【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，尤其涉及一种气体扩散层及制备方法和膜电极。
技术介绍
1、膜电极是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，是发生电化学反应和产生电能的主要场所，很大程度上决定了电池的性能。膜电极依次由阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层五部分组成。其中，气体扩散层是膜电极的重要组成部分，起着收集电流、传导反应气体、排出质子交换膜燃料电池中的多余水分以及支撑催化层结构等作用。环境温度、电池温度和相对湿度会直接影响燃料电池膜电极的运行温度和相对湿度，进一步影响燃料电池的稳定性，膜湿度也会直接影响膜的导质子能力。
2、目前，为了改善膜电极的自增湿作用，一般有两种方法，一是只对气体扩散层具有的碳纸进行亲水处理，提高碳纸的亲水性，从而改善膜电极的润湿性。二是只对气体扩散层具有的微孔层进行亲水结构设计，通过在阴极侧微孔层内增加一道亲水层，达到保水保湿的目的。然而，这两种方法只对碳纸基材或微孔层结构设计，其考虑因素单一，具有一定的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种气体扩散层及制备方法和膜电极，不仅提高了气体扩散层中碳纸基材的致密性和导电性，还提高了微孔层对产物水的截流能力，使微孔层具有很好的保水性，降低了膜电极的接触电阻和垂直电阻，提高了电堆的功率密度。
2、第一方面，本专利技术提供一种气体扩散层，包括经第一涂布液涂布后的碳纸基底层以及微孔层，所述第一涂布液至少包括第一填孔填料，所述微孔层包括形成在所述碳纸基底层的表面第一
3、与现有技术相比，本专利技术提供的气体扩散层具有以下优势：
4、本专利技术实施例提供的气体扩散层中，包括经第一涂布液涂布后的碳纸基底层以及微孔层，第一涂布液至少包括第一填孔填料，从而可以将第一填孔填料填充在碳纸基底层的纤维孔隙中，提高了碳纸基材的致密性。同时，微孔层包括形成在碳纸基底层的表面第一微孔层和形成在第一微孔层的表面的第二微孔层，第一微孔层具有的孔隙的孔径大于第二微孔层具有的孔隙的孔径。由于燃料电池的电堆在低电流密度下运行时，只能排出少量的产物水，因此，产物水可以积聚在第二微孔层中，由于第二微孔层的孔径小，空隙多，且第一微孔层的孔径大，空隙少，第二微孔层与第一微孔层无法形成水的压力差，不易被排出到第一微孔层中，水会保留在第二微孔层内，由于第二微孔层靠近催化层，第二微孔层内保留的水可以充分保住催化层的水分，起到对质子膜和阳极侧的保湿，实现电池体系在低湿度下运行，使电堆具备优异的自增湿性能。另外，由于电堆在高电流密度下运行时，能排出大量的产物水，产物水在第二微孔层中积累的水超过第二微孔层的承载时，会与第一微孔层形成压力差，促使多余的水快速排至第一微孔层以及碳纸基底层，然后被极板的流道传输出去。由于微孔层和碳纸基底层有填孔填料，可以延长产物水排出碳纸基底层的时间，保持碳纸基底层与第二微孔层的水压平衡，进而保证膜电极内的水平衡和质子膜的湿度，使电堆在无外加湿的条件下，平稳的功率运行。
5、在此基础上，由于第二填孔填料的粒径大于第三填孔填料的粒径，第二微孔层采用粒径更小的堵孔填料，可以使得第一微孔层和第二微孔层的表面平整度高，粗糙度小，与催化层的接触电阻小，降低了电极的接触电阻和垂直电阻，提高了电堆的功率密度，提高了电性能。
6、由上可见，本专利技术实施例提供的气体扩散层，不仅提高了气体扩散层中碳纸基材的致密性和导电性，还提高了微孔层对产物水的截流能力，使微孔层具有很好的保水性，降低了膜电极的接触电阻和垂直电阻，提高了电堆的功率密度。
7、第二方面，本专利技术还提供一种气体扩散层的制备方法，包括：
8、提供一碳纸原纸；
9、利用第一涂布液对所述碳纸原纸进行涂布，得到碳纸基底层，所述第一涂布液含有第一填孔填料；
10、利用第二涂布液在碳纸基底层的表面形成第一微孔层，利用第三涂布液在第一微孔层的表面形成第二微孔层，得到气体扩散层，所述第二涂布液含有第二填孔填料，所述第三涂布液含有第三填孔填料，所述第二填孔填料的粒径大于所述第三填孔填料的粒径。
11、与现有技术相比，本专利技术提供的气体扩散层的制备方法的有益效果与第一方面气体扩散层的有益效果相同，此处不做赘述。
12、第三方面，本专利技术还提供一种膜电极，所述电池包括第一方面提供的气体扩散层。
13、与现有技术相比，本专利技术提供的膜电极的有益效果与第一方面气体扩散层的有益效果相同，此处不做赘述。
