015]进一步地，所述t1为20min；所述t2为20min。
[0016]通过上述技术方案，浸渍液可以充分扩散于气体扩散层内部，保证浸渍效果均匀。
[0017]进一步地，所述浸渍液的原料包括憎水剂、保水剂、或憎水剂、羧甲基纤维素钠、聚乙烯丙烯酸的混合物中的任意一种；所述憎水剂、羧甲基纤维素钠、聚乙烯丙烯酸的质量比为1:(0.19
‑
0.22):(0.28
‑
0.32)。
[0018]进一步地，所述憎水剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚的共聚物中的至少一种；
[0019]所述保水剂为硝酸、亲水SiO2、亲水TiO2、亲水SnO2、亲水性有机材料中的任意一种。
[0020]进一步地，所述亲水有机材料为聚乙烯醇、纤维素、琼脂糖中的任意一种。
[0021]进一步地，所述压板为硬度5
‑
60度的弹性垫。
[0022]通过上述技术方案，可以模拟燃料电池中气体扩散层的使用环境，使得气体扩散层的导电网络与燃料电池中相同。并且两个压板采用柔软的弹性垫，可以很好的覆盖并保护气体扩散层的微孔层和支撑层表面不被浸渍液浸渍，以此保证在处理过程中浸渍液不会影响气体扩散层的导电性，即处理前后气体扩散层的导电性不变。
[0023]进一步地，所述弹性垫的材料为硅胶、橡胶、软质聚氯乙烯、热塑性弹性体中任意一种。
[0024]通过上述技术方案，压板材料具有一定的形变，其耐热温度有限。则压板材料的选择和浸渍液的选择、及是否需要热处理有关。例如当浸渍液选用含聚偏氟乙烯浸渍液时，则对压板材料的温度要求大于浸渍液中聚偏氟乙烯的处理温度，即约为180℃，因此可以使用丙烯酸酯橡胶(短时间耐200℃)作为压板材料，可保证在180℃处理10分钟，压板的材料不受影响。
[0025]进一步地，所述橡胶包括乙丙海绵橡胶、丁腈海绵橡胶、硅胶海绵橡胶、天然橡胶等、热塑性橡胶中任意一种。
[0026]进一步地，所述弹性垫的材料为硅胶。
[0027]通过上述技术方案，由于硅胶垫较为柔软，可以很好的覆盖并保护气体扩散层的微孔层和支撑层表面不被浸渍液浸渍，以此模拟电池中气体扩散层被压缩时的导电情况。
[0028]本专利技术之二是提出由上述制备方法得到的一种增强水管理能力的气体扩散层。
[0029]本专利技术之三是提出由上述一种增强水管理能力的气体扩散层在燃料电池中的应用。
[0030]本专利技术的技术方案中，模拟燃料电池中气体扩散层的真实环境，气体扩散层的导电网络与燃料电池中相同。同时气体扩散层两侧的压板采用柔软的弹性垫，弹性垫可以很好的覆盖并保护气体扩散层的微孔层和支撑层表面不被浸渍液浸渍，以此保证在处理过程中浸渍液不会影响气体扩散层的导电性，即浸渍液处理前后气体扩散层的导电性不变。本专利技术的技术方案步骤简单，可操作性强。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
[0032]图1为实施例一中增强水管理能力的气体扩散层的浸渍工艺流程图。
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1、制备浓度为1
‑
8wt％浸渍液；S2、将气体扩散层放置于上下设置有压板的夹具中，2块压板密贴于气体扩散层上下表面，再向气体扩散层的表面均匀施加0.5
‑
3MPa的压力；其中气体扩散层包括第一侧边以及与第一侧边相对的第二侧边，使用泵将步骤S1制备得到的浸渍液依次从第一侧边通入，第二侧边流出，t1为浸渍液从第一侧边流向第二侧边的时间；之后再从第二侧边通入，第一侧边流出，t2为浸渍液从第二侧边流向第一侧边的时间，其中，浸渍液的流速为20
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120mL/min；S3、浸渍完成后，停止供液，静置排出多余的浸渍液；将步骤S2中的夹具和气体扩散层，放置于在氮气环境中，80
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180℃下烧结0.5
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90min后，卸压取出气体扩散层，得到增强水管理能力的气体扩散层。2.根据权利要求1所述的一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法，其特征在于：所述t1为20
‑
100min；所述t2为20
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100min。3.根据权利要求1所述的一种增强水管理能力的气体扩散层的制备方法，其特征在于：所述浸渍液的原料包括憎水剂、保...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海平，刘楷涛，马浩然，
申请(专利权)人：深圳市通用氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：