[发明专利]一种膜电极、燃料电池气体扩散层及其制备方法

说明书

本发明公开一种膜电极、燃料电池气体扩散层及其制备方法，属于燃料电池技术领域。该制备方法，包括以下步骤：S1、将微孔层浆料涂布在疏水碳纸的表面；所述微孔层材料由碳粉、聚四氟乙烯分散液、增稠剂以及溶剂混合得到混合物，并将所述混合物分散处理得到；S2、将涂布了微孔层浆料的疏水碳纸移至多孔陶瓷板上，并将真空泵与多孔陶瓷板相连，抽真空进行吸附预渗处理，之后干燥；S3、在疏水碳纸上继续涂布微孔层浆料，之后干燥，并在250‑400℃下烧结得到气体扩散层。本发明还提出一种上述制备方法制备得到的气体扩散层。此外，本发明还提出一种膜电极，气体扩散层、CCM催化层和边框依次贴合。本发明提高了气体扩散层的耐久性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种膜电极、燃料电池气体扩散层及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种能将氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能的能量转化装置。燃料电池具有能量转化效率高、无废气排放等特点，被认为是解决能源危机和环境污染的最具前景的方案之一，特别是交通运输如汽车、船舶和备用电源等方面极具应用前景。正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的开发与应用备受重视，被认为是21世纪首选的洁净高效发电方式。

气体扩散层（GDL）是燃料电池膜电极的核心材料之一，在燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体、排出反应产物水的重要作用。气体扩散层的导电性和内部的水汽传输效率对于燃料电池性能有着至关重要的影响，而气体扩散层内部的水汽传输效率主要取决于气体扩散层的孔结构、孔分布、以及微孔层与碳纸层的界面构建。

由于微孔层和碳纸层的孔径相差较大，且微孔层浆料不易与疏水的碳纸形成良好接触。CN201710879659.2通过热压处理提高微孔层与碳纸层的界面接触，但是热压处理容易给碳纸带来结构性损伤，并且在一定程度上压缩水汽传输路径，从而影响气体扩散层性能和耐久性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种膜电极、燃料电池气体扩散层及其制备方法，解决现有技术中如何确保气体扩散层性能的基础上提高气体扩散层的耐久性的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种膜电极、燃料电池气体扩散层及其制备方法。

一种燃料电池气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：

S1、将微孔层浆料涂布在疏水碳纸的表面；所述微孔层材料由碳粉、聚四氟乙烯分散液、增稠剂以及溶剂混合得到混合物，并将所述混合物分散处理得到；

S2、将涂布了微孔层浆料的疏水碳纸移至多孔陶瓷板上，并将真空泵与多孔陶瓷板相连，抽真空进行吸附预渗处理，之后干燥；

S3、在步骤S2干燥后的疏水碳纸上继续涂布微孔层浆料，之后干燥，并在250-400℃下烧结得到气体扩散层。

进一步地，在步骤S1中，微孔层浆料的涂布厚度为10-100μm。

进一步地，在步骤S2中，所述真空泵的真空度在-50kPa以下。

进一步地，在步骤S2中，进行所述吸附预渗处理的时间为10-120s。

进一步地，在步骤S3中，微孔层浆料的涂布厚度为50-300μm。

进一步地，在步骤S3中，所述烧结的时间为10-120min。

进一步地，在步骤S1中，所述混合物中，所述碳粉的质量分数为3-15wt%，所述聚四氟乙烯的质量分数为5-30wt%。

进一步地，在步骤S1中，所述增稠剂为甲基纤维素；和/或，所述溶剂为醇的水溶液。

本发明还提出一种气体扩散层，由上述制备方法制备得到。