[发明专利]一种燃料电池用碳基气体扩散层及制备方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，提供了一种燃料电池用碳基气体扩散层及制备方法，将浓硫酸与浓硝酸按照3:1的体积比进行混合，加入多孔单壁碳纳米管，在80℃下进行超声处理6h，之后使用去离子水洗涤至中性，与血红蛋白（Hb）混合后分散与去离子水中进行吸附，静置3h后进行超声震荡、离心、洗涤，最后将产物置于80℃下真空干燥，获得碳纳米管包覆血红蛋白的气体扩散层;血红蛋白对于CO的吸收能力非常强,从而提高铂基催化剂在催化过程中的稳定性和活性。本发明制备的气体扩散层可以抑制铂催化剂中毒，提高催化活性和使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池用碳基气体扩散层及制备方法。

背景技术

燃料电池的主要构成组件为：电极（Electrode）、电解质隔膜（ElectrolyteMembrane）与集电器（Current Collector）等。燃料电池的电极是燃料发生氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。电极主要可分为两部分，其一为阳极（Anode），另一为阴极（Cathode），厚度一般为200－500mm；其结构与一般电池之平板电极不同之处，在于燃料电池的电极为多孔结构，所以设计成多孔结构的主要原因是燃料电池所使用的燃料及氧化剂大多为气体（例如氧气、氢气等），而气体在电解质中的溶解度并不高，为了提高燃料电池的实际工作电流密度与降低极化作用，故发展出多孔结构的的电极，以增加参与反应的电极表面积，而此也是燃料电池当初所以能从理论研究阶段步入实用化阶段的重要关键原因之一。目前高温燃料电池之电极主要是以触媒材料制成，例如固态氧化物燃料电池（简称SOFC）的Y2O3－stabilized－ZrO2（简称YSZ）及熔融碳酸盐燃料电池（简称MCFC）的氧化镍电极等，而低温燃料电池则主要是由气体扩散层支撑一薄层触媒材料而构成，例如磷酸燃料电池（简称PAFC）与质子交换膜燃料电池（简称PEMFC）的白金电极等。电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂，并传导离子，故电解质隔膜越薄越好，但亦需顾及强度，就现阶段的技术而言，其一般厚度约在数十毫米至数百毫米；至于材质，目前主要朝两个发展方向，其一是先以石棉（Asbestos）膜、碳化硅SiC膜、铝酸锂（LiAlO3）膜等绝缘材料制成多孔隔膜，再浸入熔融锂－钾碳酸盐、氢氧化钾与磷酸等中，使其附着在隔膜孔内，另一则是采用全氟磺酸树脂（例如PEMFC）及YSZ（例如SOFC）。集电器又称作双极板（Bipolar Plate），具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用，集电器的性能主要取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。

燃料电池是直接将燃料与氧化剂中的化学能转化为电能的一种装置，由于其能量转化率高，环境污染少，比能量高等优点成为下一代清洁能源的主要应用方式。质子交换膜燃料电池是目前研究和商业化都相当热门的一种燃料电池，但其能量转化效率受到许多条件的制约，包括温度、湿度、催化剂活性、气体扩散程度等。其中催化剂主要为铂基催化剂，在催化过程中极易被一氧化碳毒化导致活性下降，而一氧化碳来源主要是碳基载体和气体杂质。因此对于燃料电池工作过程中对于一氧化碳的隔离具有十分重要的实际意义。