[发明专利]用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法

权利要求书

1、一种用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层，它由支撑层(1)和微孔层(2)组成，所述微孔层(2)覆盖在支撑层(1)的表面上，所述支撑层(1)由经憎水处理的多孔材料层制成，其特征在于：所述多孔材料层由多孔纤维层和生长在多孔纤维层的纤维(3)上的碳纳米须(4)组成。

2、根据权利要求1所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层，其特征在于：所述多孔纤维层由碳纸、碳布或金属纤维网材料制成。

3、根据权利要求1所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层，其特征在于：所述多孔纤维层的孔率为20％～95％，平均孔径大于1um。

4、根据权利要求1所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层，其特征在于：所述碳纳米须(4)为碳纳米纤维或碳纳米管，所述碳纳米须4的长度为1nm～10um，平均直径为5nm～200nm。

5、一种用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层的制备方法，其特征在于所述方法的步骤为：a、将多孔纤维层在去离子水、乙醇或丙酮溶液中用超声波清洗10～60分钟，取出后再采用二次蒸馏水洗涤至中性，然后在40℃～100℃温度下干燥1～3小时；b、在室温下采用电沉积、化学还原或热还原方法在多孔纤维层的纤维(3)表面负载钴、镍或钴镍合金的纳米颗粒，以此作为碳纳米须(4)生长的催化剂；c、将多孔纤维层置于管式炉中，在500℃～1000℃的温度下向管式炉中通入甲烷、乙烷、丙烷、乙烯或上述气体的混合气体1～30分钟以生长碳纳米须(4)，然后自然降温至室温；d、将多孔纤维层浸入质量含量为5～70％的憎水材料乳液中1～15分钟，取出后在空气中或低温烘箱中干燥；e、重复步骤d至多孔纤维层增重达10％～70％，然后将多孔纤维层放入炉中在200℃～400℃的温度下烧结10～100分钟，得到支撑层1；f、将碳黑和憎水材料的乳液按干料质量比10∶(1～15)混合并制备成浆料，然后通过喷涂、刮涂或刷涂法将所制浆料涂覆在支撑层(1)的表面上，然后置于炉中在200℃～400℃温度下热处理10～100分钟，即得到要制备的气体扩散层。

6、根据权利要求5所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层的制备方法，其特征在于：在b步骤中所述电沉积方法为在10mM～5M的钴硫酸盐、钴硝酸盐、钴氯化物、镍硫酸盐、镍硝酸盐、镍氯化物、钴和镍的硫酸盐、钴和镍的硝酸盐或氯化物溶液中以直流、脉冲或循环伏安的方式在多孔纤维层的纤维表面负载钴、镍或钴镍合金的纳米颗粒。

7、根据权利要求5所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层的制备方法，其特征在于：在b步骤中所述化学还原方法为在10mM～5M的钴硫酸盐、钴硝酸盐、钴氯化物、镍硫酸盐、镍硝酸盐、镍氯化物、钴和镍的硫酸盐、钴和镍的硝酸盐或氯化物溶液中加入硼氢化钠、甲醛或乙二醇还原剂在多孔纤维层的纤维表面负载钴、镍或钴镍合金的纳米颗粒。

8、根据权利要求5所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层的制备方法，其特征在于：在b步骤中所述热还原方法为在10mM～5M的钴硫酸盐、钴硝酸盐、钴氯化物、镍硫酸盐、镍硝酸盐、镍氯化物、钴和镍的硫酸盐、钴和镍的硝酸盐或氯化物溶液中浸泡0.5～50小时后用还原性气体氢气或一氧化碳在150℃～1000℃的温度下进行热处理，在多孔纤维层的纤维表面负载钴、镍或钴镍合金的纳米颗粒。

9、根据权利要求5、6、7或8所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层的制备方法，其特征在于：在b步骤中所述钴、镍或钴镍合金的纳米颗粒的粒径为1nm～150nm。

10、根据权利要求5所述用于聚合物电解质膜燃料电池的气体扩散层的制备方法，其特征在于：在d步骤中所述憎水材料为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙稀、聚偏氟乙烯、四氟乙烯与乙烯的共聚物、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、聚三氟氯乙烯或含氟烷基氧硅烷。