【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，特别是涉及一种采用软模板电泳沉积法制备的用于pemfc膜电极的气体扩散层。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)具有工作温度低、启动停机快、能量密度高等优点、在移动电源、车辆等设备方面具有很好的应用前景。随着燃料电池范围不断扩展，对燃料电池的核心发电部件膜电极的初始性能和耐久性提出了越来越高的要求。影响膜电极耐久性的因素除了材料本身的稳定性之外，膜电极工作过程中的电化学附加反应的影响也很大。
2、膜电极阳极电位环境下形成的自由基攻击催化层、质子交换膜中树脂的磺酸基团，导致催化层、质子交换膜中的树脂降解，膜电极寿命减少。其中氧化铈可有效捕捉自由基，但由于燃料电池催化层的强酸性，氧化铈在催化层中直接掺杂极易造成铈离子溶解，导致催化层污染，一般氧化铈会掺杂在气体扩散层微孔层中，但由于氧化铈颗粒不溶于水，因此在制浆过程中直接掺杂容易造成氧化铈颗粒的团聚，造成浆料的不稳定。另外，燃料电池启停过程中极易造成阳极或阴极局部缺气，缺气位置的高电位易造成碳腐蚀，导致催化剂颗粒团聚，造成催化剂衰减加速，一般通过在阳极催化层中掺杂一定量的氧化铱、铱黑等电解水催化剂以防止碳腐蚀，提升膜电极的耐久性，而氧化铱、铱黑的掺杂大大提升了膜电极成本，且氧化铱、铱黑的分散不均匀，容易导致其利用率低等问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种用于pemfc膜电极的气体扩散层，以解决催化层的酸性环境对氧化铈的溶解作用导致的催化层离子污染，以及电解水催化剂容易分散
2、以及本专利技术还提供了一种用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法，以解决氧化铈、氧化铱颗粒直接掺杂导致的颗粒团聚，利用效率低的问题。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术的第一目的在于提供一种用于pemfc膜电极的气体扩散层，包括基底层和设置于所述基底层至少一侧的微孔层；
5、所述基底层表面沉积有壳形氧化铈颗粒，且所述壳形氧化铈颗粒位于所述基底层与所述微孔层复合一侧；所述微孔层表面沉积有壳形氧化铱颗粒。
6、本专利技术的第二目的在于提供一种上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)将铈盐、两亲性嵌段共聚物模板剂与去离子水充分混合，得到溶液一，将气体扩散层基材作为负极置于所述溶液一中，进行电泳沉积，得到铈离子表面修饰的气体扩散层基底层；
8、(2)在所述铈离子表面修饰的气体扩散层基底层表面进行微孔层涂覆、烘干、预烧结，得到气体扩散层中间体；
9、(3)将铱盐、两亲性嵌段共聚物模板剂与去离子水充分混合，得到溶液二，然后将所述气体扩散层中间体作为负极置于所述溶液二中，进行电泳沉积，得到铱离子修饰的气体扩散层；
10、(4)将所述铱离子修饰的气体扩散层经煅烧，即可。
11、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(1)中所述铈盐包括硝酸铵铈、水合醋酸铈、水合硝酸铈中的任意一种或几种；
12、进一步优选的，所述铈盐、两亲性嵌段共聚物模板剂与去离子水的质量比为1:1:(15-30)。
13、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(3)中所述铱盐包括氯化铱、氯铱酸、醋酸铱、氯铱酸钠中的任意一种或几种；
14、进一步优选的，所述铱盐、两亲性嵌段共聚物模板剂与去离子水的质量比为1:1:(15-30)。
15、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(1)和步骤(3)中所述两亲性嵌段共聚物模板剂均为嵌段共聚物p123或f127；
16、进一步优选的，所述两亲性嵌段共聚物模板剂的浓度为其临界胶束浓度的1-2倍。
17、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(1)和步骤(3)中所述电泳沉积的电压均为1-25v。
18、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(1)中所述气体扩散层基材为碳纤维纸基材，碳布基材中的任意一种。
19、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(2)中所述预烧结温度为200-300℃；
20、进一步优选的，所述预烧结气氛为空气氛围；
21、进一步优选的，步骤(2)中所述预烧结包括一次预烧结和二次预烧结；
