[发明专利]气体扩散层、其制备方法、以及相应的膜电极组件以及燃料电池

说明书

本发明公开了一种气体扩散层，制备方法、膜电极组件以及燃料电池，本发明技术方案设置所述气体扩散层疏水处理工艺中所用的浆料中特别添加了含有儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物的添加剂，特别是盐酸多巴胺。这样，能够显著气体扩散层材料的均一性、疏水性、导电性和耐久性，同时用该气体扩散层制备的燃料电池电堆性能有显著提升。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体的说，涉及一种气体扩散层、制备方法、膜电极组件以及燃料电池。

背景技术

燃料电池作为可替代能源技术，以启动方便、高能量密度、零排放、能量转化效率高的特点引起广泛的关注并持续进行了研究开发，并且已经作为自动车、通信基站、便携式电动工具等的电源而广泛应用。作为商业化运用的电源系统，其突出的优点就是要有足够长的运行寿命和高的能量密度，比如应于备用电源、乘用车、物料运输车、潜艇等。

质子交换膜燃料电池是发展最成熟，最接近于商业应用的燃料电池。气体扩散层在质子交换膜燃料电池膜电极中主要要五个作用：第一、支撑起质子交换膜和催化层；第二，将流场流道内的阴阳极反应气体通过分子扩散和努森传输到催化剂表面；第三，将催化层产生的电子传输到极板。第四，催化剂层生产的水在气体扩散层通过毛细效应和浓差扩散等传输到流道及时排除，避免出现传质极化。第五：有时，气体扩散层承担起催化层附着的功能，将催化层直接涂覆在气体扩散层表面。常用的气体扩散层以碳纤维为原料，经过湿法抄纸或非织无纺干法制备出原纸，然后经过碳化和石墨化工程制备出气体扩散层原纸。由于碳纤维表面是亲水的或者是疏水性不强的，会造成燃料电池中产生的水或输入的水囤积在气体扩散层内部难以排出，从而导致反应气体不能及时传输到催化剂表面，产生严重的传质极化，导致电池性能下降。

通过上述描述可知，如何保证燃料电池中气体传输平衡，以保证燃料电池具有较好的性能，是燃料电池领域一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种气体扩散层、制备方法、膜电极组件以及燃料电池，可以保证燃料电池中气体传输平衡。

为了实现上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种气体扩散层，用于燃料电池，所述气体扩散层在做疏水处理过程使用的浆料中添加了含有儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物的添加剂（特别是盐酸多巴胺）。

所述气体扩散层在做疏水处理过程使用的浆料中添加盐酸多巴胺。

所述气体扩散层在做疏水过程使用的浆料由水、聚四氟乙烯溶液、异丙醇、乙醇、儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物（特别是盐酸多巴胺）等组成。

所述儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物的添加剂（特别是盐酸多巴胺）用量占浆料总质量的0.05%-30%。

所述气体扩散层的厚度为10μm-500μm。

本发明还包括所述气体扩散层的制备方法，包括：

疏水处理工艺用浆料，即疏水处理浆料的配置，将水、聚四氟乙烯溶液、异丙醇、乙醇、儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物（特别是盐酸多巴胺）等组成的浆料按比例混合后，用均质器分散混合分散均匀，同时用超声波清洗器进一步分散均匀。

将气体扩散层基材浸入上述浆料中。

将气体扩散层基材从上述浆料中取出后进行加热干燥。

上述步骤在气体扩散层制备过程重复2-8次。

疏水处理后的气体扩散层基材做微孔层涂覆处理。

所述制备方法包括：

疏水处理工艺用浆料的配置，将水、聚四氟乙烯溶液、异丙醇、乙醇、盐酸多巴胺等组成的浆料按比例混合后，用均质器分散混合分散均匀，同时用超声波清洗器进一步分散均匀。