[发明专利]一种燃料电池用支撑层的憎水处理方法

说明书

本发明涉及燃料电池领域,并具体提供一种燃料电池用支撑层的憎水处理方法，解决传统憎水处理方法会导致憎水剂容易堆积在支撑层表面，无法渗透到支撑层的内部，表面憎水剂的过量聚集，导致支撑层导电性和水气传质性能较低的问题，该方法获得的支撑层表面接触角的分布更加均匀，恒电位氧化加速衰减（1.2V，0.5M H₂SO₄），实验表明，支撑层在经恒电位氧化80小时之后，支撑层表面憎水性的下降幅度远小于比较例中支撑层，这充分说明本发明提出的憎水处理方法可显著提高支撑层的憎水稳定性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池用支撑层的憎水处理方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)核心组件膜电极组件(MEA)由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成。电池运行时，如果水蒸气局部分压高于当地饱和分压，当质子交换膜燃料电池工作时，膜电极中会产生水，若气体扩散层中的液态水含量过高，将发生液态水的凝聚，反应气体的传输受阻，从而影响电池的性能。典型的气体扩散层通常由憎水处理过的支撑层和微孔层构成。支撑层的憎水处理通常是将支撑层材料置于憎水剂(PTFE)乳液中，反复浸渍、晾干，直到PTFE的担载量达到期望值，然后在240℃下烧结，除去PTFE乳液中的表面活性剂，最后在340℃下焙烧使PTFE熔融产生憎水网络通道。这种憎水处理方法会导致憎水剂PTFE堆积在支撑层的表面，而无法渗透到支撑层的内部，表面憎水剂的过量聚集，影响了支撑层本身的导电性和水气传质性能。

发明内容

针对上述之情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种燃料电池用支撑层的憎水处理方法，目的在于解决传统憎水处理方法会导致憎水剂容易堆积在支撑层表面，无法渗透到支撑层的内部，表面憎水剂的过量聚集，导致支撑层导电性和水气传质性能较低的问题。

考虑到超声波环境下浸渍处理可以提高支撑层断面憎水剂的含量，但常规的憎水剂PTFE在超声和有机分散剂条件下很容易团聚，进而影响支撑层的憎水处理效果，因此采用聚偏氟乙烯等在超声和有机分散剂中不发生团聚现象的憎水剂，从提高支撑层憎水稳定性的角度出发，优化支撑层的憎水处理工艺，提高支撑层断面憎水剂的分布含量，进而提高支撑层的耐久性能。

具体地说，本发明提供的憎水处理方法包括如下步骤：

1)将憎水剂加入分散剂中，经超声分散均匀，得到憎水剂质量分数为1％-5％的混合分散液A；

2)将支撑层材料放入盛有上述憎水剂的混合分散液A的容器中，在超声波环境下进行憎水处理，若干分钟之后取出支撑层烘干称重；

3)重复上述步骤2)直至憎水剂的担载量达到支撑层质量的1％-30％；

4)将上述支撑层置于充氮烘箱中，在160-360℃温度下烧结30-120分钟得到憎水处理过的支撑层。

在一实施例中，所述分散剂可选乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或两种及以上的混合物。

在一实施例中，憎水剂为聚偏氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、聚三氟氯乙烯、磺酸树脂等含氟聚合物中的一种或两种及以上的混合物。

在一实施例中，所述支撑层为碳纤维纸或编织布。

在一实施例中，超声处理时超声波的频率为30kHz-100kHz。

与现有技术相比，支撑层表面接触角的分布更加均匀；恒电位氧化加速衰减(1.2V，0.5M H₂SO₄)，实验表明，支撑层在经恒电位氧化80小时之后，支撑层表面憎水性的下降幅度远小于比较例中支撑层，这充分说明本发明提出的憎水处理方法可显著提高支撑层的憎水稳定性能。

附图说明

图1实施例和比较例所得到的的支撑层断面F元素分布情况