[发明专利]燃料电池用气体扩散层及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池用气体扩散层，其特征在于，包括层叠设置的支撑层和微孔层；所述支撑层包括若干定向有序排列的第一碳纤维丝，以及若干交叉分布于所述第一碳纤维丝之间的第二碳纤维丝，所述第二碳纤维丝用于连接和支撑所述第一碳纤维丝；所述第一碳纤维丝和所述第二碳纤维丝的直径为1-20μm，相邻两根第一碳纤维丝之间的距离为10-30μm；所述微孔层包括若干直径为50-500nm的第三碳纤维丝，若干所述第三碳纤维丝之间相互堆叠形成微孔，所述微孔的孔径为0.1-1μm；

所述支撑层的厚度为100-300μm，所述微孔层的厚度为10-50μm；

所述燃料电池用气体扩散层的制备方法包括以下步骤：

S1、将高分子聚合物配制成质量浓度为10-15wt％的纺丝液，加入憎水剂，混匀后进行静电纺丝，得到支撑层；

S2、将高分子聚合物配制成质量浓度为5-10wt％的纺丝液，在支撑层的一侧面进行静电纺丝，得到支撑层与微孔层一体化的复合纤维丝膜；

S3、将所述复合纤维丝膜进行预氧化和碳化，即得气体扩散层；

所述S1中，静电纺丝的参数：针头直径为0.2-2mm，纺丝液的推进速度为0.5-2mL h^-1，针头与接收器之间的距离为10-50cm，接收端转轮转速为100-1000rpm，针头与接收端的电压为0.5-1.5kV cm^-1，温度为20-35℃，相对湿度为40-70％；所述S2中，静电纺丝的参数：针头与接收器之间的距离为10-50cm，针头与接收端的电压为0.5-1.5kV cm^-1，纺丝的温度范围为20-35℃，相对湿度为20-70％。

2.根据权利要求1中所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述第一碳纤维丝在支撑层中的体积占比为50-95％。

3.根据权利要求1-2任一项所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述支撑层的接触角为100-170°。

4.根据权利要求1-2任一项所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述微孔层的接触角为100-170°。

5.一种权利要求1-4任一项所述的燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将高分子聚合物配制成质量浓度为10-15wt％的纺丝液，加入憎水剂，混匀后进行静电纺丝，得到支撑层；所述S1中，静电纺丝的参数：针头直径为0.2-2mm，纺丝液的推进速度为0.5-2mL h^-1，针头与接收器之间的距离为10-50cm，接收端转轮转速为100-1000rpm，针头与接收端的电压为0.5-1.5kV cm^-1，温度为20-35℃，相对湿度为40-70％；

S2、将高分子聚合物配制成质量浓度为5-10wt％的纺丝液，在支撑层的一侧面进行静电纺丝，得到支撑层与微孔层一体化的复合纤维丝膜；所述S2中，静电纺丝的参数：针头与接收器之间的距离为10-50cm，针头与接收端的电压为0.5-1.5kV cm^-1，纺丝的温度范围为20-35℃，相对湿度为20-70％；

S3、将所述复合纤维丝膜进行预氧化和碳化，即得气体扩散层。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物选自：聚丙烯腈、沥青、木质素、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮；所述憎水剂选自：聚四氟乙烯、氟化乙丙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上。

7.根据权利要求5-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述S3中，预氧化的温度为220-300℃，升温速率为1-10℃min^-1，预氧化的时间为1-3h；碳化的温度为800-3000℃，升温速率为2-10℃min^-1，碳化时间为0.5-5h。