【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层及其制备方法。
技术介绍
1、随着人们对能源消耗和环境问题的日益关注，需求环保和可持续能源解决方案变得势在必行，质子交换膜燃料电池(pemfc)将氢能转化为电能，由于其高效率、高能量密度和环境性，受到世界关注。氢能燃料电池是汽车动力系统转型升级和新能源汽车战略的重要方向。
2、质子交换膜燃料电池的构件主要包括膜电极(mea)和双极板，它们共同承载着电化学反应和气体传输等重要功能。其中核心构件膜电极由阳极侧和阴极侧的气体扩散层(gdl)、催化层(cl)和质子交换膜(pem)组成。质子交换膜燃料电池工作时，反应气体通过双极板、气体扩散层然后到达催化层的三相界面处参与电化学反应，例如阳极处的氢氧化反应(hor)和阴极处的氧还原反应(orr)，然后将电化学反应产生的水排出至流道。
3、气体扩散层在质子交换膜燃料电池工作中发挥着至关重要的作用，包括机械支撑、反应气体扩散、产物水扩散传输、导电及导热等，从而直接影响燃料电池的性能。而现有气体扩散层随着燃料电池运行时间的延长或以较大的电流密度工作时，电化学产生大量的水不能及时排出，容易发生“水淹”现象，未能及时排出的水阻碍氧气或氢气向催化层的传输路径，造成气体供给不足，并带来一系列稳定性问题，导致燃料电池性能衰减和潜在的安全隐患。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层及其制
2、为解决本专利技术所提出的技术问题，本专利技术提供一种包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：
3、1)将基材放入ptfe乳液中浸泡，取出后干燥，得到基底层；
4、2)将碳粉、水、醇类溶剂、ptfe乳液和造孔剂混合均匀制成浆料，然后涂布在基底层的一面，干燥后烧结，在基底层上形成一层均质微孔层，得到包含均质微孔层的气体扩散层；
5、3)通过夹具将包含均质微孔层的气体扩散层固定，使均质微孔层面接触nafion溶液或nafion/ptfe复合乳液，同时基底层面接触水或低浓度ptfe乳液，结束接触后干燥，得到包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层。
6、上述方案中，所述基材为碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布的一种或多种复合，厚度为100～500μm，孔隙率为70～90％。
7、上述方案中，步骤1)中所述ptfe乳液的质量浓度为5～30％。
8、上述方案中，步骤1)中所述浸泡时间为1～5min。
9、上述方案中，步骤1)中所述干燥温度为90～150℃。
10、上述方案中，所述碳粉为碳黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨粉中的一种或多种。
11、上述方案中，所述醇类溶剂为异丙醇、正丙醇、乙醇中的一种或多种。
12、上述方案中，步骤2)中所述ptfe乳液的质量浓度为30～60％。
13、上述方案中，所述造孔剂为氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。
14、上述方案中，步骤2)中所述碳粉、水、醇类溶剂、ptfe乳液中的ptfe、造孔剂的质量比为100：(400～1000)：(200～600)：(10～40)：(20～150)。
15、上述方案中，步骤2)所述干燥温度为90～150℃。
16、上述方案中，所述烧结温度为250～350℃，烧结时间为1～5h。
17、上述方案中，所述均质微孔层的厚度为20～100μm。
18、上述方案中，所述nafion溶液的质量浓度为5～20％。
19、上述方案中，所述nafion/ptfe复合乳液中，nafion和ptfe的质量浓度之和为5～35％，其余为水。
20、上述方案中，所述nafion/ptfe复合乳液中，nafion与ptfe的质量比为(0.5～3)：1。
21、上述方案中，步骤3)中所述低浓度ptfe乳液的质量浓度为5～10％。
22、上述方案中，所述接触时间为30～120min。
23、上述方案中，步骤3)中所述干燥温度为90～150℃。
24、本专利技术还提供一种包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层，它是由上述方法制备得到的。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
26、1)本专利技术使均质微孔层面接触含亲水性基团的nafion溶液或nafion/ptfe复合乳液，同时基底层面接触水或低浓度ptfe乳液，在浓度差的作用下，nafion向微孔层内扩散，使nafion在微孔层中形成梯度分布，得到包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层，与常规气体扩散层相比，其排水能力显著提高，促进反应物(h2/o2)和水在催化层的均匀分布，进而提高了燃料电池在高电流密度下的性能、稳定性和安全性。
27、2)本专利技术气体扩散层的制备流程简便，成本低，适合大规模生产。
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1.一种包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述Nafion溶液的质量浓度为5～25％，所述低浓度PTFE乳液的质量浓度为5～10％。
3.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述Nafion/PTFE复合乳液中，Nafion和PTFE的质量浓度之和为5～35％，Nafion与PTFE的质量比为(0.5～3)：1。
4.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述接触时间为30～120min；步骤1)至步骤3)中所述干燥温度均为90～150℃。
5.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述碳粉为碳黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨粉中的一种或多种；所述醇类溶剂为异丙醇、正丙醇、乙醇中的一种或多种；所述造孔剂为氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。
6.据权利要求1所
7.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为250～350℃，烧结时间为1～5h；所述均质微孔层的厚度为20～100μm。
8.根据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述基材为碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布的一种或多种复合，厚度为100～500μm，孔隙率为70～90％。
9.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述PTFE乳液的质量浓度为5～30％，所述浸泡时间为1～5min。
10.一种由权利要求1～9任一项所述方法制备得到的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层。
...【技术特征摘要】
1.一种包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述nafion溶液的质量浓度为5～25％，所述低浓度ptfe乳液的质量浓度为5～10％。
3.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述nafion/ptfe复合乳液中，nafion和ptfe的质量浓度之和为5～35％，nafion与ptfe的质量比为(0.5～3)：1。
4.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述接触时间为30～120min；步骤1)至步骤3)中所述干燥温度均为90～150℃。
5.据权利要求1所述的包含梯度亲水性树脂微孔层的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述碳粉为碳黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨粉中的一种或多种；所述醇类溶剂为异丙醇、正丙醇、乙醇中的一种或多种；所述造孔剂为氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。
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