[发明专利]一种气体扩散层前驱体及其制备方法以及气体扩散层和燃料电池

权利要求书

1.一种气体扩散层前驱体，其特征在于，包括：多孔结构层以及多个气体传输导向单元，所述气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述气体传输导向单元的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，且所述第一端开设有气体入口，所述第二端开设有气体出口，所述气体传输导向单元的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，多个所述气体传输导向单元的所述气体入口的朝向相同，且所述气体入口至所述气体出口的方向与气流方向一致。

2.根据权利要求1所述的气体扩散层前驱体，其特征在于，所述多孔结构层的厚度为1～799μm，所述气体传输导向单元的高度为1～799μm，所述气体扩散层前驱体的厚度为100～800μm；

所述多孔结构层的材料的弹性模量与所述气体传输导向单元的材料的弹性模量之比为1：(1～100)。

3.根据权利要求1所述的气体扩散层前驱体，其特征在于，所述气体传输导向单元的内侧顶面包括倾斜的平面，所述倾斜的平面由所述第一端至第二端的延长面与所述多孔结构层的夹角为1°～89°，优选30°～60°；

或者，所述气体传输导向单元的内侧顶面包括拱形顶面，所述拱形顶面的切面与所述多孔结构层的夹角为1°～89°，优选30°～60°；

或者，所述气体传输导向单元的内侧顶面为阶梯形顶面。

4.根据权利要求1所述的气体扩散层前驱体，其特征在于，所述气体扩散层前驱体中多孔结构层的孔隙率≥70％。

5.根据权利要求1所述的气体扩散层前驱体，其特征在于，所述气体扩散层前驱体的材料为包括碳纤维的无纺布。

6.一种如权利要求1～5任意一项所述的气体扩散层前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，再置于具有气体扩散层前驱体结构的模具中进行模压、碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体；

或者，

在模具中制备出具有气体传输导向单元的结构，再将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，碳化和石墨化，得到气体扩散层多孔结构层，然后将两部分粘结，得到气体扩散层前躯体；

或者，

将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，再置于具有气体传输导向单元结构的模具中进行模压得到具有气体传输导向单元结构的碳纤维原纸；

将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，置于所述具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸上部，复合进行模压，得到气体扩散层前驱体原纸；

将所述气体扩散层前驱体原纸进行碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体。

7.根据权利要求4所述的气体扩散层前驱体，其特征在于，所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维、纤维基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种，所述碳纤维的直径为1～25μm，所述碳纤维的长度为1～20mm。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粘合剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇或聚四氟乙烯；

所述碳纤维与粘合剂的质量比为(0.2～1):(1～20)；

所述模压的温度为155～160℃，所述模压的时间为6～8min；

所述碳化的程序为：

在保护气氛条件下，以5～15℃/min的升温速率升温至750～850℃，保持20～60min；

所述石墨化的程序为：

在真空度小于10Pa的条件下，以10～25℃/min的升温速率升温至2300～2900℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度60～120分钟。

9.一种气体扩散层，其特征在于，由权利要求1～5任意一项所述的气体扩散层前驱体经过疏水化处理以及涂覆微孔层得到。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括隔板或极板、气体扩散层、催化层和质子交换膜，所述气体扩散层为权利要求9所述的气体扩散层。