【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种微孔层涂料及其制备方法。
技术介绍
1、mpl(微孔层)结构是在制造过程中形成的，浆液是制造过程的中间体，它的物理特性影响mpl结构和性能。已有研究表明，浆液微观结构与成型后的多孔材料的结构具有相似性。具有团聚程度小的良好分散浆液可以产生具有均匀的炭黑和聚四氟乙烯以及孔分布的均匀多孔材料结构；而分散性差和团聚程度严重的mpl浆液将产生具有较大的非导向性裂纹的非均质多孔材料结构。炭黑是影响mpl浆液性质的重要因素，但是炭黑涂料普遍存在分散性差、不稳定的难点。而且质子交换膜燃料电池(pemfcs)的耐久性问题也是阻碍其进一步应用的关键因素。在长时间的工作中，gdl功能的衰退特别是氧传质阻力的变化是单电池在高电流密度下性能下降的关键因素。要解决以上问题都需从涂料上入手进行解决，引入多种填料使得涂料均匀分散、稳定且制备微孔层后具备长时耐久的能力。
2、因此需能够改善涂料分散性、稳定性的填料，使得涂料具备分散均匀、稳定性高的特点。其中部分离子可作为自由基有效消除剂，具有良好的减缓mea衰退的表现，并在强酸环境下。部分离子能够和水所形成的的h+的帮助下消除-oh和hoo-自由基。
3、涂料的分散性以及稳定性是微孔层制备过程中的难点，按比例添加不同的填料以及表面活性剂使的浆料分散均匀且稳定，使涂布时微孔层均匀一致，不出现较大的性能差异。
4、同时质子交换膜的寿命问题是必须克服的一个重大挑战。恰当的材料修饰可以抑制自由基危害进而减缓膜的降解。在微孔层添加一定的填料可以达到一
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种微孔层涂料及其制备方法。
2、具体而言，本专利技术提供以下技术方案。
3、第一方面，本专利技术提供的微孔层涂料，包括以下重量份的组分：分散剂1～4份、耐久剂0.05～0.6份，稳定剂0.01～0.2份，炭黑5～20份，溶剂60～120份，乳液2～5份。本专利技术通过在微孔层涂料中引入不同组分的分散剂、稳定剂、耐久剂、炭黑和乳液相互作用提高了微孔层涂料分散性、稳定性，保证了微孔层的质量一致性并能够提升微孔层寿命。
4、作为优选，所述分散剂选自非离子型表面活性剂、阴离子型高分子分散剂和聚合物型分散剂中的一种或多种；和/或，所述稳定剂选自合成高分子聚合物、天然高分子和天然高分子衍生物中的一种或多种。
5、优选的，所述分散剂选自曲拉通分散剂、聚丙烯酸盐分散剂和聚氨酯分散剂中的一种或多种。
6、本专利技术中，分散剂包括曲拉通分散剂、聚丙烯酸盐分散剂和聚氨酯分散剂，曲拉通分散剂能够降低液体的表面张力，帮助固体颗粒均匀分散在液体介质中。聚丙烯酸盐分散剂通过静电斥力和空间位阻效应来分散固体颗粒，能够有效提高颗粒的分散性和稳定性。聚氨酯分散剂能够通过氢键和范德华力与颜料颗粒表面结合，从而实现高效的分散效果。通过结合使用曲拉通分散剂、聚丙烯酸盐分散剂或聚氨酯分散剂，可以充分发挥其各自的优势，实现涂料体系的更佳分散效果。
7、优选的，所述分散剂为曲拉通分散剂和聚丙烯酸盐分散剂；所述曲拉通分散剂和聚丙烯酸盐分散剂的质量比为1:3～2:1。
8、本专利技术中通过对曲拉通分散剂和聚丙烯酸盐分散剂及其用量比例进行优化，能够与体系中其它添加剂更好作用，进一步提高了微孔层涂料分散性、稳定性，保证了微孔层的质量一致性，还能进一步提升微孔层寿命5倍以上。
9、优选的，所述稳定剂选自聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、淀粉和聚乙烯醇中的一种或多种。
10、本专利技术中，聚丙烯酰胺能够提供优异的增稠和流平作用，显著改善涂层的光滑度和均匀性。羧甲基纤维素可提升涂料的粘度和流变性，改善涂布过程中的稳定性。淀粉可增强涂料的粘结性和机械性能，提供环保特性。聚乙烯醇可提供优良的成膜性和粘结力，提高涂层的物理性能和耐久性。
11、优选的，所述稳定剂为聚丙烯酰胺。本专利技术所引入的稳定剂聚丙烯酰胺具备更好的稳定浆料的作用，并且涂布后具备更好的流平作用，其与分散剂等其他添加剂相结合使得制备得到的微孔层表面更光滑的同时大幅降低粗糙度。
12、作为优选，所述分散剂与炭黑的质量比为(1～6):10，优选为(2～5):10。
13、作为优选，所述耐久剂选自氧化钌、氧化铈、氧化钛和氧化硅中的一种或多种。
14、优选的，所述耐久剂为氧化钌和/或氧化铈。
15、优选的，所述耐久剂为氧化铈。
16、本专利技术采用上述种类的分散剂和耐久剂及其用量比例的涂料能够使得微孔层各项性能更佳。
17、作为优选，所述耐久剂与炭黑的质量比为(0.1～0.5):10，优选为(0.1～0.3):10。
18、作为优选，所述炭黑选自li435、li100和乙炔黑中的一种或多种。
