【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池，具体涉及一种复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池能够直接将氢气中的能量转化为电能，能量转换效率不受卡诺循环的限制，反应产物仅包括水和少量热能，具有功率密度大、重量轻、体积小、寿命长、工艺成熟、可以快速在低温下启动和运行等优点，是未来燃料电池领域可能被广泛使用的解决方案之一。质子交换膜燃料电池包括膜电极、流场板、集流板等，其中膜电极包括气体扩散层、催化层和质子交换膜，气体扩散层的作用在于支撑催化层，收集电流传导电子以及导热，同时为反应气体、产物水提供传输通道，质子交换膜燃料电池性能的稳定性和可靠性主要取决于气体扩散层对水的调控能力。
2、理想的气体扩散层应具有较小的传质阻力、较良好的排水特性以及较小的电阻，以保证气态产物和液态产物的传质，商业气体扩散层主要由大孔基底层和微孔层两部分组成，基底层作为单独的气体扩散层时不利于水和反应气的有效传质，因此，在基底层表面和催化剂之间引入微孔层组成气体扩散层，可以有效改善水管理能力，显著提高质子交换膜燃料电池的性能。
3、微孔层通常是炭材料、疏水剂或亲水剂以不同比例组成的混合物，传统微孔层是由导电炭黑和聚四氟乙烯混合制备，通过热压、喷涂、印刷等方式固定在基底层上，形成小气孔结构，导电组分的材料类型、组分比例、结构设计等直接影响微孔层的结构，对气体扩散层性能和寿命也产生相应的影响，最终影响电池性能。例如公开号cn113241448b的中国专利技术专利公开了一种梯度微孔层及其制备方法，该专利描
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法。本专利技术在微孔层内加入高分子导电材料以提升导电性以及亲水性，提升微孔层的水管理能力、表面平整度和电化学性能，进而提高燃料电池气体扩散层的使用性能。
2、本专利技术提供的技术方案如下：复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，按下述步骤进行：
3、步骤s1：以碳纸为基底，进行干燥处理；
4、步骤s2：将高分子复合导电组分、疏水剂及溶剂以2-6:0.3-1.5:40-95的质量比例混合搅拌并超声分散后配置得到均匀一致的微孔层浆料；所述高分子复合导电组分为乙炔黑、珍珠黑、vulcan xc-72和ketjen炭黑中的至少一种任意混合聚苯胺、纳米二氧化钛、聚苯胺-二氧化钛复合物中的一种所配置成的混合物，前后两者的质量比为90％-100％:0％-10％；
5、步骤s3：将微孔层浆料涂刷于干燥处理后的基底表面，烘干后烧结气体扩散层。
6、上述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述步骤s1中的干燥处理为以温度60-120℃进行5-30min的烘干。
7、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述步骤s1中的干燥处理前对碳纸进行表面疏水处理或不做处理；所述疏水处理为将碳纸置于含5-50％疏水剂的溶液中浸泡5-60min。
8、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述步骤s2中高分子复合导电组分、疏水剂和溶剂的质量比例为2-6:0.3-1.5:40-95。
9、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述步骤s2的溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇中的任意一种或任意两种的混合物。
10、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述聚苯胺或聚苯胺-二氧化钛复合物的配置过程为将0g-0.6g二氧化钛纳米颗粒和0.8-1.2ml苯胺加入至85-95ml的1m盐酸中，得到的混合物在冰水浴中搅拌20-60分钟得到均匀的二氧化钛悬浮液；将2-3g过硫酸铵加入到1m盐酸溶液中预冷，取95-105ml置于二氧化钛悬浮液中，在冰浴中反应2-5小时，得到聚苯胺或聚苯胺-二氧化钛复合前置物；聚苯胺或聚苯胺-二氧化钛复合前置物经蒸馏水洗涤数次后再经甲醇洗涤以除去低分子量低聚物杂质，洗涤后用高速离心机实现固液分离，固体在60-110℃烘箱中干燥至恒重，获得的固体即为聚苯胺或聚苯胺-二氧化钛复合物。
11、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述疏水剂为聚偏氟乙烯乳液、全氟烷氧基乙烯醚乳液、全氟聚醚乳液、氟化乙丙烯乳液、聚二甲基硅氧烷乳液、聚苯硫醚粉末和聚四氟乙烯乳液中的任意一种或任意多种的混合物。
12、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中，所述步骤s3的涂刷方式为刮涂、喷涂、棒涂、丝网印刷中的一种，涂刷完成标准为基底上高分子复合导电组分和疏水剂的载量之和为0.5-6mg/cm2。
13、前述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法中所述步骤s3的烘干温度为60-120℃，烘干时间为5-30min，烧结温度为260-350℃，烧结时间为30-100min。
14、与现有技术相比，本专利技术在微孔层配置过程加入聚苯胺、纳米二氧化钛或具备核壳结构的聚苯胺-二氧化钛复合物的高分子导电材料，并进一步烧结为气体扩散层，高分子导电材料使微孔层有更好的气体传输和水管理能力，能够减少电池的浓差极化，提高电池的发电功率和电化学性能，高分子导电材料形成的微孔层也提供有更多的电子传输路径来减小传质阻力，使得燃料电池具有更佳的导电性能，同时高分子导电材料具有的低电阻率微孔层的表面粗糙度更为平整，有效减少接触电阻，同样提升燃料电池的电化学性能。
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1.复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
2.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的干燥处理为以温度60-120℃进行5-30min的烘干。
3.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的干燥处理前对碳纸进行表面疏水处理或不做处理；所述疏水处理为将碳纸置于含5-50％疏水剂的溶液中浸泡5-60min。
4.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中高分子复合导电组分、疏水剂和溶剂的质量比例为2-6:0.3-1.5:40-95。
5.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤S2的溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇中的任意一种或任意两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述聚苯胺或聚苯胺-二氧化钛复合物的
7.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述疏水剂为聚偏氟乙烯乳液、全氟烷氧基乙烯醚乳液、全氟聚醚乳液、氟化乙丙烯乳液、聚二甲基硅氧烷乳液、聚苯硫醚粉末和聚四氟乙烯乳液中的任意一种或任意多种的混合物。
8.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3的涂刷方式为刮涂、喷涂、棒涂、丝网印刷中的一种，涂刷完成标准为基底上高分子复合导电组分和疏水剂的载量之和为0.5-6mg/cm2。
9.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3的烘干温度为60-120℃，烘干时间为5-30min，烧结温度为260-350℃，烧结时间为30-100min。
...【技术特征摘要】
1.复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
2.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的干燥处理为以温度60-120℃进行5-30min的烘干。
3.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的干燥处理前对碳纸进行表面疏水处理或不做处理；所述疏水处理为将碳纸置于含5-50％疏水剂的溶液中浸泡5-60min。
4.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中高分子复合导电组分、疏水剂和溶剂的质量比例为2-6:0.3-1.5:40-95。
5.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述步骤s2的溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇中的任意一种或任意两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的复合导电组分的质子交换膜燃料电池微孔层的制备方法，其特征在于：所述聚苯胺或聚苯胺-二氧化钛复合物的配置过程为将0g-0.6g二氧化钛纳米颗粒和0.8-1.2ml苯胺加入至85-95ml的1m盐酸中，得到的混合物在冰水浴中搅拌...
【专利技术属性】
技术研发人员：张欣，蔡书涵，胡泽鸿，秦旺，周阳，陈冯涛，杨子康，马骏杰，郭大亮，沙力争，
申请(专利权)人：浙江科技大学，
类型：发明
国别省市：
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