扩散介质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及扩散介质及其制备方法。其中，纳米到微米级宽度尺寸的树脂纤维通过熔融挤出工艺由多组分体系得到。该工艺包括将纤维树脂与水溶性载体树脂组合以形成树脂混合物的步骤。该树脂混合物被挤出以形成经挤出的树脂混合物，该经挤出的树脂混合物具有位于载体树脂中的纤维树脂线料。该经挤出的树脂混合物进而与水接触以将纤维树脂线料与载体树脂分离。进而由纤维树脂线料形成导电纤维片。该纤维片被用作燃料电池中的扩散层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。其中，纳米到微米级宽度尺寸的树脂纤维通过熔融挤出工艺由多组分体系得到。该工艺包括将纤维树脂与水溶性载体树脂组合以形成树脂混合物的步骤。该树脂混合物被挤出以形成经挤出的树脂混合物，该经挤出的树脂混合物具有位于载体树脂中的纤维树脂线料。该经挤出的树脂混合物进而与水接触以将纤维树脂线料与载体树脂分离。进而由纤维树脂线料形成导电纤维片。该纤维片被用作燃料电池中的扩散层。【专利说明】
本申请涉及可用在燃料电池应用中的多孔衬垫。
技术介绍
高质量的多孔衬垫被用于过滤和用在众多电子装置如蓄电池和燃料电池中。在这样的装置中，多孔衬垫有利地容许气体或溶解在液体中的组分穿过。多孔衬垫由微纤维、纳米纤维和微孔膜制成。在溶剂可溶性聚合物的情况下这些尺寸的纤维通过静电纺丝制得。然而，如果不在高沸点溶剂中维持高温，则聚烯烃难于形成溶液。多孔聚烯烃通过在这些塑料聚合物的膜或片上的双向拉伸制得。可选地，造孔剂在制造过程期间被添加到聚烯烃片材中，然后其被溶剂萃取或者热移除。在可在溶液中处理的溶剂可溶性烯烃的情况下，可使用静电纺丝。在质子交换膜(PEM)类型的燃料电池中，氢气供给到阳极作为燃料，和氧气供给到阴极作为氧化剂。氧气可以是纯形式(O2)或者空气(02和队的混合物)。PEM燃料电池通常具有膜电极组件(MEA)，其中固体聚合物膜在一个面上具有阳极催化剂以及在相对面上具有阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极层和阴极层由多孔导电材料形成，例如编织石墨(woven graphite)、石墨化片或者炭纸以使燃料能够分散在朝向燃料供给电极的膜表面上。通常，离子导电聚合物膜包含全氟磺酸(“PFSA”)离聚物。每个催化剂层具有负载在碳颗粒上的、细粒催化剂颗粒(例如钼颗粒)以促进阳极处的氢气氧化，和阴极处的氧气还原。质子从阳极透过离子导电聚合物膜流动到阴极，在此所述质子与氧气结合形成从电池排放的水。MEA夹持在一对多孔气体扩散层(GDL)之间，所述多孔气体扩散层夹持在一对导电元件或者板之间。所述板充当阳极和阴极的集流器，并包括形成在其中的适当的通道和开口，用于在相应的阳极和阴极催化剂的表面上分配燃料电池的气体反应物。为了有效地产生电，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须薄、化学稳定、可传导质子、不导电和气体不可渗透。在典型的应用中，燃料电池以堆叠的许多单个燃料电池的阵列设置以提供高的电功率水平。在许多燃料电池应用中，电极层由包含贵金属和全氟磺酸聚合物(“PFSA”)的油墨组合物形成。例如，在质子交换膜燃料电池的电极层制造中，PFSA通常添加到Pt/C催化剂油墨中以提供质子传导性，给分散的Pt-碳催化剂纳米颗粒，以及多孔碳网络的结合。传统的燃料电池催化剂将碳黑与碳表面上的钼沉积物，以及离聚物混合。碳黑提供(部分地)高表面积的导电基材。钼沉积物提供了催化剂性能，并且离聚物提供了质子传导组分。电极由包含碳黑催化剂和离聚物的油墨形成，它们通过干燥结合形成电极层。气体扩散层在燃料电池技术中具有多种功能。例如，气体扩散层充当行进到阳极和阴极层的反应物气体的扩散器，同时将产物水输送到流场。气体扩散层还传导电子并将膜电极组件处产生的热传递到冷却剂，并充当软的膜电极组件和硬的双极板之间的缓冲层。尽管用于制造用于燃料电池应用的气体扩散层的现有技术效果相当不错，但是仍希望在性能和成本上得到改善。因此，本专利技术提供了改进的制造可用在燃料电池应用中的多孔衬垫的方法。
技术实现思路
