[发明专利]一种包含气体扩散层的燃料电池在审

专利信息
申请号: 201810624267.6 申请日: 2018-06-16
公开(公告)号: CN110611107A 公开(公告)日: 2019-12-24
发明(设计)人: 陈忠伟;余爱萍;毛治宇;张益宁 申请(专利权)人: 浙江晨阳新材料有限公司
主分类号: H01M8/0234 分类号: H01M8/0234;H01M4/90
代理公司: 11735 北京从真律师事务所 代理人: 程义贵
地址: 321000 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 气体扩散层 非铂催化剂 微孔层 导电 基底 多孔碳纸 燃料电池 制备 发明燃料电池 聚四氟乙烯 催化性能 均匀喷涂 喷涂设备 吸附性能 异丙醇 电极 浆料 上浆 电池 侧面
【权利要求书】:

1.一种包含气体扩散层的燃料电池,所述的气体扩散层包括基底和导电微孔层,所述导电微孔层设置在所述基底的至少一侧面,所述基底为多孔碳纸,所述导电微孔层主要由非铂催化剂材料制成。

2.根据权利要求1所述的燃料电池,其中所述非铂催化剂材料为铁氮掺杂多孔碳。

3.根据权利要求2所述的燃料电池,其中所述铁氮掺杂多孔碳主要孔隙为微孔和中孔,微孔的孔径分布在2~4nm之间,中孔的孔径分布在11~15nm之间。

4.根据权利要求1所述的燃料电池,所述气体扩散层是依次通过以下步骤制备而成:

(1)制备非铂催化剂材料;

(2)将上述得到的非铂催化剂材料与聚四氟乙烯和异丙醇均匀混合制得浆料;

(3)将上述得到的浆料置于喷涂设备中并均匀喷涂到多孔碳纸上,即得气体扩散层。

5.根据权利要求4所述的燃料电池,其中所述非铂催化剂材料是依次通过以下步骤制备而成的:

a.取适量碳载体经洗涤后干燥,备用;

b.将上述洗涤后的碳载体、氮源单体和可溶性无机铁盐加入到酸性溶液中混合均匀,再加入一定量过硫酸铵反应6~24h,之后干燥得到含氮聚合物-碳载体复合物;

c.将上述得到的含氮聚合物-碳载体复合物在惰性气体气氛下进行第一次高温反应得到一次加热产物;

d.将上述得到的一次加热产物经酸洗后在惰性气体气氛下进行第二次高温反应,即得到非铂催化剂材料。

6.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤a中,所述碳载体选自炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤b中,所述氮源单体选自苯胺、吡咯、间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、萘胺中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤b中,所述可溶性无机铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤b中,所述碳载体、氮源单体、可溶性无机铁盐、过硫酸铵按照质量比为(0.1~0.3):(0.5~2):2:1的量加入。

10.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤b中,所述酸性溶液选自浓度为0.1mol/L~0.8mol/L的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种。

11.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤c中,所述第一次高温反应条件为:温度800℃~1200℃,时间1~5h。

12.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤d中,所述酸选自浓度为0.5mol/L~1.2mol/L的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种。

13.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述步骤d中,所述第二次高温反应条件为:温度800℃~1200℃,时间1~5h。

14.根据权利要求5所述的燃料电池,其中所述惰性气体包括氮气和氩气。

15.根据权利要求4所述的燃料电池,其中所述步骤(2)中,所述非铂催化剂材料、聚四氟乙烯、异丙醇按照质量比为(6~8):(2~4):1的量加入。

16.根据权利要求4所述的燃料电池,其中所述步骤(3)中,所述浆料通过喷壶喷涂到疏水处理过的多孔碳纸上,其载量为0.05mg/cm2~3mg/cm2

17.根据权利要求16所述的燃料电池,其中所述疏水处理步骤为:首先将多孔碳纸浸入20%~30%PTFE异丙醇乳液中处理1~5min,然后60℃烘干,最后置于马弗炉中在300℃~350℃下烧结1~6h。

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