一种有序孔隙结构微孔层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有序孔隙结构微孔层的制备方法，步骤主要包括：通过线切割方法制备沟脊掩模板；通过冲压方法制备碳纸刀模；将碳黑、造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯配成浆料Ⅰ；将碳黑与聚四氟乙烯配成浆料Ⅱ。将两种浆料按照沟掩模板和脊掩模板遮挡的顺序先后超声喷涂于刀模切片的疏水碳纸上。最后将喷涂好的微孔层置于马弗炉中焙烧，得到有序孔隙结构的微孔层。沟、脊掩模板均设有矩形窗口，该窗口用来喷涂浆料。所用的模板依据流场沟、脊分布可设计成多种排布方式，利用掩模板喷涂不同浆料，使造孔剂在微孔层气液传输通道上建立有序孔隙，提高气液传输速率，有效改善微孔层传热传质功能，能满足电池在高电流密度下快速通气排水的需求。气排水的需求。气排水的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种有序孔隙结构微孔层的制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种有序孔隙结构的微孔层制备板及制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种绿色高效的能量转换装置，是实现“双碳”目标的重要载体。其中微孔层是燃料电池中的关键部件，能够改善扩散层孔径分布、降低催化层与扩散层接触电阻、促进气液传输和热量传递。目前微孔层的制备常用导电碳黑和疏水剂聚四氟乙烯，碳黑保证导电，聚四氟乙烯保证排水，从而保证电池高效运行。
[0003]微孔层的材料类型、制备方式及亲疏水性将影响PEMFC的性能。微孔层高温处理后内部会形成较大的裂隙结构，这样可以保证反应气体可以从颗粒间小孔传递到催化层，反应生成的液态水则能从较大的裂隙排出。但是微孔层现有的无序孔结构难以满足高电流密度气水传输的要求。因此，合理设计微孔层孔隙结构，构建高效气液传输通道是目前研发的重点。
[0004]公开号为CN113241448B专利公开了一种质子交换膜燃料电池梯度微孔气体扩散层及其制备方法，将导电炭黑、多壁碳纳米管、石墨片三种不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有序孔隙结构微孔层的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：(1)通过线切割方法制备根据流场沟结构开窗的沟掩模板和根据流场脊结构开窗的脊掩模板；通过冲压方法制备碳纸刀模，碳纸刀模包含基板、方形刀片和8个定位孔刀片，在沟掩模板和脊掩模板上均开出用于喷涂浆料的窗口，同时沟掩模板和脊掩模板均开有位置相同的定位孔，并与碳纸刀模定位孔刀片位置对应；(2)将导电碳黑、聚四氟乙烯和造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯置于无水乙醇溶液中，制成含有造孔剂的浆料Ⅰ；(3)将导电碳黑、聚四氟乙烯置于无水乙醇溶液中，制成不含有造孔剂的浆料Ⅱ；(4)使用碳纸刀模的定位孔在经疏水处理过的碳纸上剪切出定位孔，利用定位孔将沟掩模板覆盖在疏水的碳纸上，通过超声喷涂方法，透过沟掩模板的窗口在碳纸上喷涂浆料Ⅰ，然后移除沟掩模板；仍然利用定位孔将脊掩模板覆盖在喷涂过浆料Ⅰ的碳纸上，透过脊掩模板的窗口喷涂浆料Ⅱ，形成具有两种微孔层的碳纸基材；(5)将喷涂过两种浆料的碳纸置于马弗炉中焙烧，使聚四氟乙烯熔融并将造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯分解，得到具有沟和脊两种结构特征下有序孔隙分布的微孔层。2.按照权利要求1所述的一种有序孔隙结构微孔层的制备方法，其特征是：在所述步骤(1)中，沟掩模板表面设有M条矩形窗口，M+1个棱以及四周8个定位孔；脊掩模板设有N条矩形窗口，N+1个棱以及与沟掩模板对应的8个定位孔，沟掩模板上的矩形窗口与脊掩模板的棱一一对应；脊掩模板上的矩形窗口与沟掩模板...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，王哲，白富强，王博文，樊林浩，包志铭，吴思远，焦魁，杜青，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：