[发明专利]一种具有亲疏水结构的燃料电池气体扩散层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有亲疏水结构的燃料电池气体扩散层及其制备方法，属于燃料电池技术领域。采用处理液流过气体扩散层的局部区域形成具有亲疏水结构的燃料电池气体扩散层，其中，处理液流过的区域为亲水区，处理液未流过的区域为疏水区，相邻亲水区通过疏水区分离开来。本发明所述的气体扩散层具有亲水区域和疏水区域，使得燃料电池中空气的吸入与水分的排出可以区分开来，促进水分的聚集和排放，使得发电过程快速高效地进行，以此提高燃料电池的性能；另外，制备方法操作简单，而且通过调控处理液浓度、处理液的流速以及处理液浸渍的区域，可以实现对气体扩散层不同程度的改善效果，满足不同工况下的应用需求，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有亲疏水结构的燃料电池气体扩散层及其制备方法，属于燃料电池技术领域。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池有着较高的能量转换效率和可观的输出功率密度，目前国际市场上正在开展示范化的运营，以解决全球范围的能源危机，改善环境恶化引起的气候挑战，能源行业一致认为大力发展燃料电池才能真正做到节能减排，绿色无污染，环保高效。

在燃料电池的大类中，质子交换膜燃料电池是目前商业化应用最为广泛的，尤其是近年一直在商用车型上开展载客载物的应用，严格地讲只要是需要电力的地方都可以采用燃料电池进行替代，所以质子交换膜燃料电池的应用空间和发展前途甚是长远。国内近年来一直在致力于燃料电池技术瓶颈的突破，以及成本产能的改进。这其中，燃料电池的核心部件膜电极最为大家所关注，广大科研工作者都在致力于膜电极新产品的开发，这也使得燃料电池产品快速迭代。

质子交换膜燃料电池主要由膜电极、双极板、密封片、端板等部件组成，其中的膜电极又是由气体扩散层、催化层、电解质膜组成。质子交换膜燃料电池是通过在阴极侧通入氧气或空气，在阳极通入氢气，在催化剂和质子膜的作用下，质子传输到阴极侧与氧气发生反应，生成纯净的水，并伴随产生对应量的电流。在未来高功率密度的需求下，随着技术不断提高，单位面积上产生的电流越来越大，对应的阴极侧的反应产物——水也会越来越多，所以对于气体扩散层的水管理方法显得尤为重要。目前常见的解决质子交换膜燃料电池阴极侧水管理的方法包括设计新型阴极流板以及外加装置给予阴极侧特定的行为等。但这些方法存在成本高、装置复杂、不易规模化等问题。因此，开发一种具有亲疏水结构的气体扩散层来实现阴极侧水气分开管理对于燃料电池的发展是一种历史的选择，对于燃料电池行业的发展具有里程碑式的意义。

发明内容

针对目前对于气体扩散层的水管理方法存在的不足，本发明提供一种具有亲疏水结构的燃料电池气体扩散层及其制备方法，该气体扩散层具有亲疏水的不同区域，使得燃料电池中空气的吸入与水分的排出可以区分开来，促进水分的聚集和排放，使得发电过程快速高效地进行，以此提高燃料电池的性能。另外，通过氧化性处理液对气体扩散层局部区域进行处理，即可改善其亲水性，获得具有亲疏水结构的气体扩散层，制备方法简单，容易操作，具有很好的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种具有亲疏水结构的燃料电池气体扩散层，所述气体扩散层是处理液流过待处理的气体扩散层局部区域后形成的，其中，处理液流过的区域为亲水区，处理液未流过的区域为疏水区，相邻亲水区通过疏水区分离开来，所有亲水区的面积之和占所述气体扩散层总面积的百分比为5%至95%，所述处理液是具有氧化性的酸性溶液。

进一步地，所有亲水区的面积之和占所述气体扩散层总面积的百分比为15%~60%。

进一步地，所有亲水区域的尺寸均相等，且所有亲水区域等间距分布。另外，亲水区域的形状可以是圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、七边形等规则形状，也可以是其他不规则形状，优选为规则形状。

进一步地，单个亲水区的尺寸为1 mm²至100 mm²，相邻两个亲水区的间距在1 mm到20mm。