[发明专利]一种微孔层浆料的制备方法及气体扩散层和膜电极

说明书

本发明公开了一种微孔层浆料的制备方法，包括如下步骤：a、将碳纳米管、聚合物、溶剂和第一分散剂球磨得到第一浆料；b、将导电碳黑加入溶剂和第二分散剂的混合液中，得到第二浆料；c、将第一浆料和第二浆料混合得到混合液，向所述混合液中加入疏水性树脂，搅拌分散，制得微孔层浆料。本发明微孔层浆料的制备方法，制得的微孔层浆料具有良好的稳定性和分散性差，粘度可控，在涂布制得的微孔层平整、不易开裂、涂覆厚度一致性较好，能够实现连续化、自动化、批量化生产。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种微孔层浆料的制备方法，进一步地，还涉及一种气体扩散层，特别地，还涉及一种膜电极。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)存在工作温度低、噪音小、无污染的优点，备受广大专家与学者的青睐。MEA通常由质子交换膜、催化剂及气体扩散层组成，是质子交换膜燃料电池的关键组成部分。其中气体扩散层(GDL)主要起到催化剂载体、支撑电极结构、排水传气、导电等作用，对MEA在高电流密度下的性能起到至关重要的作用，决定了膜电极性能的上限。气体扩散层由两部分组成，即碳纸基材和微孔层，主流的气体扩散层的制备方法主要包括：丝网印刷，刮刀涂布及狭缝涂布等，将微孔层浆料涂布至碳纸基材上形成气体扩散电极。而微孔层浆料通常由导电炭黑、溶剂及疏水剂通过机械搅拌的形式混合而成，常规微孔层浆料存在体系不稳定、分散不均匀等缺点。因此，有必要对微孔层浆料技术进行改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：由于微孔层浆料存在不稳定、分散不均匀的问题，致使制备的微孔层存在均一性差、裂纹大、电池性能差的问题。另外，由于传统微孔层浆料体系不稳定的固有特征，导致其存在无法连续化、批量化生产的问题。

相关技术中，CN106299398A公开了一种提高燃料电池性能的双层微孔层制备方法，包括：将高导电性材料、造孔剂、疏水剂和分散液通过搅拌的方式配制成成分均匀的第一浆料；将配制好的第一浆料通过丝网印刷的方式涂覆在经疏水处理的碳纸或碳布上形成第一涂覆层；在碳纸或碳布表面再通过喷涂的方式喷涂预设厚度的由高导电性材料、疏水剂和分散液组成的第二浆料，形成第二喷涂层；通过热处理后使其具有疏松多孔且亲疏水性的气体反应通道。该技术方案提出了气体扩散层的双层微孔层制备，将高导电性材料、造孔剂、疏水剂、分散液通过搅拌的方式配制成浆料，然后通过丝网印刷的方式将此浆料均匀的分布在支撑材料上，再通过喷涂的方式在其表面喷一定厚度的由高导电性材料、疏水剂、分散液组成的浆料，最后经热处理使其形成具有特殊孔结构和适当亲疏水性的微孔层。但是该技术方案中，由于丝网印刷不适合连续化生产，喷涂工艺会造成浆料的浪费，而且涂布厚度很难控制，其存在生产效率低、成本高，更不适合批量化连续化生产的问题。

CN113745527A公开了一种气体扩散层及其制备方法和应用，包括：将基底层于浸渍液中进行浸渍预处理，后进行第一干燥，获得预处理基底层；所述浸渍液为憎水剂溶液，所述浸渍时间为20min-40min；将造孔剂、导电炭黑和憎水剂于分散液中混合，获得微孔层浆料；将所述微孔层浆料通过丝网印刷的方式涂覆于所述预处理基底层浆料，获得气体扩散层；所述涂覆的次数至少为2次，每次涂覆后进行第二干燥和焙烧，通过采用丝网印刷进行多次涂覆微孔层浆料，提高了微孔浆料层的厚度均匀性，增加了GDL与催化层的接触面积，降低了气体扩散层与催化层间的接触电阻，从而达到了提升膜电极性能的要求。该技术方案采用了传统的微孔层浆料，通过丝网印刷进行两次以上的涂布，涂布制成的GDL表观不平整，存在网格印，并且每次涂布后还要进行干燥和焙烧，造成工序更加繁琐，成本高、效率低且不利于产业化。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种微孔层浆料的制备方法，制得的微孔层浆料具有良好的稳定性和分散性差，粘度可控，在涂布制得的微孔层平整、不易开裂、涂覆厚度一致性较好，能够实现连续化、自动化、批量化生产。

本发明实施例的微孔层浆料的制备方法，包括如下步骤：

a、将碳纳米管、聚合物、溶剂和第一分散剂球磨得到第一浆料；