[发明专利]气体扩散层的制备方法以及由或可由该方法获得的气体扩散层

说明书

一种气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：a)制备包含溶剂、氟化粘合剂和导电性载体颗粒的载体‑粘合剂糊料；b)制备粘接剂组合物，其包含溶剂、氟化粘合剂、和基于氟化粘合剂和任何导电性载体颗粒的总重量基本上没有或小于等于15重量％的导电性载体颗粒；以及c)将支承材料层、粘合剂组合物层和载体‑粘合剂糊料层结合，其中将粘接剂组合物层施加在支承材料层和载体‑粘合剂糊料层之间，并且在至少15千帕的压强下压制支承材料、粘接剂组合物和载体‑粘合剂糊料的组合，和/或在至少300℃的温度下加热支承材料、粘接剂组合物和载体‑粘合剂糊料的组合；以及如此制得气体扩散层。

技术领域

本发明涉及气体扩散层的制备方法、由或可由该方法获得的气体扩散层、气体扩散电极的制备方法、由或可由该方法获得的气体扩散电极、包括该气体扩散层或气体扩散电极的电化学电池、以及电化学还原二氧化碳的方法。

背景技术

气体扩散电极(GDE)是已知类型的电极。其可用于其中有一种或多种反应物处于气相的电化学反应。

Tomantschger等人在电源杂志(Journal of Power sources)、第25卷(1989)、第195-214页中公开的题为“碱性燃料电池电极和电极材料的结构分析(Structuralanalysis of alkaline fuel cell electrodes and electrode materials)”的论文中提供了一个示例，其中描述了气体扩散电极在碱性燃料电池中的应用。

Mahmood等人在应用电化学杂志(Journal of applied electrochemistry)、第17卷、(1997)、第1159～1170页中公开的题为“气体扩散电极在二氧化碳的高速电化学还原中的应用。在经过铅、铟和锡浸渍的电极上的还原(Use of gas-diffusion electrodes forhigh-rate electrochemical reduction of carbon dioxide.Reduction at lead,indium-and tin-impregnated electrodes)”的论文中描述了另一个示例。

WO2015184388A1和WO2017112900A1给出了气体扩散电极在二氧化碳转化方法中的应用的进一步示例。

正如Bidault在其题为“使用新基板材料开发碱性燃料电池气体扩散阴极(Development of Alkaline Fuel Cell Gas Diffusion Cathodes using new SubstrateMaterials)”的论文(伦敦帝国理工学院，2010年3月，第2章)中所解释的那样，一般而言，气体扩散电极由若干层组成，它们可实现不同的功能。Bidault描述了一种电极结构，包括背衬材料(BM)、气体扩散层(GDL)和催化或活性层(AL)。BM可以起到集电器的作用，并且例如可以是金属网。GDL可以向AL供应反应物气体，并且可以防止液体电解质穿过电极。就常见的所谓双极设计而言，包含聚四氟乙烯(PTFE)与导电性碳载体的混合物的导电性GDL是受欢迎的。活性层(AL)包含催化剂，其通常负载在炭黑上并与PTFE结合在一起。

WO2017112900A1描述了一种更复杂的气体扩散电极，包括集电器；氟化粘合剂；碳载体，包括碳布或石墨化碳织物；以及催化剂。WO2017112900A1描述了气体扩散电极可以包括疏水性氟化粘合剂层，该粘合剂层可以通过加热和加压(200～400℃和20～60kPa)结合到碳布支承体上。如其图2和图4所示，这种疏水性氟化粘合剂层位于碳布和集电器之间，并且碳布支承体位于疏水性氟化粘合剂层和催化剂层之间，以提供与催化剂层分离的静水压头屏障。