[发明专利]一种新型阶梯疏水性气体扩散层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型阶梯疏水性气体扩散层及其制备方法，涉及燃料电池技术领域；为了减少脊下气体扩散层中的水分积聚，提高膜电极整体性能和稳定性；该气体扩散层包括与双极板适配的普通疏水区和增强疏水区，两个所述双极板相邻一侧均设置有交错分布的双极板流道和双极板脊，所述增强疏水区靠近双极板脊的一侧外壁与双极板脊的位置和尺寸适配；该气体扩散层的制备方法包括如下步骤：称取碳粉材料与添加剂，将碳粉与添加剂加入溶剂中，超声震荡0.5～4h使其充分分散。本发明通过在双极板脊下的气体扩散层部分进行增强疏水处理，可以提高与双极板脊接触的气体扩散层部分的疏水性，减少脊下气体扩散层中的水分积聚，减少水淹的发生。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种新型阶梯疏水性气体扩散层及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，其中质子交换膜燃料电池的目前所有燃料电池分类中最有应用前景的一种类别，其以氢气为阳极燃料，空气或者氧气为阴极氧化剂，其有较高的能量转化效率（40%-60%）、工作温度为常温、排放物对环境友好、启动速度快、工作寿命长等特点，在各种应用场景下，特别是在汽车动力、移动电源等方面，在世界范围内已经有一定规模的示范和商业运行规模，被誉为最有发展前途的发电技术。

气体扩散层是燃料电池膜电极的一个重要零部件，由多孔基底和微孔层组成，主要起到分配气体和水分管理的作用，既要保证质子交换膜含有充足的水分，又要保证反应生成的水分能及时排出，防止水淹的发生。因此，一般会对气体扩散层进行疏水处理，使水分可以更好排出。在实际燃料电池运行中，双极板流道与气体扩散层的扩孔基底侧直接接触压合，双极板脊下对应的气体扩散层由于直接受到来自双极板的压力，孔隙率明显比流道下对应的气体扩散层要小，而且脊下气体扩散层中的水分由于远离流道，排水路径较长，水分难以及时排出，造成水分在脊下聚集，容易造成水淹。

经检索，中国专利公开号为CN107507983A的专利，公开了一种疏水性梯度变化的扩散层及其制备方法与应用，所述疏水性梯度变化的扩散层包括多孔基材和微孔层，所述多孔基材上带有垂直疏水层，所述微孔层的微孔上带有疏水性呈梯度变化的平行疏水层；上述专利中存在以下不足：处理步骤复杂，疏水性梯度难以在实际操作中实现，且未考虑双极板脊下气体扩散层的水分积聚问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型阶梯疏水性气体扩散层及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型阶梯疏水性气体扩散层，包括与双极板适配的普通疏水区和增强疏水区，两个所述双极板相邻一侧均设置有交错分布的双极板流道和双极板脊，所述增强疏水区靠近双极板脊的一侧外壁与双极板脊的位置和尺寸适配；两个气体扩散层之间设置有两个催化层和一个质子交换膜,质子交换膜位于两个催化层之间。

优选的：所述增强疏水区为矩形结构，增强疏水区的宽度与双极板脊的宽度一致，均为1mm。

进一步的：所述增强疏水区为梯形结构，且增强疏水区的宽度向靠近质子交换膜的方向逐渐变窄。

一种新型阶梯疏水性气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S1：称取碳粉材料与添加剂，将碳粉与添加剂加入溶剂中，超声震荡0.5～4h使其充分分散，制得疏水剂浆料；

S2：裁剪一块与双极板流道相同大小的软质有机布，覆盖在双极板上；

S3：把与双极板脊对应的部分切割下来；

S4：取下软质有机布，把切割后的软质有机布覆盖在气体扩散层上；

S5：将疏水剂浆料涂覆在气体扩散层上；

S6：进行干燥处理后制得阶梯疏水性气体扩散层。