[发明专利]一种气体扩散层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层包括多孔支撑层和微孔导电层；

其中，所述多孔支撑层的骨架材料为聚合物纤维。

2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述聚合物纤维包括聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维或聚丙烯腈纤维中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述多孔支撑层以聚合物纤维布作为骨架；

优选地，所述聚合物纤维布包括编织纤维布和/或无纺纤维布；

优选地，所述聚合物纤维布的厚度为100-400μm，孔隙率为60-80％，平均孔径为10-30nm。

3.根据权利要求1或2所述的气体扩散层，其特征在于，所述多孔支撑层还包括填充在骨架孔隙中的导电复合材料；

优选地，所述骨架材料和导电复合材料的质量比为(3-4):(0.4-1.2)；

优选地，所述导电复合材料包括导电剂和粘合剂；

优选地，所述导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、碳纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述粘合剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯三氟乙烯、四氯乙烯-乙烯共聚物或四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述导电剂和粘合剂的质量比为(0.5-1):(3-5)。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层的厚度为150-550μm，平均孔径为5-20nm；

优选地，所述多孔支架层的平均孔径为8-20nm；

优选地，所述微孔导电层的厚度为1-10μm，平均孔径为5-20nm。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的气体扩散层，其特征在于，所述微孔导电层的制备原料包括导电剂、疏水剂、造孔剂和溶剂；

优选地，所述导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、碳纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述疏水剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯三氟乙烯、四氯乙烯-乙烯共聚物或四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述造孔剂选自碳酸铵、碳酸氢铵、草酸铵、硝酸铵、硫酸铵、碳酸钠或硫酸钠中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述溶剂选自水、异丙醇、乙醇、甲醇或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述导电剂、疏水剂、造孔剂和溶剂的质量比为1:(0.5-1.5):(0.1-0.3):(5-25)。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在聚合物纤维布孔隙中填充导电复合材料，得到多孔支撑层；

(2)在多孔支撑层表面涂布微孔导电层材料，并干燥、烧结，得到所述气体扩散层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在聚合物纤维布孔隙中填充导电复合材料的具体步骤为：将聚合物纤维浸泡在导电复合材料中，浸泡时间为5-30min，待浸泡结束后取出聚合物纤维，去除多余导电复合材料后平铺烘干、烧结；

优选地，所述导电复合材料中还包括致孔剂；

优选地，所述致孔剂选自碳酸铵、碳酸氢胺、草酸铵、硝酸铵、硫酸铵、碳酸钠或硫酸钠中的任意一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括涂布微孔导电层材料后静置；

优选地，经过所述静置后，所述微孔导电层材料的厚度差不大于1μm；

优选地，所述静置的时间为5-30min。