[发明专利]一种燃料电池气体扩散层、电极、膜电极组件、单电池及其制备方法

说明书

发明公开了一种燃料电池气体扩散层、电极、膜电极组件、单电池及其制备方法，属于燃料电池的技术领域。其中所述气体扩散层包括：一层或双层多孔镍网，所述多孔镍网用于实现气体和水分在横向与纵向上的传输。本发明使用多孔镍网取代现有技术中的碳纸作为气体扩散层，降低气体扩散区的厚度，提高电堆的体积能量密度，镍网孔隙发达，改善电堆在高电密下的排水情况，提高输出功率。另外镍网与基板通过激光焊接组合，降低材料之间的接触电阻，可以提高膜电极输出电压，通过扩散层与极板的二合一组合，也简化了膜电极和电堆的装配工艺。

技术领域

本发明属于燃料电池的技术领域，特别是涉及一种燃料电池气体扩散层、电极、膜电极组件、单电池及其制备方法。

背景技术

目前电堆的组装，主要包括膜电极，双极板，气体扩散层，其他零配件包括端板，集流板和绝缘板等。膜电极的性能水平已经足够满足车用的需求，气体扩散层和双极板的匹配是电堆设计和装配的难点，目前采用碳纸或碳布作为气体扩散层，但是由于碳纸或碳布的厚度较厚，超过150μm，气体和水分的传输受限，另外双极板加工工艺受限，高精密、高加工周期的极板难以加工成型，对于水分和气体的传输也受限，最终电堆在高电密区域，输出功率偏低。

发明内容

本发明的目的，是采用一种新型的材料，将气体扩散层和极板合二为一，提高电堆的传质，提高电堆在高电密的输出功率，简化电堆的装配工艺。

本发明采用以下技术方案：一种燃料电池气体扩散层，所述气体扩散层包括：一层或双层多孔镍网，所述多孔镍网用于实现气体和水分在横向与纵向上的传输。

在进一步的实施例中，多孔镍网层为一层时，所述多孔镍网层选用第一多孔镍网层。

在进一步的实施例中，多孔镍网层为双层时，所述多孔镍网层选用第二多孔镍网层和第三多孔镍网层，所述第三多孔镍网层的孔径大小为第二多孔镍网层孔径大小的2~2.5倍，所述第三多孔镍网层的厚度为第二多孔镍网层厚度的2~5倍。

所述第二多孔镍网层的孔径大小为100-200目，厚度为10-40μm；所述第三多孔镍网层的孔径大小为50-80目，厚度为50-80μm。

一种燃料电池电极，包括：如上所述的燃料电池气体扩散层和与燃料电池气体扩散层一体成型的基板。

在进一步的实施例中，所述电池电极包括阳极和阴极；

其中，所述阳极包括：第一多孔镍网层和基板；所述阴极包括：第二多孔镍网层、第三多孔镍网层和基板；

第二多孔镍网层的孔径大小与第一多孔镍网层的孔径大小相同，第二多孔镍网层的厚度为第一多孔镍网层厚度的1/5~2/5；

所述第三多孔镍网层的孔径大小为第二多孔镍网层孔径大小的2~2.5倍，所述第三多孔镍网层的厚度为第二多孔镍网层厚度的2~5倍。

第一多孔镍网层的孔径大小为100-200目，厚度为50-100μm；所述第二多孔镍网层的孔径大小为100-200目，厚度为10-40μm；所述第三多孔镍网层的孔径大小为50-80目，厚度为50-80μm；所述基板的厚度为50-100μm。

在进一步的实施例中，所述阳极中的第一多孔镍网层与基板之间通过焊接而成，激光焊接时焊接方向在基板上，同时采用惰性保护气体排出氧气、加快冷却。

在进一步的实施例中，所述阴极中的第三多孔镍网层先与基板焊接而成，然后第三多孔镍网层与第二多孔镍网层之间通过冷压压制而成；

激光焊接时焊接方向在基板上，同时采用惰性保护气体排出氧气、加快冷却。

一种燃料电池膜电极组件，包括：质子交换膜、位于质子交换膜两侧的阳极催化层和阴极催化层、上所述的阳极和阴极；

所述阳极与所述阳极催化层粘接，阴极与所述阴极催化层粘接。