降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法技术

本发明专利技术提供的一种降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法，至少包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法


[0001]本专利技术涉及发气体扩散层制备领域，特别是涉及一种降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法
。

技术介绍

[0002]氢燃料电池具有清洁
、
无有害排放
、
噪音低
、
能量转换效率高等特点，越来越多的车企搭载氢燃料汽车并投入运行，但氢燃料电池的耐久性仍制约着氢燃料汽车的发展
。
燃料电池在长时间的运行后，金属双极板和管路中的管件接头等经历长时间的高温
、
高湿
、
高电位的循环工况后容易发生
Fe、Cu
等金属阳离子的溶出，溶出后随反应气体经气体扩散层扩散至催化层
、
质子交换膜中，占据催化层和质子交换膜中的磺酸基团基团活性位点，导致催化层
、
质子交换膜的质子导电率大幅下降，最终导致膜电极的性能衰减
。
[0003]膜电极
(Membrane electrode assembly
，
MEA)
是燃料电池的核心部件，它是燃料与氧气发生电化学反应的主要场地
。
膜电极的性能直接决定了燃料电池的功能与效率
。
膜电极通常是由电解质膜
、
与燃料直接接触的阳极和与空气接触的阴极三个主要部分组成
。
目前燃料电池所使用的膜电极其实是一种多孔道扩散型电极，一般包涵催化层与扩散层两部分
>。
催化层是电化学反应发生三相界面处，扩散层作用是支撑催化层
、
收集电流以及传递电化学反应的所需物质
。
[0004]经碳纳米管
(Carbon Nanotubes
，
CNTs)
表面修饰后的气体扩散层基材的丰富了基材表面的微孔结构；
CNTs
的类石墨结构提升了气体扩散层基材的导电性和导热性；
CNTs
具有强大的吸附性，其吸附性为活性炭的十倍以上，可有效吸附从金属极板中溶出的
Fe、Cu
等金属阳离子，防止金属阳离子扩散至催化层和质子交换膜当中，造成膜电极的金属离子污染
。
[0005]国内申请号为
CN202110081465.4
的专利公开了一种燃料电池用气体扩散层的制备方法，气体扩散层由支撑层和导电微孔层组成，所述微孔层含有部分单壁碳纳米管，气体扩散层的制备方法如下：首先将多孔支撑层憎水处理，然后将微孔层均匀的分散到支撑层上，最后经过热处理制成气体扩散层
。
本专利技术通过支撑层的差异化处理既能保证微孔层的稳定粘接强度，又能实现微孔层渗入支撑层的厚度，进而提高了气体的传输效率
。
单壁碳纳米管的引入能够增强微孔层的电化学稳定性和导电性，但是该技术方案仍未减轻膜电极的金属离子污染问题
。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提出了一种能够减轻膜电极的金属离子污染问题的降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的一种降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法，至少包括以下步骤：
[0008]S1
，将过渡金属催化剂
、
嵌段共聚物分散剂
、
去离子水混合后利用喷涂的方式在气
体扩散层基材表面进行均匀涂覆；
[0009]S2,
将所述气体扩散层基材放置于化学气相沉积炉中，通入碳源气体，高温催化，析出小管状碳固体；
[0010]S3
，将所述气体扩散层基材放置于酸洗液中进行酸洗
10
‑
30min
，去除所述所述气体扩散层基材中的过渡金属粒子，经多次漂洗，洗去杂质溶液，得到经
CNTs
修饰的气体扩散层基材；
[0011]S4
，表面改性处理后的所述气体扩散层基材经
PTFE
乳液浸泡后，烘干烧结；
[0012]S5
，配置微孔层浆料，将所述微孔层浆料涂覆在所述气体扩散层基材上，烘干烧结，得到具有金属离子吸附功能的气体扩散层
。
[0013]进一步的，所述
S1
中催化剂包括过渡金属纳米粒子，铁
、
镍
、
镁
、
钼；
[0014]所述嵌段共聚物分散剂包括聚醚
F127、
聚醚
P123。
[0015]进一步的，催化剂
、
嵌段共聚物分散剂
、
去离子水按1：
0.5
：
20
‑1：2：
10
的比例充分搅拌混合
。
[0016]进一步的，所述
S1
中利用超声喷涂或静电喷涂的方式在气体扩散层基材表面进行均匀涂覆，至载量为
0.1
‑
1mg/cm2。
[0017]进一步的，所述
S2
中设置炉温为
500
‑
1000℃
，通入碳源气体，气体在催化剂的作用下，碳原子溶解
、
饱和，并析出小管状碳固体；
[0018]其中，所述碳源气体包括乙烯
、
乙炔
。
[0019]进一步的，所述
S3
中酸洗液为质量分数为
0.1
‑
0.5wt.
％的盐酸或硫酸溶液
。
[0020]进一步的，所述
S4
中
PTFE
乳液的质量分数为5‑
15wt.
％，所述气体扩散层基材需浸泡
10min。
[0021]进一步的，所述
S4
中烘干温度设置在
80
‑
120℃
，烧结温度设置在
340
‑
380℃。
[0022]进一步的，所述微孔层浆料的制备方法包括：
[0023]将碳粉
、
疏水剂
、
溶剂充分混合搅拌，其中碳粉为炭黑
、
乙炔黑中的一种或几种，疏水剂为
PTFE、PVDF
中的一种或几种，溶剂为水
、
乙醇
、
乙二醇
、
异丙醇中的一种或几种
。
[0024]进一步的，所述
S5
中烘干温度设置在
80
‑
120℃
，烧结温度设置在
340
‑
380℃。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0026]1、
经
CNTs
表面修饰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1
，将过渡金属催化剂
、
嵌段共聚物分散剂
、
去离子水混合后利用喷涂的方式在气体扩散层基材表面进行均匀涂覆；
S2,
将所述气体扩散层基材放置于化学气相沉积炉中，通入碳源气体，高温催化，析出小管状碳固体；
S3
，将所述气体扩散层基材放置于酸洗液中进行酸洗
10
‑
30min
，去除所述所述气体扩散层基材中的过渡金属粒子，经多次漂洗，洗去杂质溶液，得到经
CNTs
修饰的气体扩散层基材；
S4
，表面改性处理后的所述气体扩散层基材经
PTFE
乳液浸泡后，烘干烧结；
S5
，配置微孔层浆料，将所述微孔层浆料涂覆在所述气体扩散层基材上，烘干烧结，得到具有金属离子吸附功能的气体扩散层
。2.
根据权利要求1所述的降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法，其特征在于，所述
S1
中催化剂包括过渡金属纳米粒子，铁
、
镍
、
镁
、
钼；所述嵌段共聚物分散剂包括聚醚
F127、
聚醚
P123。3.
根据权利要求2所述的降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法，其特征在于，催化剂
、
嵌段共聚物分散剂
、
去离子水按1：
0.5
：
20
‑1：2：
10
的比例充分搅拌混合
。4.
根据权利要求3所述的降低燃料电池膜电极金属离子污染的气体扩散层制备方法，其特征在于，所述
S1
中利用超声喷涂或静电喷涂的方式在气体扩散层基材表面进行均匀涂覆，至载量为
0.1
‑
1mg/cm2。5.
根据权利要求1所述的降低燃料电池膜电极金属离...

【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：