本专利技术通过在至少一个实施方式中提供可用在燃料电池应用中的导电纤维片的形成方法解决了现有技术中的一个或者多个问题。这个实施方式的方法包括混合成纤树脂与水溶性载体树脂以形成树脂混合物的步骤。将树脂混合物挤出以形成经挤出的树脂混合物。典型地，经挤出的树脂混合物具有位于较大的载体树脂线料(strand)中的成纤树脂线料。进而将经挤出的树脂混合物与水接触以将成纤树脂线料与载体树脂分离。进而由成纤树脂线料形成导电纤维片。最后，将导电纤维片整合并插入到阳极和阴极之间。该方法有利地用于制备可用作多孔载体的聚烯烃微纤维，并且适用于低成本聚合物和聚合物纤维的连续、大规模和廉价的加工。该方法有助于产生具有定制的热性质、尺寸性质和化学性质的材料。它是易于放大和可再现的，并且有助于采用廉价的、环境友好的组分和制造的连续加工技术。在另一个实施方式中，提供了制造具有导电纤维片的装置的方法。该方法包括将热塑性树脂与水溶性聚酰胺树脂混合以形成树脂混合物。然后将该树脂混合物挤出以形成经挤出的树脂混合物，经挤出的树脂混合物具有位于较大的水溶性载体树脂线料中的热塑性树脂线料。将经挤出的树脂混合物与水接触以将热塑性树脂线料与水溶性聚酰胺(例如，聚)树脂分离。由热塑性树脂线料形成导电纤维片。最后，将导电纤维片整合并插入到阳极和阴极之间。水溶性树脂可以是聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)、聚氧化乙烯(PEO)等。 特别地，本专利技术提供了以下方面的技术方案: 1.制造具有纤维片的装置的方法，所述方法包括: 将成纤树脂与载体树脂混合以形成树脂混合物，所述载体树脂是水溶性的； 将所述树脂混合物挤出以形成经挤出的树脂混合物，所述经挤出的树脂混合物具有位于载体树脂中的成纤树脂线料； 将所述经挤出的树脂混合物与水接触以将所述成纤树脂线料与载体树脂分离；以及 由所述成纤树脂线料形成导电纤维片。 2.根据方面I的方法，其中将所述纤维片插入到阳极和阴极之间。 3.根据前述方面中任一项的方法，其中所述成纤树脂包含多个导电颗粒。 4.根据方面3的方法，其中所述导电颗粒选自碳颗粒、石墨颗粒、金属颗粒及它们的组八口 ο 5.根据前述方面中任一项的方法，其中所述导电纤维片通过用金属层涂覆所述成纤树脂线料形成。 6.根据方面4的方法，其中所述金属层包含选自铬、镍、不锈钢、金、钯、钼及它们的组合的组分。 7.根据前述方面中任一项的方法，进一步包括将所述纤维片放置在催化剂层和流场板之间，其中所述纤维片是气体扩散层。 8.根据前述方面中任一项的方法，其中所述成纤树脂是热塑性聚合物。 9.根据前述方面中任一项的方法，其中所述成纤树脂包含选自聚烯烃、聚酯及它们的组合的组分。 10.根据前述方面中任一项的方法，其中所述成纤树脂包含选自可挤出的热塑性聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、全氟磺酸聚合物、全氟环丁烷聚合物、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯酸、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-乙烯醇、含氟聚合物、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚芳醚酮、聚丁二烯、聚丁烯、聚己酸内酯、聚三氟氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯、聚碳酸酯、聚羟基脂肪酸酯、聚酮、聚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚甲基戊烯、聚苯醚、聚苯乙烯、聚砜、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、苯乙烯-丙烯腈及它们的组合的组分。 11.根据前述方面中任一项的方法，其中所述载体树脂是水溶性聚酰胺。 12.根据前述方面中任一项的方法，其中所述载体树脂包含聚(2-乙基-2-噁唑啉)。 13.根据前述方面中任一项的方法，其中所述成纤树脂与载体树脂的重量比为约I: 100 到约 10: I。 14本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造具有纤维片的装置的方法，所述方法包括：将成纤树脂与载体树脂混合以形成树脂混合物，所述载体树脂是水溶性的；将所述树脂混合物挤出形成经挤出的树脂混合物，所述经挤出的树脂混合物具有位于所述载体树脂中的成纤树脂线料；将所述经挤出的树脂混合物与水接触以将所述成纤树脂线料与载体树脂分离；以及由所述成纤树脂线料形成导电纤维片。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·米切尔，T·J·富勒，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：