[发明专利]燃料电池膜电极气体扩散层及其微孔层制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种燃料电池膜电极气体扩散层及其微孔层制备方法和应用，属于燃料电池领域。所述气体扩散层包括支撑层和微孔层；所述微孔层的制备方法包括如下步骤：将有机硅氧烷、活性单体、光引发剂、偶联剂和碳材料按照预定比例溶解于有机溶剂中，搅拌分散形成混合均匀的浆料；在经过疏水处理过的所述支撑层的一侧涂覆所述浆料，直至碳材料的担载量为0.5‑3.0mg/cm²，得到带浆料的支撑层；将所述带浆料的支撑层放置在紫外固化箱中固化，在所述支撑层上形成微孔层。本发明通过有机硅氧烷、活性单体、光引发剂、偶联剂和碳材料配制成均匀的浆料，采用紫外光固化技术快速固化制备气体扩散层微孔层，工艺简单快捷，节省能源，方便生产。

技术领域

本发明属于燃料电池领域（H01M），尤其是一种燃料电池膜电极气体扩散层及其微孔层制备方法和应用。

背景技术

气体扩散层（Gas Diffusion Layer，简称GDL）是燃料电池膜电极（MembraneElectrode Assembly，简称MEA）中的重要组成部分，它通常由支撑层（Support Layers，简称SL）和微孔层（Microporous Layer，简称MPL）构成。常规的微孔层一般采用碳材料和聚四氟乙烯（PTFE）组成，通过调节微孔层中PTFE和碳材料的比例来调节微孔层的疏水性、导电性和透气性，其制备方法大多采用高温烘烤的工艺，能量消耗较大，实验过程复杂，且过度依赖含氟聚合物，制备成本也较高。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种燃料电池膜电极气体扩散层及其微孔层制备方法和应用，以解决背景技术所涉及的问题。

本发明包括三个方面。第一方面，本发明提供一种燃料电池膜电极的气体扩散层的微孔层的制备方法，所述气体扩散层包括支撑层和微孔层；包括如下步骤：

将有机硅氧烷、活性单体、光引发剂、偶联剂和碳材料按照预定比例溶解于有机溶剂中，搅拌分散形成混合均匀的浆料；

在经过疏水处理过的所述支撑层的一侧涂覆所述浆料，直至碳材料的担载量为0.5-3.0mg/cm²，得到带浆料的支撑层；

将所述带浆料的支撑层放置在紫外固化箱中固化，在所述支撑层上形成微孔层。

优选地或可选地，所述浆料包括如下组分：有机硅氧烷10wt%-40wt%，活性单体1wt%-2wt%，光引发剂0.1wt%-1wt%，偶联剂0.5wt%-2.5wt%，碳材料5wt%-20wt%，其余为溶剂。

优选地或可选地，所述将所述带浆料的支撑层放置在紫外固化箱中固化的固化条件为：温度为0-25℃，紫外波长为365-395nm，固化能量为1000-1600mJ/cm²，固化时间1-5min。

优选地或可选地，所述有机硅氧烷至少包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷、α,ω-二羟基聚硅氧烷中的一种。

优选地或可选地，所述活性单体至少包括丙烯酸丁酯、1, 6-己二醇二丙烯酸酯、甲氧基或乙氧基化的丙烯酸酯中的一种。

优选地或可选地，所述光引发剂至少包括1-羟基环己基苯基甲酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，2-甲基-2-（4-吗啉基）-1-[4-（甲硫基）苯基]-1-丙酮，2-羟基-2-甲基-1-[4-（2-羟基乙氧基）苯基]-1-丙酮，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯，三芳基硫鎓盐，二芳基碘鎓盐中的一种。

优选地或可选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，其通式为Y-Si-X₃，其中Y为乙烯基、甲基丙烯酰氧基、环氧基、氨基；X为甲氧基、乙氧基、氯基。

优选地或可选地，所述碳材料至少包括炭黑、乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种。