一种燃料电池气体扩散层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种燃料电池气体扩散层及其制备方法和应用。所述燃料电池气体扩散层包括一层或多层疏水层以及设置在疏水层上的一层或多层亲水层，或一层或多层亲水层以及设置在亲水层上的一层或多层疏水层；所述燃料电池气体扩散层在竖直方向上具有阵列孔结构。本发明专利技术通过采用具有阵列孔结构和多层润湿性梯度结构的燃料电池气体扩散层，其具有较低的突破压力和自发的水传输的性能，能够及时地移除燃料电池内部的多余水分，从而提高燃料电池在大电流密度下的输出。流密度下的输出。流密度下的输出。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池气体扩散层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于气体扩散层
，具体涉及一种燃料电池气体扩散层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池作为一种以氢为燃料的能源转换装置，其生成产物为水，具有污染小的优势，且燃料电池的发电方式基于电化学原理，不受传统热机中卡诺循环的限制，因此，燃料电池在各种储能设备中极具发展优势。
[0003]气体扩散层作为燃料电池中的重要组成部件，其对燃料电池的性能存在重要的影响。在燃料电池中，气体扩散层起着多方面的作用，例如支撑催化层、收集电流、传导气体和排除电池内多余的水等。目前，燃料电池的气体扩散层以碳纤维基多孔介质为主，其中，疏水处理的碳纸是燃料电池气体扩散层最常用的材料。疏水处理的碳纸保证了气体扩散层的孔道难以被水浸润堵塞，但强疏水性增强了气体扩散层的排水的压力门槛，由于疏水处理的碳纸具有较高的突破压力，催化层中的液态水需要积累到一定程度才能排出催化层。然而，及时排出催化层中多余的水分，保证催化剂的活性位点充分暴露以及形成反应的三相界面对进一步提高燃料电池的性能至关重要。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述燃料电池气体扩散层包括一层或多层疏水层以及设置在疏水层上的一层或多层亲水层，或一层或多层亲水层以及设置在亲水层上的一层或多层疏水层；所述燃料电池气体扩散层在竖直方向上具有阵列孔结构。2.根据权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述阵列孔的形状包括圆形、方形或星形中的任意一种；优选地，所述阵列孔的孔径为10～100μm；优选地，所述阵列孔中相邻两个孔的孔间距为100～1000μm；优选地，所述燃料电池气体扩散层的孔隙率为大于70％，优选为75％～90％；优选地，所述燃料电池气体扩散层的厚度为30μm～500μm。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述疏水层包括疏水聚合物和碳材料；优选地，所述疏水聚合物包括PTFE、FEP、PFA、PVDF或EPTFE中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述疏水层中疏水聚合物的质量百分含量为5wt％～30wt％，优选为10wt％～20wt％；优选地，所述碳材料包括碳纳米管、碳纤维或炭黑中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述疏水层中碳纤维的质量百分含量为20wt％～70wt％，优选为50wt％～70wt％；优选地，所述疏水层中碳纳米管的质量百分含量为5wt％～50wt％，优选为10wt％～30wt％。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述疏水层的厚度为燃料电池气体扩散层总厚度的1/100～1/2，优选为1/20～1/5；优选地，所述疏水层的接触角范围为120
°
～160
°
；优选地，所述疏水层的层数为1～2层。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述亲水层包括亲水聚合物和碳材料；优选地，所述亲水聚合物包括纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小春，文青林，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：