【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池用气体扩散层及其制备方法以及包含其的燃料电池膜电极组件。
技术介绍
1、质子交换膜、催化剂、气体扩散层构成了质子膜燃料电池的核心；气体扩散层(gdl)是由多孔、且非编织特性的碳基材组成，基材经过ptfe疏水处理后，涂布单层或多层的微孔层(mpl)，形成具有不同孔隙的多孔结构。因此，气体扩散层在结构上直接连接着燃料电池极板和催化层，建立了从气体流道的毫米尺度到催化剂的纳米尺度之间的桥梁，在燃料电池工作中起着反应气体分配、产水导流、导电、支撑的诸多作用，合理的气体扩散结构是质子交换膜燃料电池传质的关键影响因素。
2、然而，在燃料电池温度低、电流密度高的情况下，液态水常积聚在三相界面无法及时排出，造成水淹，直接影响电池的性能和寿命降低。
3、现有研究人员通常采用调整碳粉的尺寸、浆料的配方，以及微孔层结构等方式，进而达到孔径与孔结构的调整。例如：专利cn202123010974.2，在基底层与微孔层之间，增加了功能性多孔层，当微孔层发生水淹时，功能性多孔层的多孔结构可及时将水分排出，且多孔结构更有利于气体传输，降低在高电密环境下气体的传质阻力，减少气体损耗，从而提高了燃料电池的各项性能及寿命。专利cn202210057234.4在多孔支撑层与微孔层之间构建微孔层转移膜，通过构建毛细管压力梯度结构，促进气体扩散层内部有效排水，并保证一定的透气性。专利cn201711078816.6通过不同粒径的碳粉，设置不同厚度，不同孔隙率的微孔层，微孔层结构具有较好的水管理性，从而可
4、但是，目前的解决方案大多采用多层微孔层结构，制备工艺复杂，不利于批量生产，而且传统微孔层mpl使用的碳材没有连通孔的结构，因此传输的路径只有碳粉与碳粉间的二级孔，路径上的选择较少。因此，现有质子膜燃料电池的气体扩散层传质性能不稳定，特别是大电密下的性能较差。
5、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种燃料电池用气体扩散层，所述气体扩散层可以有效降低高电密环境下气体的传质阻力，减少气体损耗，从而提高了燃料电池的各项性能及寿命。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种燃料电池用气体扩散层的制备方法。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种燃料电池膜电极组件，所述膜电极组件包括上述燃料电池用气体扩散层，该燃料电池膜电极组件在大电密下具有优异的电性能。
4、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
5、本专利技术提供的一种燃料电池用气体扩散层，所述气体扩散层包括气体扩散层基材以及涂布负载于基材上的微孔层；
6、所述微孔层主要由具有连通孔结构的粉末材料制得。
7、进一步的，所述气体扩散层基材包括碳纸、碳布、无纺布、泡沫镍或多孔钛基材中的任意一种。
8、进一步的，所述微孔层涂布负载于气体扩散层基材的一面；
9、或，所述微孔层为负载于气体扩散层基材上的两层结构。
10、进一步的，所述气体扩散层基材的厚度为90～200μm；
11、和/或，所述微孔层的厚度为3～50μm。
12、进一步的，所述具有连通孔结构的粉末材料包括碳粉末、金属粉末、导电型高分子、外部镀有导电材质塑料中的至少一种；
13、优选地，所述具有连通孔结构的粉末材料为具有连通孔结构的碳粉，优选为东洋碳素mh-18。
14、进一步的，所述具有连通孔结构的粉末材料在微孔层中的含量为0.1～99.9wt％；
15、进一步的，所述微孔层的制备浆料中还包含疏水性材料或亲水性材料；
16、优选地，所述疏水性材料包括聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯的至少一种；
17、优选地，所述亲水性材料包括聚乙烯醇，聚苯胺或全氟磺酸树脂中的至少一种。
18、本专利技术提供的一种上述燃料电池用气体扩散层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
19、(a)、将具有连通孔结构的粉末材料与疏水性材料或亲水性材料混匀，得到微孔层浆料；
20、(b)、提供气体扩散层基材，将微孔层浆料涂布于气体扩散层基材的一面，随后烧结，得到一面具有连通孔结构微孔层的气体扩散层；
21、任选地，(c)、将微孔层浆料再次涂布于步骤(b)得到的气体扩散层上微孔层上，然后重复步骤(b)中的烧结，得到两层具有连通孔结构微孔层的气体扩散层。
22、进一步的，其特征在于，所述步骤(b)中烧结的温度为270～350℃，时间为20～60min。
23、本专利技术提供的一种燃料电池膜电极组件，所述膜电极组件包括上述燃料电池用气体扩散层。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
25、本专利技术提供的燃料电池用气体扩散层，所述气体扩散层包括气体扩散层基材以及涂布负载于基材上的微孔层；其中，所述微孔层主要由具有连通孔结构的粉末材料制得。本申请通过采用具有连通孔结构的粉末材料制备气体扩散层的微孔层，使微孔层的气体传输路径除微孔层颗粒间二级孔之外，具有连通孔结构的粉末材料内的一级孔也能够作为传输路径，进而降低了在高电密环境下气体的传质阻力，有效缓解了现有燃料电池在温度低、电流密度高的情况下，电池的性能和寿命降低的问题。
26、本专利技术提供的燃料电池用气体扩散层的制备方法，首先将具有连通孔结构的粉末材料与疏水性材料或亲水性材料混匀，得到微孔层浆料；然后将微孔层浆料涂布于气体扩散层基材的一面，随后烧结，得到一面具有连通孔结构微孔层的气体扩散层；同时，本申请还任选的包括将微孔层浆料再次涂布于气体扩散层的微孔层上，然后重复烧结，得到两层具有连通孔结构微孔层的气体扩散层。上述制备方法具有加工工艺简单，易于操作的优势。
27、本专利技术提供的一种燃料电池膜电极组件，所述膜电极组件包括上述燃料电池用气体扩散层，该燃料电池膜电极组件在大电密下具有优异的电性能。
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1.一种燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层包括气体扩散层基材以及涂布负载于基材上的微孔层；
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层基材包括碳纸、碳布、无纺布、泡沫镍或多孔钛基材中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述微孔层涂布负载于气体扩散层基材的一面；
4.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层基材的厚度为90～200μm；
5.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述具有连通孔结构的粉末材料包括碳粉末、金属粉末、导电型高分子、外部镀有导电材质塑料中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述具有连通孔结构的粉末材料在微孔层中的含量为0.1～99.9wt％。
7.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述微孔层的制备浆料中还包含疏水性材料或亲水性材料；
8.一种根据权利要求1～5任一项所述的燃料电池用气体扩散层的制备
9.根据权利要求8所述的燃料电池用气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中烧结的温度为270～350℃，时间为20～60min。
10.一种燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述膜电极组件包括权利要求1～7任一项所述的燃料电池用气体扩散层。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层包括气体扩散层基材以及涂布负载于基材上的微孔层；
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层基材包括碳纸、碳布、无纺布、泡沫镍或多孔钛基材中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述微孔层涂布负载于气体扩散层基材的一面；
4.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层基材的厚度为90～200μm；
5.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述具有连通孔结构的粉末材料包括碳粉末、金属粉末、导电型高分子、外部镀有导电材质塑料中的至少一种；
【专利技术属性】
技术研发人员：北条竹雅，刘邵帅，董静，龚正伟，陈雪松，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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