一种微孔层无裂纹的气体扩散层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微孔层无裂纹的气体扩散层及其制备方法，属于膜电极技术领域。所述微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：S01：将1

【技术实现步骤摘要】
一种微孔层无裂纹的气体扩散层及其制备方法


[0001]本专利技术属于膜电极
，尤其涉及一种微孔层无裂纹的气体扩散层及其制备方法。

技术介绍

[0002]气体扩散层是膜电极中的“骨架”，在膜电极中起着传质、导热、导电、排水等作用。气体扩散层中的含有一层微孔层(Microporous layer，MPL)结构，MPL可以提高气体扩散层(GDL)的排水能力。因此，微孔层广泛地应用在气体扩散层中。在微孔层的制备中，需要尽量避免产生裂纹，裂纹的存在一来会减小气体扩散层的寿命，二来裂纹处会有大量水积累，影响气体的传输，影响燃料电池性能。
[0003]目前，许多MPL在控制裂纹上会采取多次涂布工艺，即前一层生产的裂纹，被后一层掩盖，直到没有裂纹。该方法会导致气体扩散层的厚度偏差大，并且涂布工艺复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于提供一种微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，旨在解决现有气体扩散层存在微孔层的裂纹问题、以及微孔层多次涂布工艺复杂导致气体扩散层的厚度偏差大的问题。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法获得的微孔层无裂纹的气体扩散层。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的，一种微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S01：将1
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20份的碳粉、60
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90份的水和0.5
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10份的第一表面活性剂进行均质，得到碳粉分散液；
[0008]S02：将步骤S01中的碳粉分散液中加入1
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10份的疏水剂，1
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10份的第二表面活性剂，搅拌分散，得到微孔层涂布液；
[0009]S03：步骤S02中的微孔层涂布液涂布到碳纸上，经过300～450℃煅烧0.5～2h，得到微孔层无裂纹的气体扩散层。
[0010]作为优选的实施方式，步骤S01中：所述均质的条件为：在均质机中进行均质，均质线速度10～30m/s，均质时间0.5～10min；进一步优选的，所述均质的均质线速度为30m/s，均质时间为3min。
[0011]所述碳粉为碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或至少两种的混合物。
[0012]所述碳粉的粒径优选为50～100nm。所用碳粉的粒径小于常规所用碳粉粒径，增加其比表面积，使更多的疏水剂(如PTFE等)吸附到碳颗粒表面，从而优化微孔层开裂的问题。
[0013]所述第一表面活性剂为斯班、吐温、曲拉通、十二烷基硫酸钠的一种或至少两种的混合物。
[0014]进一步优选的，步骤S01中采用1份的碳粉、80份的水和0.5份的第一表面活性剂进
行均质。
[0015]作为优选的实施方式，步骤S02中：所述疏水剂溶液为PTFE(聚四氟乙烯)、聚硅氧烷中的一种或两种的混合物。
[0016]所述第二表面活性剂为斯班、吐温、曲拉通、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇的一种或至少两种的混合物。
[0017]进一步优选的，步骤S02中采用8份的疏水剂溶液、2份的表面活性剂与步骤S01中的碳粉分散液混合。
[0018]所述搅拌分散的条件为，在搅拌速度1～200r/min下，分散1
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3h。进一步优选的，所述搅拌分散的搅拌速度优选200r/min，搅拌时间优先为2h；
[0019]作为优选的实施方式，步骤S03中：所述涂布为刮涂、喷涂、丝印涂布中的一种。进一步优选的，所述涂布采用丝印涂布微孔层到碳纸上，煅烧温度优选380℃，煅烧时间优选0.5h。
[0020]所述涂布的厚度优选为30～50μm。
[0021]一种微孔层无裂纹的气体扩散层，由上述制备方法制备获得。
[0022]本专利技术中微孔层无裂纹的机理为：如图1所示，在微孔层制备中，往往会涉及到碳粉和疏水剂沉积过程，游离在溶剂中的疏水剂团聚体将会作为缺陷使涂层开裂。本专利技术中碳粉表面与疏水剂之间可以通过范德华力进行吸附，第一表面活性剂和第二表面活性剂减小游离在溶剂中的疏水剂团聚体，使碳颗粒表面吸附更多的疏水剂(如PTFE等)，干燥时可以减少裂纹。此外本专利技术将通过减小碳粉的粒径，增加其比表面积，使更多的疏水剂(如PTFE等)吸附到碳颗粒表面，从而解决微孔层开裂的问题。
[0023]本专利技术的技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0024]1.本专利技术通过减小碳粉的粒径、分步加入第一表面活性剂和第二表面活性剂，以及适宜的涂布煅烧条件可以有效的控制微孔层开裂，提高气体扩散层性能；
[0025]2.本专利技术通过控制微孔层分散效果，无需多次涂布导致的气体扩散层的厚度偏差大的问题，简单有效的降低微孔层涂布的工艺难度。
附图说明
[0026]图1为微孔层无裂纹和微孔层出现裂纹的原理图。
[0027]图2为本专利技术实施例1和市售的气体扩散层的电镜图。
[0028]图3为本专利技术实施例1和市售的气体扩散层的电流密度电压曲线图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一
个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0031]目前，现有气体扩散层存在微孔层的裂纹问题、以及微孔层多次涂布的工艺复杂导致气体扩散层的厚度偏差大的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法。
[0032]实施例1
[0033]一种微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：
[0034]S01：将1份的乙炔黑(粒径为50～100nm)、80份的水和2份的曲拉通加入到均质机中，均质线速度30m/s，均质3min，得到碳粉分散液；
[0035]S02：将步骤S01获得的碳粉分散液中加入8份的PTFE溶液，2份的聚乙烯醇，在搅拌速度200r/min下，分散2h，得到微孔层涂布液；
[0036]S03：步骤S02获得的微孔层涂布液通过丝印涂布到碳纸上，涂布的厚度为40μm，经过380℃煅烧，煅烧0.5h，得到微孔层无裂纹的气体扩散层。
[0037]实施例2
[0038]一种微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，包括如下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S01：将1
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20份的碳粉、60
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90份的水和0.5
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10份的第一表面活性剂进行均质，得到碳粉分散液；S02：将步骤S01中的碳粉分散液中加入1
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10份的疏水剂溶液，1
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10份的第二表面活性剂，搅拌分散，得到微孔层涂布液；S03：步骤S02中的微孔层涂布液涂布到碳纸上，经过300～450℃煅烧0.5～2h，得到微孔层无裂纹的气体扩散层。2.如权利要求1所述的微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，其特征在于：步骤S01中：所述均质的条件为：在均质机中进行均质，均质线速度10～30m/s，均质时间0.5～10min。3.如权利要求1所述的微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，其特征在于：步骤S01中：所述碳粉为碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或至少两种的混合物；所述碳粉的粒径为50～100nm。4.如权利要求1所述的微孔层无裂纹的气体扩散层的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，张震，李金阳，刘童，宋子凡，
申请(专利权)人：深圳市雄韬电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：