[发明专利]一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法

说明书

本申请涉及气体扩散层材料领域，尤其涉及一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法；所述微孔层浆料的原料包括：聚甲基丙烯酸甲酯微球、复合微球、碳黑浆料和聚四氟乙烯；其中，聚甲基丙烯酸甲酯微球包括至少三种不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球；复合微球为聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的复合微球；聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为20μm～100μm；复合微球的粒径为7μm～20μm；通过采用聚甲基丙烯酸甲酯微球和聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的复合微球作为造孔剂，并限制聚甲基丙烯酸甲酯微球包括至少三种不同粒径，使得气体扩散层的孔径可以合理并均匀的分布，可以有效的改善气体扩散层的孔径分布情况。

技术领域

本申请涉及气体扩散层材料领域，尤其涉及一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法。

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；它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池以燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

燃料电池最主要的膜电极由催化层与气体扩散层组成，气体扩散层在燃料电池中的作用之一是将催化层中产生的水通过自身的孔隙排除，同时孔隙的存在也有传导气体的作用，使得电池具有良好的性能，如果孔径分布不合理，会有一定的堵水风险，严重影响电池性能，而气体扩散层主要由微孔层浆料制备而成，因此如何提供一种合理孔径分布及高的孔隙率的气体扩散层所用的微孔层浆料，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法，以解决现有技术中气体扩散层的孔径分布不合理的技术问题，并实现气体扩散层的孔径分布均匀且合理的技术效果。

第一方面，本申请提供了一种微孔层浆料，所述浆料的原料包括：至少三种不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球、复合微球、碳黑浆料和聚四氟乙烯；

所述复合微球为聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的微球；

至少三种不同粒径的所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径分别为20μm～100μm；

所述复合微球的粒径为7μm～20μm。

可选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述复合微球的总质量与所述碳黑浆料和所述聚四氟乙烯的总质量之比为1:2.4～4.7。

可选的，所述碳黑浆料为导电碳黑颗粒和异丙醇溶液所形成的混合浆料；

所述导电碳黑颗粒和所述异丙醇溶液的质量之比为3:1～10:1。

可选的，所述导电碳黑颗粒包括乙炔黑、Vulcan XC-72、Black pearls和碳纳米管中的至少一种。

可选的，所述导电碳黑颗粒的质量占所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述复合微球的总质量的4:1～20:1，所述导电碳黑颗粒和所述聚四氟乙烯的质量之比为1:10～1:30。

第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的微孔层浆料的方法，所述方法包括：

分别制备复合微球和不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球；

混合碳黑浆料和聚四氟乙烯溶液，并进行搅拌和第一超声，得到混合浆料；

混合所述复合微球、所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述混合浆料，并进行第二超声，得到微孔层浆料。

可选的，所述第一超声和所述第二超声的时间分别为25min～35min；所述第一超声和所述第二超声的频率分别为25kHz～40kHz。