【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池因其高效率、良好的冷启动能力以及零碳排放成为有潜力的车辆动力能源。然而，燃料电池车辆的大规模商业应用要求燃料电池的功率密度和耐久性等性能进一步提高。作为质子交换膜燃料的关键部件，气体扩散层(gdl)包括基材(mps)和微孔层(mpl)，气体扩散层可以控制反应气体和液态水的传输，对于提高燃料电池的性能至关重要。因此，深入研究基材和微孔层的相互关系是我们研究的关键。
2、受材料结构和制造工艺的影响，微孔层浆料经常渗透到基材中并形成过渡区(tr)。过渡区可以极大地改变液体和反应气体的运输。因为过渡区的控制包含了气体扩散层制备的多道工序：基材疏水处理、微孔层浆料的制备以及疏水性基材的涂布工艺方式。现有的技术路线，无法通过简单的调变个别的工艺参数来控制过渡区的厚度。且有的工艺路线过渡区厚度与基材厚度相同，微孔层浆料的渗入阻塞了基材的有效孔，导致气体扩散层的水气传质能力不佳，从而影响质子交换膜燃料电池的整体性能。
技术实现思路
1、本专利技术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，本专利技术的实施例提出一种气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池，该气体扩散层的制备方法可以通过简单的工艺参数控制，优化气体扩散层的过渡区，改善气体扩散层的水气传输能力，提升燃料电池性能尤其在高电流密度下的电池性能。
2、本专利技术实施例提供了一种气体扩散层的制
3、s1.采用所述疏水溶液对基材进行疏水处理，然后进行第一次烘干，得到疏水性基材；
4、s2.对所述疏水性基材进行高温预处理，所述高温预处理的温度为260℃～320℃，所述高温预处理的时间为5min～10min，得到预处理基材；
5、s3.将微孔层浆料涂布在所述预处理基材表面，然后进行第二次烘干，在所述预处理基材表面制备得到气体扩散层半成品；
6、s4.将所述气体扩散层半成品进行高温烧结热处理，在所述预处理基材表面制备得到气体扩散层。
7、本专利技术实施例的制备方法带来的优点和技术效果为：
8、本专利技术实施例的制备方法对疏水性基材进行了一步高温预处理步骤，优化了疏水剂在基材中的空间结构与分布，为后续微孔层浆料的涂布打好了基底。在对基材进行疏水处理、第一次烘干之后以及微孔层浆料涂布之前增加一道连续化的高温预处理工序，连续化的高温预处理可以对基材内部的疏水溶液进行二次分布，疏水剂之间粘结面积增大，与基材中碳纤维结合的面更广，经过高温处理后的疏水性基材的表面能更高，提高了疏水性碳材的耐久性、涂布均一性和质量传输管理能力。通过此高温预处理工艺，气体扩散层的耐久性、一致性及质子交换膜燃料电池的电化学性能等整体性能得到相应的提升。
9、在一些实施例中，所述疏水溶液包括疏水剂、表面活性剂和溶剂。
10、在一些实施例中，所述疏水溶液中所述疏水剂的质量浓度为3wt.％～8wt.％。
11、在一些实施例中，所述疏水性基材中所述疏水剂的担载量为8wt.％～12wt.％。
12、在一些实施例中，所述第一次烘干的温度为50℃～80℃，所述第一次烘干的时间为5min～10min。
13、在一些实施例中，所述高温预处理的温度为275℃～285℃。
14、在一些实施例中，所述第二次烘干的温度为60℃～120℃，所述第二次烘干的时间为10min～15min。
15、在一些实施例中，所述高温烧结热处理的温度为350℃～400℃，所述高温烧结热处理的时间为10min～30min。
16、另外，本专利技术实施例还提供了一种气体扩散层，由所述气体扩散层的制备方法得到。
17、本专利技术实施例的气体扩散层带来的优点和技术效果为：
18、由于采用了本专利技术实施例的制备方法，对疏水性基材进行一段时间(5-10min)的高温预处理，通过控制高温预处理温度(260℃～320℃)的不同，可以调变气体扩散层过渡区的厚度，从而增强气体扩散层的传质能力，电池电化学性能等整体性能得到相应的提升。
19、此外，本专利技术实施例还提供一种质子交换膜燃料电池，包括所述气体扩散层。
20、本专利技术实施例的质子交换膜燃料电池带来的优点和技术效果为：
21、由于采用了本专利技术实施例的气体扩散层，该气体扩散层的传质能力强，因此本专利技术实施例的质子交换膜的电化学性能等整体性能得到了有效提高。
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1.一种气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水溶液包括疏水剂、表面活性剂和溶剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述疏水溶液中所述疏水剂的质量浓度为3wt.％～8wt.％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述疏水性基材中所述疏水剂的担载量为8wt.％～12wt.％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烘干的温度为50℃～80℃，所述第一次烘干的时间为5min～10min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温预处理的温度为275℃～285℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次烘干的温度为60℃～120℃，所述第二次烘干的时间为10min～15min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结热处理的温度为350℃～400℃，所述高温烧结热处理的时间为10min～30min。
9.一种气体扩散层，其特征在于，由
10.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于，包括权利要求9所述的气体扩散层。
...【技术特征摘要】
1.一种气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水溶液包括疏水剂、表面活性剂和溶剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述疏水溶液中所述疏水剂的质量浓度为3wt.％～8wt.％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述疏水性基材中所述疏水剂的担载量为8wt.％～12wt.％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烘干的温度为50℃～80℃，所述第一次烘干的时间为5min～10min。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张朔，王志昌，刘汉东，宋孟刚，黄慧慧，何星，张爱京，周明正，柴茂荣，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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