19、作为优选，所述溶剂选自水、乙醇和异丙醇中的至少两种，优选为质量比(1～8):1的水和异丙醇；和/或，所述乳液为ptfe乳液。
20、本专利技术中通过对上述添加剂的种类选择及组合进行优化，能够进一步提升涂料综合性能。
21、第二方面，本专利技术提供的微孔层涂料的制备方法，包括：将溶剂、分散剂、稳定剂、耐久剂和炭黑进行混合和粉磨，得到涂料，将所述涂料进行乳化处理，然后加入乳液进行搅拌，得到微孔层涂料。
22、作为优选，所述乳化处理在6000～9000r/min下乳化0.5～1h；和/或，所述搅拌的时间为1～2h。
23、第三方面，本专利技术提供的气体扩散层，所述气体扩散层的原料为所述的微孔层涂料或所述的微孔层涂料的制备方法制得的微孔层涂料。
24、优选的，所述气体扩散层的制备包括：所述微孔层涂料在基底上涂覆涂料，烘干处理后热处理。
25、优选的，所述烘干处理的温度为70～100℃，优选为80～90℃。
26、优选的，所述烘干处理的时间为5～20min，优选为10～15min。
27、优选的，所述热处理的温度为300～400℃，优选为360～380℃。
28、优选的，所述热处理的时间为1～4h，优选为2～3h。
29、第四方面，本专利技术提供的膜电极组件，包括所述的气体扩散层。
30、本专利技术的有益效果至少在于：本专利技术提供的燃料电池气体扩散层中微孔层涂料，本专利技术通过在微孔层涂料中引入不同组分的添加剂提高了微孔层涂料分散性、稳定性，保证了微孔层的质量一致性并能够提升微孔层寿命。本专利技术能够解决微孔层浆料制备后不稳定的缺点，使得微孔层浆料放置一定时间内粘度变化较小，本专利技术涂料体系还具备稳定浆料的作用，涂布后也具备一定的流平作用，使得制备得到的微孔层表面光滑，粗糙度更低。
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1.一种微孔层涂料，其特征在于，包括以下重量份的组分：分散剂1～4份、耐久剂0.05～0.6份，稳定剂0.01～0.2份，炭黑5～20份，溶剂60～120份，乳液2～5份。
2.根据权利要求1所述的微孔层涂料，其特征在于，所述分散剂选自非离子型表面活性剂、阴离子型高分子分散剂和聚合物型分散剂中的一种或多种；
3.根据权利要求2所述的微孔层涂料，其特征在于，所述分散剂选自曲拉通分散剂、聚丙烯酸盐分散剂和聚氨酯分散剂中的一种或多种；
4.根据权利要求2所述的微孔层涂料，其特征在于，所述稳定剂选自聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、淀粉和聚乙烯醇中的一种或多种；
5.根据权利要求1-4任一项所述的微孔层涂料，其特征在于，所述耐久剂选自氧化钌、氧化铈、氧化钛和氧化硅中的一种或多种；
6.根据权利要求1-5任一项所述的微孔层涂料，其特征在于，所述炭黑选自Li435、Li100和乙炔黑中的一种或多种；
7.权利要求1-6任一项所述微孔层涂料的制备方法，其特征在于，包括：将溶剂、分散剂、稳定剂、耐久剂和炭黑进行混合和粉磨，得到涂料，
8.根据权利要求7所述的微孔层涂料的制备方法，其特征在于，所述乳化处理在6000～9000r/min下乳化0.5～1h；和/或，所述搅拌的时间为1～2h。
9.一种气体扩散层，所述气体扩散层的原料为权利要求1-6任一项所述的微孔层涂料或权利要求7或8所述的制备方法制得的微孔层涂料；
10.一种膜电极组件，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】
1.一种微孔层涂料，其特征在于，包括以下重量份的组分：分散剂1～4份、耐久剂0.05～0.6份，稳定剂0.01～0.2份，炭黑5～20份，溶剂60～120份，乳液2～5份。
2.根据权利要求1所述的微孔层涂料，其特征在于，所述分散剂选自非离子型表面活性剂、阴离子型高分子分散剂和聚合物型分散剂中的一种或多种；
3.根据权利要求2所述的微孔层涂料，其特征在于，所述分散剂选自曲拉通分散剂、聚丙烯酸盐分散剂和聚氨酯分散剂中的一种或多种；
4.根据权利要求2所述的微孔层涂料，其特征在于，所述稳定剂选自聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、淀粉和聚乙烯醇中的一种或多种；
5.根据权利要求1-4任一项所述的微孔层涂料，其特征在于，所述耐久剂选自氧化钌、氧化铈、氧化钛和氧化硅中的一种或多种；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾少武，苏建敏，李文瑞，李咏焕，
申请(专利权)人：中汽创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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