一种质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法与应用。本发明专利技术的气体扩散层由大孔碳基底及微孔层组成。微孔层采用造孔剂来形成多孔结构，有利于燃料电池中的水气传输。本发明专利技术先采用不同直径SiO<subgt;2</subgt;作为硬模板制备出一系列具有均一孔径的多孔碳材料，然后采用化学嫁接法将疏水硅烷接枝到多孔碳表面，最后将改性后的材料通过超声喷涂或刮涂仪均匀喷涂或刮涂至碳纸基底上形成微孔层，制备所得微孔层孔径分布均匀且具有较好的疏水性。本发明专利技术采取分层喷涂或刮涂不同孔径的多孔碳材料，通过简单操做即可形成定向梯度孔径，相较于单一孔径，分层样品性能得到显著提高，更有利于阴极产物水的排出，可以有效增强水气传输，提高电池性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池，尤其是指一种质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法与应用。

技术介绍

1、质子交换膜燃料电池(pemfc)的核心部件之一为膜电极，其组成包括质子交换膜(pem)、催化层(cl)和带有微孔层(mpl)的气体扩散层(gdl)。气体扩散层位于催化层和气体流场之间，起到支撑催化层和收集电流的作用，同时也是反应气体和产物水的必要传输通道。其具体作用是将反应气体均匀分布传输至催化剂层表面，同时将反应产物液态水排出。在pemfc运行过程中，一方面要保有一定量的水提高质子交换膜的润湿性，降低膜的欧姆过电位；另一方面液态水含量过多会导致液态水占据气体扩散层孔隙并覆盖催化剂的表面，大大增加反应气的传输阻力，引发电极“水淹”现象，造成严重的浓差极化损失。为改善反应气和液态水在gdl中的传质，通常对碳纸或碳布进行疏水化处理，构建疏水的气相通道，同时在碳纸或碳布与催化层之间添加一层由导电碳黑和聚四氟乙烯(ptfe)物理混合制成的微孔层(mpl)以改善pemfc中的水气传输。通常采用造孔剂来调控mpl的孔径，如高温分解型(nh4)2co3和(nh4)c2o本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种质子交换膜燃料电池的气体扩散层，其特征在于，包括基底、硅烷改性多孔碳材料和粘结剂；所述硅烷改性多孔碳材料按照孔径由大到小的顺序依次分层涂覆在基底上。

2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述孔径的大小为20nm-400nm。

3.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述硅烷改性多孔碳材料通过以下方法制备得到：

4.根据权利要求3所述的气体扩散层，其特征在于，步骤(1)中，所述制备多孔碳材料的碳源选自蔗糖、葡萄糖、果糖、面粉、生物质和树脂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，步骤(3)中...

【技术特征摘要】

1.一种质子交换膜燃料电池的气体扩散层，其特征在于，包括基底、硅烷改性多孔碳材料和粘结剂；所述硅烷改性多孔碳材料按照孔径由大到小的顺序依次分层涂覆在基底上。

2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述孔径的大小为20nm-400nm。

3.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述硅烷改性多孔碳材料通过以下方法制备得到：

4.根据权利要求3所述的气体扩散层，其特征在于，步骤(1)中，所述制备多孔碳材料的碳源选自蔗糖、葡萄糖、果糖、面粉、生物质和树脂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，步骤(3)中，所述硅烷选自乙烯基类硅烷、氯烃基类硅烷、氨烃基类硅烷、环氧烃基类硅烷、甲基丙烯酰氧烷基类硅烷、含硫烃基类硅烷、拟卤素类硅烷和烷烃类硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞枝，郭杰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：