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1.一种气体扩散层，其特征在于，包括：经第一涂布液涂布后的碳纸基底层以及微孔层，所述第一涂布液至少包括第一填孔填料，所述微孔层包括形成在所述碳纸基底层的表面第一微孔层和形成在所述第一微孔层的表面的第二微孔层，所述第一微孔层具有的孔隙的孔径大于第二微孔层具有的孔隙的孔径，所述第一微孔层包括第二填孔填料，所述第二微孔层包括第三填孔填料，所述第二填孔填料的粒径大于所述第三填孔填料的粒径。
2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述第一填孔填料的粒径为0.5微米～13微米，所述第二填孔填料的粒径为0.5微米～34微米，所述第三填孔填料的粒径为0.2微米～21微米。
3.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层还包括形成在所述第一微孔层的和所述第二微孔层之间的阻隔层，所述阻隔层包括碳纸或碳布。
4.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述第一微孔层和所述第二微孔层还分别包括疏水粘结剂和导电填料；
5.根据权利要求4所述的气体扩散层，其特征在于，所述导电填料的粒径为0.001微米～35微米，含碳量＞99.5％
6.根据权利要求4所述的气体扩散层，其特征在于，所述填孔填料包括鳞片石墨、蠕虫石墨、膨胀石墨和导电炭黑中的至少一种；
7.根据权利要求1～6任一项所述的气体扩散层，其特征在于，所述碳纸基底层的厚度为140微米～380微米，所述第二微孔层的厚度大于或等于所述第一微孔层的厚度，所述第一微孔层的厚度为20微米～60微米，所述第二微孔层的厚度为30微米～120微米。
8.根据权利要求1～7任一项所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
10.根据权利要求9所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述将所述碳纸或碳布形成在所述第一微孔层和所述第二微孔层之间，包括：
11.根据权利要求8所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述利用第一涂布液对所述碳纸原纸进行涂布，利用第二涂布液在碳纸基底层的表面形成第一微孔层，利用第三涂布液在第一微孔层的表面形成第二微孔层前，所述方法还包括：
12.根据权利要求8所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述利用第一涂布液对所述碳纸原纸进行涂布后，得到碳纸基底层，利用第二涂布液在碳纸基底层的表面形成第一微孔层前，所述方法还包括：
13.一种膜电极，其特征在于，所述膜电极包括权利要求1～8任一项所述的气体扩散层。
...【技术特征摘要】
1.一种气体扩散层，其特征在于，包括：经第一涂布液涂布后的碳纸基底层以及微孔层，所述第一涂布液至少包括第一填孔填料，所述微孔层包括形成在所述碳纸基底层的表面第一微孔层和形成在所述第一微孔层的表面的第二微孔层，所述第一微孔层具有的孔隙的孔径大于第二微孔层具有的孔隙的孔径，所述第一微孔层包括第二填孔填料，所述第二微孔层包括第三填孔填料，所述第二填孔填料的粒径大于所述第三填孔填料的粒径。
2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述第一填孔填料的粒径为0.5微米～13微米，所述第二填孔填料的粒径为0.5微米～34微米，所述第三填孔填料的粒径为0.2微米～21微米。
3.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层还包括形成在所述第一微孔层的和所述第二微孔层之间的阻隔层，所述阻隔层包括碳纸或碳布。
4.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述第一微孔层和所述第二微孔层还分别包括疏水粘结剂和导电填料；
5.根据权利要求4所述的气体扩散层，其特征在于，所述导电填料的粒径为0.001微米～35微米，含碳量＞99.5％，比表面积大于15m2/g，长径比小于1：1.3。
6.根据权利要求4所述的气体扩散层，其特征在于，所述填孔填料包括鳞片石墨、蠕虫石...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋佃凤，王燕，吴立群，郁国强，徐丽丽，汤秀秀，
申请(专利权)人：山东仁丰特种材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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