一种燃料电池微孔层制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池测试技术领域，特别涉及一种燃料电池微孔层

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池微孔层、气体扩散层及制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池测试
，特别涉及一种燃料电池微孔层
、
气体扩散层及制备方法
。

技术介绍

[0002]现有的燃料电池微孔层
、
气体扩散层的使用较为广泛，采用的制备方法越来越有创新，如申请号为
201410098807.3
的中国专利公开了一种质子交换膜燃料电池中的微孔层结构及气体扩散层组件
。
在至少一个实施例中，提供了一种微孔层，所述微孔层被构造为设置在燃料电池电极组件的催化剂层和气体扩散层之间
。
微孔层可以具有限定在其中的多个亲水孔
、
直径为
0.02
μ
m
至
0.5
μ
m
的多个疏水孔和直径为
0.5
μ
m
至
100
μ
m
的多个穿孔
。
[0003]上述现有的这种结构和工艺虽然已经有不错的效果，但是其公开的开孔方式有记载，是通过多孔膜与平版印刷技术结合来形成，这种工艺对材料本身有所损伤，并且自增湿能力有限，不能满足更高要求的电池所需
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种能更好地自增湿的燃料电池微孔层
、
气体扩散层及制备方法
。
[0005]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种燃料电池微孔层，包括微孔层本体以及所述微孔层本体上形成有的冰晶孔
。
[0006]作为本专利技术的优选方式，所述微孔层本体从正面至背面一侧冰晶孔的孔隙率逐渐减小
。
[0007]作为本专利技术的优选方式，所述微孔层本体从正面至背面一侧冰晶孔的孔径逐渐减小
。
[0008]一种燃料电池气体扩散层，包括前述的一种燃料电池微孔层，还包括微孔层本体的背面连接有的碳纤维层
。
[0009]一种燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，疏水处理：将碳纸或碳布在质量分数为
5wt.%
‑
20wt.%
的
PTFE
乳液中浸泡1‑
10min
；步骤2，将浸泡后的碳纸或碳布放在温度为
80
‑
120℃
的烘箱中5‑
10min
进行烘干，再放入温度为
350
‑
380℃
的烧结炉中进行
20
‑
40min
烧结以形成基材；步骤3，浆料制备：浆料包括炭黑
、
疏水聚合物粘合剂
、
溶剂
、
分散剂，将上述组分按照1：
0.05
：
0.5~1
：
0.05
的比例均匀混合并超声分散，其中浆料固含量为
4wt.%~20wt.%
；步骤4，浆料涂敷：将步骤3制备的浆料涂敷在步骤2制备的基材表面并得到初始
GDL
；步骤5，将步骤4制备的初始
GDL
放置于真空冷冻干燥箱中，设置真空冷冻干燥箱的温度为浆料共晶点温度以下
5℃
，进行真空干燥，直至浆料中的水完全升华并得到中间
GDL
；步骤6，将步骤5制备的中间
GDL
放置于
350
‑
380℃
的烧结炉中进行
20
‑
40min
的烧结，得到成品
GDL。
[0010]作为本专利技术的优选方式，步骤4中的浆料涂敷方法为狭缝涂布
、
丝网印刷
、
刮涂
、
喷
涂中的其中一种
。
[0011]作为本专利技术的优选方式，所述炭黑选用乙炔黑
、XC
‑
72、
石墨
、
石墨烯
、
碳纳米管中的一种或多种
。
[0012]作为本专利技术的优选方式，所述疏水聚合物粘合剂选用
PTFE
乳液
、PVDF
乳液
、FEP
乳液中的一种或多种
。
[0013]作为本专利技术的优选方式，所述溶剂为水
、
醇混合物，水
/
醇比为
1~0.5。
[0014]作为本专利技术的优选方式，所述分散剂为
PVP、CTAB、SDBS、SDS、DTAB、
曲拉通
X
‑
100
中的一种或多种
。
[0015]本专利技术的有益效果：为简化燃料电池系统中的阴极加湿模块，膜电极需要具备自增湿能力，气体扩散层微孔层的结构对膜电极的水管理能力影响明显，通过
MPL
层结构设计，可大大提升膜电极的自增湿能力
。
[0016]1、
冷冻干燥法通过将浆料在冰点以下冷冻，形成冰晶，然后置于真空环境中，使浆料中的水直接升华，冰晶位置形成孔洞，在重力的作用下，涂覆后的浆料呈现上层冰晶多
、
下层冰晶少的分布状态，干燥后形成自
MPL
（微孔层）表层向下逐渐减小的孔隙率和孔径；
2、
冷冻干燥法可提升
MPL
（微孔层）整体的孔隙率；提升（微孔层）的传质效率；
3、
由于
MPL
（微孔层）表层直接与催化层接触，
MPL
（微孔层）表层比较大的孔径提升了催化层
‑
MPL
接触面的孔径梯度，使催化层中生成的水在孔径梯度处由于蒸汽压突变而液化，在催化层和
MPL
接触面形成一层水膜，增强
MPL
面的保湿能力
。
附图说明
[0017]图1是采用实施例中气体扩散层制作的电池膜电极的分层结构示意图；图2是实施例中的实验例1与对比例制作的气体扩散层在电池实际使用过程中的性能对比图
。
具体实施方式
[0018]以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明
。
[0019]本具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后，可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本专利技术的权利要求范围内都受到专利法的保护
。
[0020]实施例，如图
1、2
所示，一种燃料电池微孔层，包括微孔层本体1以及所述微孔层本体1上形成有的冰晶孔
11
，本实施例中的燃料电池微孔层的特点在于这些冰晶孔
11
，是通过生产过程中的水先结冰再升华从而形成的孔结构，以优化整个微孔层的性能
。
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种燃料电池微孔层，其特征在于，包括微孔层本体（1）以及所述微孔层本体（1）上形成有的冰晶孔（
11
）
。2.
根据权利要求1所述的一种燃料电池微孔层，其特征在于，所述微孔层本体（1）从正面至背面一侧冰晶孔（
11
）的孔隙率逐渐减小
。3.
根据权利要求1所述的一种燃料电池微孔层，其特征在于，所述微孔层本体（1）从正面至背面一侧冰晶孔（
11
）的孔径逐渐减小
。4.
一种燃料电池气体扩散层，其特征在于，包括权利要求1‑3任一所述的一种燃料电池微孔层，还包括微孔层本体（1）的背面连接有的碳纤维层（2）
。5.
一种燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，疏水处理：将碳纸或碳布在质量分数为
5wt.%
‑
20wt.%
的
PTFE
乳液中浸泡1‑
10min
；步骤2，将浸泡后的碳纸或碳布放在温度为
80
‑
120℃
的烘箱中5‑
10min
进行烘干，再放入温度为
350
‑
380℃
的烧结炉中进行
20
‑
40min
烧结以形成基材；步骤3，浆料制备：浆料包括炭黑
、
疏水聚合物粘合剂
、
溶剂
、
分散剂，将上述组分按照1：
0.05
：
0.5~1
：
0.05
的比例均匀混合并超声分散，其中浆料固含量为
4wt.%~20wt.%
；步骤4，浆料涂敷：将步骤3制备的浆料涂敷在步骤2制备的基材表面并得到初始
GDL<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凤鹃，韩爱娣，王一鑫，龚云海，沈逸东，
申请(专利权)人：浙江唐锋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：