22、所述一次预烧结为：在250-265℃的温度下烧结5-15min，冷却至200-220℃后进行所述二次预烧结；
23、所述二次预烧结为：以5-10℃/min的速率将温度由200-220℃升至285-300℃，并在285-300℃的温度下烧结5-10min。
24、优选的，在上述用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法中，步骤(4)中所述煅烧温度为340-400℃；
25、进一步优选的，所述煅烧气氛为空气氛围；
26、进一步优选的，步骤(4)中所述煅烧包括一次煅烧和二次煅烧；
27、所述一次煅烧为：在340-365℃的温度下煅烧30-45min；
28、所述二次煅烧为：以3-5℃/min的速率将温度由340-365℃升至390-400℃，并在390-400℃的温度下煅烧15-30min。
29、本专利技术的第三目的在于提供了一种上述用于pemfc膜电极的气体扩散层或上述任一方法制备得到的用于pemfc膜电极的气体扩散层在燃料电池中的应用。
30、本专利技术提供了一种用于pemfc膜电极的气体扩散层及其制备方法，与现有技术相比，其有益效果在于：
31、本专利技术采用软模板电泳沉积法可以使氧化铈、氧化铱均匀分布在气体扩散层期望的位置上，减少氧化铈、氧化铱颗粒直接掺杂导致的颗粒团聚，提升颗粒的利用效率；
32、本专利技术通过在基底层表面布置氧化铈，可以减少催化层的酸性环境对氧化铈的溶解作用，减少因添加铈离子溶解导致的催化层离子污染问题；通过在微孔层表面布置氧化铱，可以使微孔层表面氧化铱与催化层表面的树脂接触，形成三相界面，保证氧化铱电化学反应条件的充分性，提升膜电极的抗反极能力。
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1.一种用于PEMFC膜电极的气体扩散层，其特征在于，包括基底层和设置于所述基底层至少一侧的微孔层；
2.一种权利要求1所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铈盐包括硝酸铵铈、水合醋酸铈、水合硝酸铈中的任意一种或几种；
4.根据权利要求2所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述铱盐包括氯化铱、氯铱酸、醋酸铱、氯铱酸钠中的任意一种或几种；
5.根据权利要求2所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中所述两亲性嵌段共聚物模板剂均为嵌段共聚物P123或F127，且所述两亲性嵌段共聚物模板剂的浓度为其临界胶束浓度的1-2倍；
6.根据权利要求2所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述预烧结温度为200-300℃；
7.根据权利要求2或6所述的用于PEMFC膜电极的气
8.根据权利要求2所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述煅烧温度为340-400℃；
9.根据权利要求2或8所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述煅烧包括一次煅烧和二次煅烧；
10.一种权利要求1所述的用于PEMFC膜电极的气体扩散层或权利要求2-8任一项所述方法制备得到的用于PEMFC膜电极的气体扩散层在燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于pemfc膜电极的气体扩散层，其特征在于，包括基底层和设置于所述基底层至少一侧的微孔层；
2.一种权利要求1所述的用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铈盐包括硝酸铵铈、水合醋酸铈、水合硝酸铈中的任意一种或几种；
4.根据权利要求2所述的用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述铱盐包括氯化铱、氯铱酸、醋酸铱、氯铱酸钠中的任意一种或几种；
5.根据权利要求2所述的用于pemfc膜电极的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中所述两亲性嵌段共聚物模板剂均为嵌段共聚物p123或f127，且所述两亲性嵌段共聚物模板剂的浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱凤鹃，王一鑫，韩爱娣，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：
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