[实用新型]低压低湿燃料电池气体扩散层和燃料电池

说明书

本实用新型公开了一种低压低湿气体扩散层和燃料电池，气体扩散层包括：导电多孔基材层，包括碳纤维基材子层、抗压强度子层以及均匀分布的导电粒子；疏水低湿适应层，至少形成在导电多孔基材层的表面，在0‑70％的低湿度运行环境下，其能够锁住一部分水分使质子交换膜保持湿润；微孔低压适应层，包括形成在疏水低湿适应层一侧、均匀分布的多孔材料，具有疏水性，在0‑75kPa的低压运行环境下，其孔隙能够保证燃料透过气体扩散层，并到达质子交换膜以参与反应。通过这种方式，本实用新型能够提高气体扩散层的机械强度，气体扩散性能和排水性能优异，使燃料电池能够在低压低湿环境中稳定运行，且为调整体电阻提供技术支持。

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种低压低湿燃料电池气体扩散层和燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)是燃料电池的一种，其因为无噪音、零污染、无腐蚀、功率密度高、转换效率高、低温启动、体积小等优点，被认为是首先电源。

质子交换膜燃料电池的关键部件包括质子交换膜、催化层、气体扩散层及双极板(正极板和负极板)。气体扩散层是影响电极性能的关键部件之一。理想的气体扩散层应满足三个条件：良好的排水性、良好的透气性和良好的导电性。目前燃料电池基本上都是在高湿度(RH100％)、高压力(100kPa)的条件下运行时性能较好。

但是，本申请的发明人在长期的研发过程中发现，传统的气体扩散层强度低，易断裂，体电阻高，气体扩散性能和排水性能差，高湿度和高压力下运行耗能多。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种低压低湿燃料电池气体扩散层和燃料电池，能够提高气体扩散层的机械强度，气体扩散性能和排水性能优异，使燃料电池能够在低压低湿环境中稳定运行，且为调整体电阻提供技术支持。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种低压低湿燃料电池气体扩散层，所述气体扩散层包括：导电多孔基材层，包括碳纤维基材子层、抗压强度子层以及均匀分布的导电粒子，所述抗压强度子层和所述导电粒子覆盖在所述碳纤维基材子层的表面；疏水低湿适应层，至少形成在所述导电多孔基材层的表面，在0-70％的低湿度运行环境下，所述疏水低湿适应层能够锁住一部分水分使燃料电池的质子交换膜保持湿润；微孔低压适应层，包括形成在所述疏水低湿适应层一侧、均匀分布的多孔材料，所述微孔低压适应层具有疏水性，在0-75kPa的低压运行环境下，所述微孔低压适应层的孔隙能够保证燃料透过所述气体扩散层，并到达所述燃料电池的质子交换膜以参与反应。

其中，所述疏水低湿适应层是利用疏水剂浸渍所述导电多孔基材层而形成；其中，所述疏水低湿适应层是通过调整所述疏水剂浸渍所述导电多孔基材层的上料量而得到的；其中，所述微孔低压适应层是通过调整其平均孔径、所述多孔材料的加入量以及其在所述低压低湿燃料电池气体扩散层中的质量占比而得到的。

其中，所述疏水剂包括聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚硅氮烷树脂中的至少一种；所述上料量的范围是10-25％，浸渍时间的范围是1-30s；浸渍的疏水剂的固含量是1-20％；所述微孔低压适应层的平均孔径的范围是1-15um；所述微孔低压适应层在所述低压低湿燃料电池气体扩散层中的质量占比的范围是20-50％；所述多孔材料是导电的多孔材料；所述多孔材料包括碳黑、乙炔黑、科琴黑、SUPER P、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。

其中，所述导电多孔基材层是将第一混合物浆料涂覆在所述碳纤维基材而形成，所述第一混合物浆料包括所述导电粒子、增稠剂以及粘结剂；所述微孔低压适应层是将第二混合物浆料涂覆在所述疏水低湿适应层一侧而形成，所述第二混合物浆料包括所述多孔材料、所述增稠剂以及所述疏水剂。