[发明专利]一种改性氧化石墨烯、复合材料和GDL及其制备方法

说明书

本发明特别涉及一种改性氧化石墨烯、复合材料和GDL及其制备方法，属于质子交换膜燃料电池技术领域，GDL包括基底层、涂覆于所述基底层的第二浆料层和涂覆于所述第二浆料层的第一浆料层；所述第一浆料层的浆料包括改性氧化石墨烯和溶剂；所述改性氧化石墨烯的原料包括：氧化石墨烯本体、亲核试剂和氢氧化钠溶液；所述第二浆料层的浆料包括复合材料和溶剂；所述复合材料的原料包括：所述改性氧化石墨烯、植酸、无机疏水材料、氢氧化钠溶液和N,N‑二甲基甲酰胺；在电池使用初期，需要有水进行润湿的时候，该GDL不具有很强的疏水性，能够及时供水；在高电流密度下，该GDL能够及时排水，防止MEA被水润湿。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，特别涉及一种改性氧化石墨烯、复合材料和GDL及其制备方法。

背景技术

随着能源短缺以及排放危机等问题，寻找一种易获取、清洁能源迫在眉睫。氢能就是一种具有高能量密度的清洁能源。质子交换膜燃料电池是一种以氢气为原料，将化学能转化为电能，具有高能量密度，高利用率、清洁安静等优点的高效能量转化装置。其核心部件为膜电极，它主要由质子交换膜、阴阳极催化层以及气体扩散层组成。其中气体扩散层又可细分为基底层和微孔层。基底层的主要作用是支撑微孔层与催化层，传导气体与排水的作用。微孔层的主要作用是改变支撑层的孔隙结构，进一步降低支撑层与催化层的接触电阻，重新对气体、水等物料进行二次分配，防止膜电极水淹。

现有技术中，如中国发明专利申请CN111129507A一种燃料电池用气体扩散层及其制备方法和应用介绍了一种能够进行水管理的GDL制备方法。该方法的疏水处理与亲水结构设计彼此独立，避免了在气体扩散层的支撑层和微孔层浆料制备过程中，由于同时加入疏水剂和亲水剂而对浆料稳定性造成的冲击，极大减少了优化浆液所需的工作量，避免了疏水剂与亲水剂潜在的团聚风险。但该方法中所使用的疏水剂仍然为氟类有机聚合物，它的加入会增加GDL的内阻，并且会随着时间使用，耐久性有所下降。如中国发明专利申请CN112117465A一种燃料电池气体扩散层及加工方法提供了一种GDL的设计方法，该方法通过改变阴极气体扩散层靠近极板一侧表面的微结构，形成分布均匀、四周存在一定角度的微凹坑，使气体扩散层表面的液态水更易聚集在微凹坑处，进而防止燃料电池发生“水淹”，但是该方法主要聚焦于燃料电池的疏水，在电池刚启动时，忽略了其需要水进行润湿的特性，没有提升保水性能；并且该方法没有改变GDL的材料特性，对其导电性提升没有意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种改性氧化石墨烯、复合材料和GDL及其制备方法，以克服目前气体扩散层一味追求其疏水性的技术偏见。

本发明实施例提供了一种改性氧化石墨烯，所述改性氧化石墨烯的原料包括：氧化石墨烯本体、亲核试剂和氢氧化钠溶液。

可选的，所述氧化石墨烯本体和所述亲核试剂的质量比为1：0.1-1。

可选的，所述亲核试剂包括十六烷甲基溴化铵、十六烷二甲基三乙基溴化铵、苯基三乙基溴化铵或二甲基苄基氯化铵中的一种。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种改性氧化石墨烯的制备方法，所述方法包括：

将氧化石墨烯本体和亲核试剂进行混合，得到混合料；

将氢氧化钠加入所述混合料进行反应，后进行离心、烘干，得到改性氧化石墨烯。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种复合材料，所述复合材料的原料包括：改性氧化石墨烯；所述改性氧化石墨烯的原料包括：氧化石墨烯本体、亲核试剂和氢氧化钠溶液。

可选的，所述复合材料的原料还包括：植酸、无机疏水材料、氢氧化钠溶液和N,N-二甲基甲酰胺。

可选的，所述改性氧化石墨烯和所述植酸的质量比为1:1-10；所述改性氧化石墨烯和所述无机疏水材料的质量比为1:5-20。