一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法技术

本申请涉及气体扩散层材料领域，尤其涉及一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法；所述微孔层浆料的原料包括：聚甲基丙烯酸甲酯微球、复合微球、碳黑浆料和聚四氟乙烯；其中，聚甲基丙烯酸甲酯微球包括至少三种不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球；复合微球为聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的复合微球；聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为20μm～100μm；复合微球的粒径为7μm～20μm；通过采用聚甲基丙烯酸甲酯微球和聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的复合微球作为造孔剂，并限制聚甲基丙烯酸甲酯微球包括至少三种不同粒径，使得气体扩散层的孔径可以合理并均匀的分布，可以有效的改善气体扩散层的孔径分布情况。布情况。布情况。

【技术实现步骤摘要】
一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法


[0001]本申请涉及气体扩散层材料领域，尤其涉及一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器；它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池以燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
[0003]燃料电池最主要的膜电极由催化层与气体扩散层组成，气体扩散层在燃料电池中的作用之一是将催化层中产生的水通过自身的孔隙排除，同时孔隙的存在也有传导气体的作用，使得电池具有良好的性能，如果孔径分布不合理，会有一定的堵水风险，严重影响电池性能，而气体扩散层主要由微孔层浆料制备而成，因此如何提供一种合理孔径分布及高的孔隙率的气体扩散层所用的微孔层浆料，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种微孔层浆料、高孔隙率的气体扩散层及其制备方法，以解决现有技术中气体扩散层的孔径分布不合理的技术问题，并实现气体扩散层的孔径分布均匀且合理的技术效果。
[0005]第一方面，本申请提供了一种微孔层浆料，所述浆料的原料包括：至少三种不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球、复合微球、碳黑浆料和聚四氟乙烯；
[0006]所述复合微球为聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的微球；
[0007]至少三种不同粒径的所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径分别为20μm～100μm；
[0008]所述复合微球的粒径为7μm～20μm。
[0009]可选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述复合微球的总质量与所述碳黑浆料和所述聚四氟乙烯的总质量之比为1:2.4～4.7。
[0010]可选的，所述碳黑浆料为导电碳黑颗粒和异丙醇溶液所形成的混合浆料；
[0011]所述导电碳黑颗粒和所述异丙醇溶液的质量之比为3:1～10:1。
[0012]可选的，所述导电碳黑颗粒包括乙炔黑、Vulcan XC
‑
72、Black pearls和碳纳米管中的至少一种。
[0013]可选的，所述导电碳黑颗粒的质量占所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述复合微球的总质量的4:1～20:1，所述导电碳黑颗粒和所述聚四氟乙烯的质量之比为1:10～1:30。
[0014]第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的微孔层浆料的方法，所述方法包括：
[0015]分别制备复合微球和不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球；
[0016]混合碳黑浆料和聚四氟乙烯溶液，并进行搅拌和第一超声，得到混合浆料；
[0017]混合所述复合微球、所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述混合浆料，并进行第二超声，得到微孔层浆料。
[0018]可选的，所述第一超声和所述第二超声的时间分别为25min～35min；所述第一超声和所述第二超声的频率分别为25kHz～40kHz。
[0019]第三方面，本申请提供了一种高孔隙率的气体扩散层，所述气体扩散层的原料包括所述微孔层浆料和基底层，所述气体扩散层是由所述微孔层浆料喷涂于基底层制备得到。
[0020]第四方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的气体扩散层的方法，所述方法包括：
[0021]采用浸渍液对基底层进行浸渍处理，后进行第一干燥，得到预处理基底层；
[0022]向所述预处理基底层的表面喷涂第一方面所述的微孔层浆料，并进行焙烧，后自然冷却，得到粗制样品；
[0023]采用有机溶剂对所述粗制样品进行浸泡，并进行第三超声，以去除微孔层中的聚甲基丙烯酸甲酯微球，后进行加热处理，得到气体扩散层；
[0024]其中，所述浸渍液为憎水剂溶液；所述浸渍处理的时间为20min～40min。
[0025]可选的，所述微孔层中疏水剂的重量含量为15％～30％。
[0026]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0027]本申请实施例提供的一种微孔层浆料，通过采用聚甲基丙烯酸甲酯微球作为造孔剂，并限制聚甲基丙烯酸甲酯微球包括至少三种不同粒径，可以更好的控制最终的气体扩散层上孔径的分布，另外引入聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的复合微球，一方面由于复合微球中埃洛石纳米硅铝管的管端和表面含有大量羟基，具有良好的表面作用，另一方面通过聚丙烯酸甲酯对埃洛石纳米硅铝管进行改性，能够利用聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管对含有聚四氟乙烯的非极性浆料进行改性，保证埃洛石纳米硅铝管稳定在微孔层浆料中稳定存在，最后经过溶液洗去聚甲基丙烯酸甲酯微球和复合微球中的聚甲基丙烯酸甲酯微球，留下的埃洛石纳米硅铝管为空心长管，由于其带正电荷，会吸引碳黑浆料中带负电荷的碳黑颗粒，而碳颗粒能够通过静电相互作用来到埃洛石纳米硅铝管口附近，使得埃洛石纳米硅铝管与碳黑颗粒形成贯穿网络，增强界面结合力，保证气体扩散层上的孔径稳定分布，因此可以使得气体扩散层的孔径可以合理并均匀的分布在7μm～100μm这一范围内，进而可以有效的改善气体扩散层的孔径分布情况。
附图说明
[0028]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本申请实施例提供的制备微孔层浆料方法的流程示意图；
[0031]图2为本申请实施例提供的制备气体扩散层方法的流程示意图；
[0032]图3为本申请实施例提供的各气体扩散层样品的极化曲线对比示意图。
具体实施方式
[0033]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034]除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0035]本申请的创造性思维为：
[0036]燃料电池最主要的膜电极由催化层与气体扩散层(GDL)组成，其中，扩散层又可分为基底层与微孔层，基底层直接与催化层相接触，起到撑微孔层和催化层、收集电流、传导气体和排出水等作用，它所用的主要材料为碳纸、碳布。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微孔层浆料，其特征在于，所述浆料的原料包括：至少三种不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯微球、复合微球、碳黑浆料和聚四氟乙烯；所述复合微球为聚甲基丙烯酸甲酯复合埃洛石纳米硅铝管的微球；至少三种不同粒径的所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径分别为20μm～100μm；所述复合微球的粒径为7μm～20μm。2.根据权利要求1所述的微孔层浆料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述复合微球的总质量与所述碳黑浆料和所述聚四氟乙烯的总质量之比为1:2.4～4.7。3.根据权利要求1所述的微孔层浆料，其特征在于，所述碳黑浆料为导电碳黑颗粒和异丙醇溶液所形成的混合浆料；所述导电碳黑颗粒和所述异丙醇溶液的质量之比为3:1～10:1。4.根据权利要求3所述的微孔层浆料，其特征在于，所述导电碳黑颗粒包括乙炔黑、Vulcan XC
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72、Black pearls和碳纳米管中的至少一种。5.根据权利要求3所述的微孔层浆料，其特征在于，所述导电碳黑颗粒的质量占所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和所述复合微球的总质量的4:1～20:1，所述导电碳黑颗粒和所述聚四氟乙烯的质量之比为1:10～1:30。6.一种制备权利要求1
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5任一项所述的微孔层浆料的方法，其特征在于，所述方法包括：分别制备复合微...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵航，曹天鹏，韩凯凯，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：