【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种膜电极气体扩散层及其制备方法和应用、膜电极组件。
技术介绍
1、燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的装置，具有能量转化效率高，环境友好等特点，近年来得到迅速发展。其中，膜电极是质子交换膜燃料电池工作的核心部件，是电化学反应发生的场所，膜电极的性能直接决定了电池的使用寿命。
2、膜电极通常由阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层等结构堆叠热压而成。在实际运行过程中，膜电极容易受到环境或者杂质的影响，使其发生性能衰减或失效。例如，由于双极板或者端板等部件腐蚀形成的铜铁等金属离子，既可以通过催化反应过程中生成的双氧水，引起膜电极的降解，同时也会替换质子交换膜中磺酸基团的氢离子，造成膜的传质阻力增大，阻抗上升，进而影响电极寿命。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种膜电极气体扩散层及其制备方法和应用、膜电极组件，本专利技术提供的膜电极气体扩散层具有金属离子吸附性，能够防止金属离子对膜电极的影响，提高膜电极耐久性和寿命。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种膜电极气体扩散层，包括依次层叠设置的基底层、吸附层和微孔层；
4、所述吸附层的制备原料包括金属离子印迹聚合物、第一聚四氟乙烯乳液和第一溶剂；
5、所述微孔层的制备原料包括碳材料、第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂。
6、优选地，所述基底层为碳纸、
7、所述吸附层的厚度为10～30μm；
8、所述微孔层的厚度为30～100μm。
9、优选地，所述金属离子印迹聚合物的质量和所述第一溶剂的体积比为2～10g/l；
10、所述第一聚四氟乙烯乳液和第一溶剂的体积比为1:10～20。
11、优选地，所述碳材料的质量与所述第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂的总体积比为5～15g/l；
12、所述第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂的体积比为1:10～20。
13、优选地，所述金属离子印迹聚合物的制备方法包括以下步骤：
14、将模板分子、功能单体、交联剂、引发剂和有机溶剂混合，进行聚合反应，得到金属离子印迹聚合物前驱体；所述模板分子包括铜盐和/或铁盐；
15、将所述金属离子印迹聚合物前驱体在洗脱剂中进行洗脱，得到所述金属离子印迹聚合物。
16、优选地，所述功能单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和三乙氧基硅烷中的一种或两种；
17、所述交联剂包括乙二醇二甲基丙烯酸酯或四乙氧基硅烷；
18、所述引发剂为偶氮二异丁腈；
19、所述洗脱剂为甲醇水溶液。
20、本专利技术还提供了上述技术方案所述膜电极气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：
21、将金属离子印迹聚合物、第一聚四氟乙烯乳液和第一溶剂第一混合，得到吸附层浆料；
22、将碳材料、第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂第二混合，得到微孔层浆料；
23、将所述吸附层浆料涂覆于基底层的一侧表面后，进行烘干，得到吸附层；
24、将所述微孔层浆料涂覆于吸附层表面后，进行热压处理，得到所述膜电极气体扩散层。
25、优选地，所述烘干的温度为60～80℃；
26、所述热压处理的压力为0.2～0.5mpa，温度为250～350℃。
27、本专利技术还提供了上述技术方案所述的膜电极气体扩散层或上述技术方案所述制备方法制得的膜电极气体扩散层在膜电极组件中的应用。
28、本专利技术还提供了一种膜电极组件，包括依次层叠设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层；
29、所述阳极扩散层和阴极扩散层独立地为上述技术方案所述的膜电极气体扩散层或上述技术方案所述制备方法制得的膜电极气体扩散层。
30、本专利技术提供了一种膜电极气体扩散层，包括依次层叠设置的基底层、吸附层和微孔层；所述吸附层的制备原料包括金属离子印迹聚合物、第一聚四氟乙烯乳液和第一溶剂；所述微孔层的制备原料包括碳材料、第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂。本专利技术提供的膜电极气体扩散层中金属离子印迹聚合物位于基底层与微孔层之间，并加入聚四氟乙烯乳液使其能够与微孔层更稳定的接触，能够用于及时吸附膜电极运行过程中金属部件腐蚀产生的铜、铁等金属离子，防止金属离子转移到催化层和质子膜中，催化双氧水引起膜的降解，或者置换质子交换膜中氢离子，导致质子交换膜阻抗的增加。本专利技术利用金属离子印迹聚合物的结构特点对膜电极组件运行中金属离子进行特异性吸附，降低了金属离子对催化层和质子交换膜的不利影响，从而实现了对膜电极的保护，提升了膜电极的稳定性、耐久性和寿命。
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1.一种膜电极气体扩散层，其特征在于，包括依次层叠设置的基底层、吸附层和微孔层；
2.根据权利要求1所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述基底层为碳纸、碳布或泡沫碳；
3.根据权利要求1所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述金属离子印迹聚合物的质量和所述第一溶剂的体积比为2～10g/L；
4.根据权利要求1所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述碳材料的质量与所述第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂的总体积比为5～15g/L；
5.根据权利要求1或3所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述金属离子印迹聚合物的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述功能单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和三乙氧基硅烷中的一种或两种；
7.权利要求1～6任一项所述膜电极气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为60～80℃；
9.权利要求1～6任一项所述的膜电极气体扩散层或权利要求
10.一种膜电极组件，其特征在于，包括依次层叠设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层；
...【技术特征摘要】
1.一种膜电极气体扩散层，其特征在于，包括依次层叠设置的基底层、吸附层和微孔层；
2.根据权利要求1所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述基底层为碳纸、碳布或泡沫碳；
3.根据权利要求1所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述金属离子印迹聚合物的质量和所述第一溶剂的体积比为2～10g/l；
4.根据权利要求1所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述碳材料的质量与所述第二聚四氟乙烯乳液和第二溶剂的总体积比为5～15g/l；
5.根据权利要求1或3所述的膜电极气体扩散层，其特征在于，所述金属离子印迹聚合物的制备方法包括以下步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳平，王想，朱维，王义水，沈军，
申请(专利权)人：海卓动力北京能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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