[发明专利]一种燃料电池气体扩散层结构

权利要求书

1.一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，该气体扩散层结构包括一基底层和一微孔层，基底层的一侧具有气体流道，另一侧与微孔层相连，基底层的材质为金属纤维毡，微孔层上具有铜-石墨烯复相膜，该铜-石墨烯复相膜的成分为铜颗粒、石墨烯、纳晶纤维素、聚苯胺、碳纳米管、TiO₂纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，该气体扩散层结构厚度为4mm，该微孔层的厚度为0.2mm。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，该气体流道的深度为2.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，该铜-石墨烯复相膜中，碳纳米管的质量百分比为2～5％。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，该铜-石墨烯复相膜中，TiO₂纳米粒子的质量百分比为2～5％，TiO₂纳米粒子的粒径为20nm。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，该气体扩散层结构的制备步骤如下：

步骤1，切削制备金属纤维：将金属纤维填充至40.00mm×30.00mm×4.35mm的矩形模具中，加压后采用低温固相烧结法制备形成金属纤维毡；

步骤2，制备基底层：

将上述金属纤维毡浸入熔融态聚四氟乙烯后取出冷却至室温形成金属纤维毡-聚四氟乙烯复合材料，然后在聚四氟乙烯的保护下于其中一侧铣削出气体流道，然后在真空高温烧结下部分去除聚四氟乙烯的同时完成憎水性处理，获得一侧具有气体流道的基底层；

步骤3，制备微孔层：

a)首先，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，然后将制备好的氧化石墨烯(GO)水相分散液、纳晶纤维素水相分散液分别稀释至1mg/mg、3mg/ml，将其分别超声分散1h，各取50ml加入到烧瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超声分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力搅拌反应5h后，旋蒸至合适浓度，烘干，即得还原氧化石墨烯(rGO)；

b)将N,N-二甲基甲酰胺和丙酮按照体积比为6：7混合作为溶剂，然后加入上述中辅助还原的氧化石墨烯粉末，得到浓度为0.3wt％的石墨烯复合分散液然后加入碳纳米管、TiO₂纳米粒子，超声分散3h；

c)将基底层的另一侧浸入温度为50℃的镀铜溶液中进行表面化学镀铜30min，接着于乙醇中超声清洗，然后浸入上述石墨烯复合分散液中，沉淀石墨烯片40min，获得铜-石墨烯复相膜；

d)重复c步骤，直至获得指定厚度的铜-石墨烯复相膜，制得所述微孔层。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，上述金属纤维的直径为0.03mm，长度为10mm。

8.根据权利要求1或6所述的一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于，所述铜-石墨烯复相膜中，铜颗粒粒径为0.05mm，石墨烯片的厚度为0.05mm。