一种风冷用气体扩散层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种风冷用气体扩散层及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种风冷用气体扩散层及其制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种风冷用气体扩散层及其制备方法
。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种高效能源转换装置，与内燃机等传统能源转换技术相比，它是将燃料中的化学能
(
如氢
、
甲醇
、
乙醇
、
天然气等
)
转化为电能，反应过程中不受卡诺循环的限制，具有更高的能量转换效率和更低的温室气体排放
。
[0003]在众多燃料电池中，质子交换膜燃料电池因其清洁
、
高效
、
零污染
、
操作温度低
、
启动迅速等特点，被认为是最具潜力的能源转换装置
。
气体扩散层
(gas diffusion layer
，
GDL)
作为质子交换膜燃料电池的关键组成部件，主要由基材
(
碳纸或碳布
)
和微孔层组成，承担着传质
、
传热以及导电等作用
。
在燃料电池电堆设计过程中，气体扩散层的选择对燃料电池性能的影响很大，通常需要在厚度
、
比重
、
压缩率
、
孔隙率
、
疏水度
、
电导率特性
、
热导率特性和气体扩散特性这几个方面做综合的权衡与考量，其性能好坏直接决定了质子交换膜燃料电池的使用寿命以及效率
。
[0004]对于质子交换膜燃料电池来说，膜电极的温度和湿度是输出性能的关键影响因素
。
而风冷堆在阴极侧依赖高流速的空气传质和散热，这会导致膜电极的湿度会因为高流速的空气吹扫而下降，从而影响电堆的性能输出
。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种风冷用气体扩散层及其制备方法，旨在解决现有的风冷堆运行时，膜电极内的水分快速蒸发，导致燃料电池电堆性能快速衰减等问题
。
[0006]为了达到上述目的，一方面，本专利技术实施例提供一种风冷用气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S01、
采用
50
目～
200
目
(
根据实际使用的需要，可以为
50
目，或者为
100
目，或者为
150
目，或者为
200
目等等
)
的网板，将浆料印刷至平铺的预处理碳纸上，得到印刷碳纸；印刷厚度为
30
μ
m
～
80
μ
m(
根据实际使用的需要，可以为
30
μ
m
，或者为
50
μ
m
，或者为
60
μ
m
，或者为
80
μ
m
等等
)
；
[0008]S02、
于
200℃
～
500℃(
根据实际使用的需要，可以为
200℃
，或者为
300℃
，或者为
400℃
，或者为
500℃
等等
)
，将步骤
S01
的印刷碳纸进行热处理
5min
～
60min(
根据实际使用的需要，可以为
5min
，或者为
15min
，或者为
45min
，或者为
60min
等等
)
，得到风冷用气体扩散层；
[0009]所述浆料含有按照质量比计为
0.05
：1：
20
：
(0.01
‑
2)(
根据实际使用的需要，可以为
0.05
：1：
20
：
0.01
，或者为
0.05
：1：
20
：
0.2
，或者为
0.05
：1：
20
：
1.0
，或者为
0.05
：1：
20
：2等等
)
的树脂
、
碳粉
、
去离子水和正硅酸乙酯，优选为
0.05
：1：
20
：
0.2
的树脂
、
碳粉
、
去离子水和正硅酸乙酯
。
[0010]作为优选的实施方式，步骤
S01
中，
[0011]所述浆料通过如下方法制备得到：将树脂
、
碳粉
、
去离子水和正硅酸乙酯按质量比
0.05
：1：
20
：
0.2
混合搅拌
2h
～
8h(
根据实际使用的需要，可以为
2h
，或者为
3h
，或者为
5h
，或者为
8h
等等
)
，然后球磨
1h
～
4h(
根据实际使用的需要，可以为
1h
，或者为
2h
，或者为
3h
，或者为
4h
等等
)
，得到浆混合料；往所述混合浆料中加入
PTFE
乳液，搅拌均匀，得到浆料；所述
PTFE
乳液的质量为所述碳粉的质量的
20
％～
100
％
(
根据实际使用的需要，可以为
20
％，或者为
30
％，或者为
70
％，或者为
100
％等等
)。
[0012]在本申请中，通过控制浆料各组分的用量比例和
、
混合条件和印刷厚度，使得
PTFE
乳液作为粘结剂可在碳纸的微孔层高温热处理后，烧结定型，维持微孔层的多孔结构；正硅酸乙酯能够在微孔层的孔隙内壁原位聚合一层二氧化硅，既不会堵塞孔道，又能均匀分布，这种表面聚合的亲水二氧化硅能够显著增强微孔层的保湿性
。
[0013]所述树脂优选为酚醛树脂
、
环氧树脂
、
聚酰亚胺
、
聚偏氟乙烯
、
短侧支链全氟磺酸
、
聚偏二氟乙烯
、
酚醛树脂
、
苯并噁嗪
、
液晶树脂
、
沥青
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风冷用气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、
采用
50
目～
200
目的网板，将浆料印刷至平铺的预处理碳纸上，得到印刷碳纸；印刷厚度为
30
μ
m
～
80
μ
m
；
S02、
于
200℃
～
500℃
，将步骤
S01
的印刷碳纸进行热处理
5min
～
60min
，得到风冷用气体扩散层；所述浆料含有按照质量比计为
0.05
：1：
20
：
(0.01
～
2)
的树脂
、
碳粉
、
去离子水和正硅酸乙酯
。2.
根据权利要求1所述的风冷用气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤
S01
中，所述浆料通过如下方法制备得到：将树脂
、
碳粉
、
去离子水和正硅酸乙酯按质量比
0.05
：1：
20
：
0.2
混合搅拌
2h
～
8h
，然后球磨
1h
～
4h
，得到浆混合料；往所述混合浆料中加入
PTFE
乳液，搅拌均匀，得到浆料；所述
PTFE
乳液的质量为所述碳粉的质量的
20
％～
100
％
。3.
根据权利要求1或2所述的风冷用气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤
S01
中，所述树脂为酚醛树脂
、
环氧树脂
、
聚酰亚胺
、
聚偏氟乙烯
、
短侧支链全氟磺酸
、
聚偏二氟乙烯
、
酚醛树脂
、
苯并噁嗪
、
液晶树脂
、
沥青
、
聚苯硫醚
、PTFE<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金阳，
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：