[发明专利]二甲醚燃料电池阳极微孔层的制备方法

说明书

二甲醚燃料电池阳极微孔层的制备方法，本发明属于燃料电池领域，主要涉及直接二甲醚燃料电池阳极扩散层的制备方法。本发明是为了解决介孔碳微孔层表面粗糙度大，引起MEA内阻大，热压过程中易造成转印催化层结构破坏和膜损伤的技术问题，方法如下：将第一浆料刮涂在经憎水处理的碳纸或碳布上，形成第一层微孔层；在第一层微孔层上表面形成第二层微孔层，然后于100℃‑400℃烧结，得到二甲醚燃料电池阳极微孔层。本发明阳极微孔层的第二层碳黑阳极微孔层，表面细致平整，粗糙度小，可与CCM催化层形成良好的界面接触，降低了界面电阻，在MEA热压过程中减少了界面粗糙对催化层结构破坏，降低了电解质膜损伤穿透的风险。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，主要涉及直接二甲醚燃料电池阳极扩散层的制备方法。

背景技术

二甲醚(Dimethyl ether，DME)是最简单的醚类。分子式为CH₃OCH₃，相对分子量为46，分子内不含C－C键，易被氧化成CO₂。DME毒性低，不污染大气，无腐蚀性，无致癌性。DME来源丰富，可从煤、石油、天然气和生物等多种原料中获得。DME易被压缩成液体，储存和运输方便。因此，DME是一种可再生易储存的清洁能源，是直接液体燃料电池的理想燃料。直接二甲醚燃料电池（DDFC）阳极以DME溶液为燃料，阴极以空气或氧气为氧化剂，是一种新型的直接液体燃料电池。DDFC具有启动速度快，能量密度高，燃料渗透率低等优点，可用作车载动力电源和移动便携设备电源。

DDFC的燃料为室温下的饱和DME水溶液（1.65mol/L），随着电池温度的升高，DME在水中的溶解度降低，DME从燃料液中挥发出来，处于气相中的DME增多，处于溶液中的DME减少，阳极燃料实际上是由DME气体与DME溶液组成的混合燃料。因此，为了提高电池放电性能和燃料利用率，DDFC阳极微孔层中应同时具有气体和液体两相传质通道。

为了制备高能量密度DDFC电堆，要求MEA扩散层的表面平整光滑，粗糙度小，否则可能造成扩散层与转印催化层（CCM）之间接触电阻增大，在MEA热压过程中还会造成催化层松动、甚至局部电解质膜穿透等隐患。为了改善阳极扩散层气液两相传质性能，提高DME燃料利用率，阳极微孔层采用介孔碳材料制备，介孔碳阳极微孔层内部孔结构发达，经过憎水处理后，介孔碳阳极微孔层中富含亲水的小孔和憎水的中孔，可以同时为气、液两相提供传输通道，有利于DME阳极传质。但介孔碳微孔层表面粗糙度较大，MEA热压过程中微孔层与转印催化层电极之间点状接触位置多，内阻增大，压力集中，易造成催化层结构破坏、甚至局部电解质膜穿透，造成电池性能下降。因此有必要提供一种既可以提高阳极传质性能又能降低微孔层粗糙度的新结构微孔层制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决介孔碳微孔层表面粗糙度大，引起MEA内阻大，热压过程中易造成转印催化层结构破坏和膜损伤的技术问题，提供了一种二甲醚燃料电池阳极微孔层的制备方法。

二甲醚燃料电池阳极微孔层的制备方法，该制备方法如下：

一、将介孔碳、PTFE乳液和异丙醇通过超声分散，配制成均匀的第一浆料；

二、将配制好的第一浆料刮涂在经憎水处理的碳纸或碳布上，形成载量为0.5mg•cm^-2-5mg•cm^-2的第一层微孔层；

三、在第一层微孔层上表面喷涂第二浆料，形成载量为0.2 mg•cm^-2-3mg•cm^-2的第二层微孔层；

四、在惰性气体保护下将经过步骤三处理的碳纸或碳布于100℃-400℃烧结20min-60min，得到二甲醚燃料电池阳极微孔层。

步骤一中所述第一浆料配制方法如下：