[发明专利]一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池

说明书

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池。本发明提供了一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层，包括基底层和微孔层；所述微孔层为片状结构；所述基底层与所述微孔层压合连接。本发明中，质子交换膜燃料电池用气体扩散层中的微孔层为片状结构，基底层与微孔层压合连接，避免了湿法制备微孔层会出现制备浆料漏入基底层内部，容易堵住基底层，封堵气体传输通道的问题，使得气体扩散层具有更好的气体传输能力，并且，微孔层为片状结构，能够提供平整的表面，改善气体扩散层与催化层的接触。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是作为继碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池，由于采用了固态电解质高分子膜作为电解质，具有能量转换率高、低温启动、无电解质泄露等特点，也因此被公认为最有希望成为航天、军事、电动汽车和区域性电站的首选电源。

质子交换膜燃料电池的电极由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成。其中，气体扩散层起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排除水等重要作用，实现反应气体和生成水在流场和催化层之间的再分配。

质子交换膜燃料电池的稳定性和可靠性很大程度上取决于气体扩散层的水管理。水管理即对质子交换膜燃料电池内的水进行有效的调控。理想的气体扩散层应该有较小的传质阻力、良好的排水性能和较低的电阻。气体扩散层只有保持一定的疏水性和亲水性，才能够确保气态反应物和液态产物的传质。

碳纤维纸为均匀多孔薄层结构，具有机械强度好、尺寸稳定等优点，是气体扩散层的首选材料。通常碳纤维纸中80％以上的孔径大于20μm，例如Toray TGP-H-60碳纤维纸中约90％的孔径大于20μm。碳纤维纸具有相对单一的大孔，若直接用作质子交换膜燃料电池的气体扩散层，将不利于水与反应气的有效传质。以碳纤维纸为基底层，并在基底层表面引入含有丰富微孔的微孔层被认为是水管理的有效方式。目前，气体扩散层一般由导电多孔介质材料基底层和导电碳粉材料构成的微孔层组成。微孔层相对于基底层显示出更高的疏水性及较低的孔隙率，将显著降低“水淹”的可能性。

目前，气体扩散层的微孔层大多采用湿法制备，由导电炭黑浆料涂覆在基底层的一侧或两侧制备而成，微孔层的涂覆方式主要为刷涂、刮涂、喷涂及丝网印刷。现有技术中，公开号为CN107123822A、名称为“一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层的制备方法”专利中，微孔层是由亲水的碳粉层和憎水层构成，制备方法为：将导电碳粉均匀分散在低沸点的醇类溶剂中，形成均匀的碳粉层浆料；将低浓度的憎水剂乳液作为憎水层的原料；分别交替地将碳粉层浆料和憎水层的原料均匀涂覆在经憎水处理的多孔导电基底层的表面，最后经过烧结处理形成气体扩散层。

但是，采用湿法制备微孔层会出现制备浆料漏入多孔导电介质基底层内部的现象。并且，采用湿法制备得到的微孔层难以做到均匀平整。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池，用于解决现有技术采用湿法制备微孔层，会出现制备微孔层的浆料漏入基底层内部，微孔层不够均匀平整的问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层，包括基底层和微孔层；

所述微孔层为片状结构；

所述基底层与所述微孔层压合连接。