[发明专利]一种燃料电池气体扩散层微孔层的制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池气体扩散层中微孔层制备方法，包括以下步骤：首先对气体扩散层浸渍疏水的PTFE树脂乳液，烘干并灼烧固化，得到处理好的气体扩散层，然后在气体扩散层的其中一面担载碳粉‑石墨粉‑PTFE树脂混合浆料并进行烘干并灼烧固化，最后对担载有碳粉‑石墨粉‑PTFE树脂混合浆料的气体扩散层进行热压处理，即得到本发明的所述的带有微孔层的气体扩散层。与现有技术相比，本发明所制得的微孔层具有孔结构均匀单一，导电性好，疏水性强等优点。特别有利于燃料电池电极的水管理，有利于提高燃料电池电极运行的稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池气体扩散层微孔层的制备方法。

背景技术

PEMFC电极是一种气体扩散电极，PEMFC电极是一种多孔的气体扩散电极，气体扩散层是电极的重要组成材料。常用的气体扩散层材料有碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及碳黑纸等。其中碳纤维纸是一种广泛应用于电极中的气体扩散层材料，PEMFC它必须满足以下性能要求：(1)均匀的多孔质结构，赋予它优异的透气性能；(2)低的电阻率，赋予它高的电子传导能力；(3)结构紧密且表面平整，减小接触电阻，提高导电性能；(4)具有一定的机械强度，利于电极的制作，提供长期操作条件下电极结构的稳定性；

如德国SGL的碳纤维纸既在机械性能上达到了一定的强度，同时也保持着良好的电学、热学性能和气体透过率。多种稳定性能及其高性价比是碳纤维纸目前发展的主要目标。

目前商用的的MEA电极一般为7层结构，其中CCM为两层催化剂层夹一层质子导电膜的三层三明治结构，在催化层的两边复合两层带有微孔层的扩散层所构成。目前研究及材料大部分集中在膜，催化剂，碳纸扩散层结构的稳定性，高性能等方面。对扩散层上的微孔层研究相对少。

目前燃料电池应用中，微孔层一般采用导电碳粉和PTFE做粘结剂的微孔层组成，其在气体扩散层上的担载量一般为1-4mg/cm2.通过调节微孔层中PTFE和vulcaXC72，ketjen black，乙炔黑等的比例来调节微孔层的疏水性，导电性和透气性。如果要增加微孔层的疏水性，这是靠PTFE含量增加来完成的。高的PTFE的添加一方面增加了电极的疏水性，改变了电极微孔层的孔结构，一方面降低了导电性。

在一些特殊应用场合，只靠VULCAN XC72或乙炔黑来和PTFE高分子组成的网络结构调节燃料电池的微孔层结构来塑造特殊功能的结构变得非常困难，原因在于PTFE具有改变孔结构，导电性，疏水性三重复合作用。

本发明在于提供一种方法，将疏水球形石墨来部分或全部替代原有的VULCANXC72乙炔黑多孔导电物质。和PTFE相比，球形石墨不但具有强的疏水性，而且具有高导电性，并且球形石墨堆积所具有的孔结构大小不同于PTFE所制得的孔结构，孔径比较均一。

发明内容

本发明涉及一种燃料电池气体扩散层中的微孔层制备工艺方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先对气体扩散层浸渍疏水PTFE乳液，烘干并灼烧固化，得到处理好的气体扩散层；

(2)在处理好的气体扩散层上担载微孔层，担载方式采用喷涂，刮涂或丝网印刷中的一种或几种方式将碳粉-石墨粉-PTFE混合浆料，涂布到(1)中处理好的扩散层上，然后进行烘干并灼烧固化。

(3)对担载有碳粉-石墨粉-PTFE混合浆料的气体扩散层进行热压处理，即得到具有该微孔层结构的扩散层结构。

所述的气体扩散层为厚度0.10-～0.36mm的导电碳纸碳纤维编织布。

所述的气体扩散层，其特征在于，所述的疏水乳液为浓度为5～30wt％的PTTE乳液。

所述的担载的气体扩散层的微孔层，所述的碳粉-石墨粉-PTFE树脂混合浆料的担载量为 2～26mg/cm²。