【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于绿色清洁新能源领域，涉及一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸及其制备方法。
技术介绍
1、气体扩散层是质子交换膜燃料电池的重要组成部件，主要起到支撑催化层作用以及对反应气体和生成水的传输，以及电池在电化学反应过程中电荷传递和热量传输等作用。超高功率密度是质子交换膜燃料电池未来发展的主流趋势，要求所述电池在大电流密度工况下安全稳定运行。质子交换膜燃料电池在大电流密度工况下运行时内部电化学反应速率加快，要求内部反应气体的传输加快，同时电化学反应生成的水需要快速排出电池。上述电池运行过程对电池内部的水管理能力，尤其对电池内部排水性能提出更高的要求。阴极侧催化层中的质子和氧气在催化剂和电子作用下发生水合反应，生成的水通过气体扩散层到达阴极侧流场的流道中随着反应气体的循环排出电池。
2、在上述过程中阴极侧气体扩散层多孔结构在向阴极侧催化层传输反应所需的氧气的同时将催化层侧的反应生成水排向阴极流场，在这个过程中生成水容易滞留气体扩撒层孔隙中堵塞反应气体的传输通道，造成阴极侧催化层电化学反应缺气现象。此外，气体扩散层孔隙随机分布特征导致液态水在气体扩散层内传输呈现随机性，进而造成氧气的传输通道被迫随机改变，严重影响大电流密度工况下电化学反应的稳定性和持续性。因此，为了提高氢燃料电池在大电流密度工况下的稳定性，需要提高气体扩散层传质的稳定性和有序性，需要对气体扩散层的结构进行优化设计与调控。
3、因此，通过调控气体扩散层碳纸的局部润湿性特征构建液态水定向传输结构，实现气体扩散层内液态水和反应气体的分离与
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，研究出一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸及其制备方法，对基底碳纸层依次经疏水处理和热处理，即可制得所述碳纸。所述碳纸在保证阴极气体扩散层孔结构不受明显影响情况下对其面内的疏水特征进行精确调控，实现在面内构建“次疏水-疏水”周期排布的结构，为液态水提供定向传输通道，实现燃料电池反应过程中的气-水分离与高效传输，且工艺简单，实现了燃料电池反应过程中的气-水分离与高效传输，具有很好的应用前景，从而完成了本专利技术。
2、具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：
3、第一方面，提供一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸，其特征在于，所述碳纸包括疏水区和次疏水区，所述疏水区与水的接触角为120～160°，所述次疏水区与水的接触角为90～119°。
4、第二方面，提供一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸的制备方法，所述方法包括：
5、步骤1，对基底碳纸层进行疏水处理，得到预制碳纸层；
6、步骤2，对所述预制碳纸层进行热处理，制得所述碳纸。
7、第三方面，提供一种燃料电池，所述电池包括第一方面所述的碳纸。
8、本专利技术所具有的有益效果包括：
9、(1)本专利技术提供的碳纸在保证阴极气体扩散层孔结构不受明显影响情况下对其面内的疏水特征进行精确调控，实现在面内构建“次疏水-疏水”的周期排布结构，为液态水提供定向传输通道，实现燃料电池反应过程中的气-水分离与高效传输。
10、(2)本专利技术提供的碳纸具有高效传质电极结构，作为氢燃料电池阴极具有高效的传质效率，能够有效降低大电流密度工况下电池内部的传质损失，以期提高电池的电化学反应效率和电池性能。
11、(3)本专利技术提供的碳纸结构调控的方法工艺简单，对疏水区和次疏水区的分布控制精确，具有很好的应用前景。
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1.一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸，其特征在于，所述碳纸包括疏水区和次疏水区，所述疏水区与水的接触角为120～160°，所述次疏水区与水的接触角为90～119°。
2.根据权利要求1所述的碳纸，其特征在于，优选的，所述疏水区与所述次疏水区在所述碳纸表面形成“次疏水-疏水”的周期排列结构。
3.根据权利要求1或2所述的碳纸，其特征在于，所述疏水区和次疏水区均含有疏水介质，疏水介质的总量为碳纸质量的10～30wt％。
4.根据权利要求3所述的碳纸，其特征在于，所述疏水介质为四氟乙烯乳液、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
5.一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤1中，采用疏水介质对基底碳纸层进行疏水处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述疏水介质为四氟乙烯乳液、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤1中，预制碳纸层表面的疏水层
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤1和步骤2中，通过调控疏水介质含量，实现疏水区和次疏水区的分布。
10.一种燃料电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1至5之一所述的碳纸。
...【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池阴极气体扩散层碳纸，其特征在于，所述碳纸包括疏水区和次疏水区，所述疏水区与水的接触角为120～160°，所述次疏水区与水的接触角为90～119°。
2.根据权利要求1所述的碳纸，其特征在于，优选的，所述疏水区与所述次疏水区在所述碳纸表面形成“次疏水-疏水”的周期排列结构。
3.根据权利要求1或2所述的碳纸，其特征在于，所述疏水区和次疏水区均含有疏水介质，疏水介质的总量为碳纸质量的10～30wt％。
4.根据权利要求3所述的碳纸，其特征在于，所述疏水介质为四氟乙烯乳液、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
5.一种质子交换膜燃料电池阴极...
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