[发明专利]一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池竹原纤维气体扩散层的制备方法，所述竹原纤维气体扩散层制备方法如下：将竹片进行脱木质素处理；将所得的竹原纤维编织成网；取3‑6层竹原纤维网进行叠加后置于热压机中进行碳化处理；将所得碳竹原纤维片进行憎水处理，最后经过烧制形成气体扩散层，通过利用竹原纤维编织气体扩散层基底层，其优越的天然纤维结构作为气体扩散层基底层具有很大的潜力，此外，竹子属于可再生原料，生长速度快，来源丰富，无需繁琐的操作步骤加工，因此该制备方法成本低廉，具有可持续性，本发明制备的气体扩散层具有优异的疏水性能，有利于燃料电池的水气管理，使本发明在长时间运行中都能保持较好的性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法。

背景技术

随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，能源危机和能源污染步步逼近,获取新型能源已经变得十分迫切。由于质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有系统体积小，低温启动、能量密度高和零排放等优点，近年来受到政府、企业和科研机构的高度关注。质子交换膜燃料电池(PEMFC)核心组件(MEA)由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成。气体扩散层在膜电极中起到水气管理、支撑催化层及收集电流的作用，在质子交换膜燃料电池中起着关键性作用。

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极中气体扩散层基底层材料大多使用碳纤维纸和碳纤维布。而目前碳纤维来源主要基于化石燃料资源，可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。然而碳纤维基底层材料的制备工艺繁琐，价格较高，进口价格每平方米约为300美金，且碳纸市场大部分被德国SGL公司、日本Toray公司、加拿大Ballard公司占领，技术受制于人，严重影响国内气体扩散层产业化的发展。同时，由于碳纤维原料来源依赖于化石燃料，不利于燃料电池的可持续性发展。

竹子具有很强的生长能力，生长速度快，生物量大，是重要的森林资源，具有很高的经济价值和生态价值。然而，竹林面积快速增长，可能导致土壤肥力下降；树种资源单一，生物多样性锐减，这不仅对环境造成不良的影响，也会使得竹子资源的价值没有得到充分的利用。竹子中含有丰富的纤维素含量-竹原纤维，是继棉、麻、毛、丝后的第五大天然纤维，因此可适用制备质子交换膜燃料电池的气体扩散层。本发明以寻找新的燃料电池用气体扩散层基底层为目标，以较为简便的方法制作基于竹原纤维的气体扩散层，相比以由煤和石油等化石燃料来源生产的碳纤维，具有减少二氧化碳排放和可持续性的优点。制作的竹原纤维气体扩散层，表现出优异的疏水性能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：

S1：首先把竹子截断，去掉竹节并剖成竹片，使用辊压机对竹片进行压制；

S2：将压制后的竹片置于高压釜中，用低浓度氢氧化钠溶液对竹片进行脱木质素处理；

S3：将步骤S2中所得的竹原纤维制成竹原纤维网；

S4：取3-6层步骤S3中制得的竹原纤维网进行叠加后置于热压机中，同时往热压机中通入保护气体，使竹原纤维网在保护气氛下进行热压，得到竹原纤维片；

S5：用质量分数1％-5％的憎水剂乳液浸泡步骤S4制得的竹原纤维片，并超声分散，超声处理完毕后进行干燥；

S6：将导电碳粉和所述憎水剂乳液加入到醇类溶剂中，超声分散，形成均匀的碳粉层浆料；

S7：将所述碳粉层浆料均匀地涂覆在经憎水处理的竹原纤维片表面的一侧，在竹原纤维片表面形成一层带有微孔的基底层；