[发明专利]气体扩散层、燃料电池、加工模具及加工工艺

说明书

本发明公开了一种气体扩散层，所述气体扩散层用于燃料电池，并设置于所述燃料电池的催化层和流场板之间，所述气体扩散层与所述催化层连接的表面设有沟槽，所述沟槽包括开口和与所述开口相对的底部，所述开口的宽度小于所述底部的宽度。本发明还提供了一种燃料电池、加工模具和加工工艺。在本方案中，通过在气体扩散层与催化层连接的表面上设置沟槽，能够及时转移催化剂表面覆盖的水；并使沟槽的开口处宽度小于底部处宽度，能够利用毛细作用，将催化层生成的水及时转移至微孔层，再将水传输至基底层，水随着流场中的气流排出，从而避免水堵住气体传输的通道，提升燃料电池的性能。

技术领域

本发明涉及一种气体扩散层、燃料电池、加工模具及加工工艺。

背景技术

在质子交换膜燃料电池中，水管理对电池性能尤为重要。一方面催化层内需保存一定量的水用于润湿质子交换膜，降低质子传导电阻；另一方面液态水量不能过多，大量液态水会阻塞气体扩散层中气体传输通道，并覆盖在催化剂表面，增大反应气扩散阻力，发生电极“水淹”现象，导致电池性能明显下降。尤其在高电流密度或高湿度的情况下，作为微细多孔介质的气体扩散层内极易被水堵塞导致气体传输受阻。

现有技术针对改善气体扩散层排水性能，一般通过调整气体扩散层中疏水粘结剂的含量或调整微孔层孔径及孔隙率的分布，来解决电池的水管理问题。若通过增加疏水粘结剂含量提高疏水性会降低气体扩散层的导电性，若通过优化疏水粘结剂含量分布情况，例如气体入口处疏水剂含量小于气体出口处含量，虽然有利于水的排出，但需匹配流场板/双极板进行定制加工。调整孔径和孔隙率的梯度分布即调整微孔层中的孔径和孔隙率，自内侧(与催化层接触侧)至外侧(与大孔基底层接触一侧)逐渐增大。一般通过微孔层的多层涂敷实现，利用机械或化学法控制每一层的孔结构，至少需要3层涂敷，每层涂敷后均需要干燥处理，工艺复杂耗时长，并且采用化学法造孔，孔径不易控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中燃料电池运行过程中气体扩散层易被水堵塞的缺陷，尤其是电池在高电流密度下或高湿度状态下运行的水-气两相传输的缺陷，提供一种气体扩散层、燃料电池、加工模具及加工工艺。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种气体扩散层，所述气体扩散层用于燃料电池，并设置于所述燃料电池的催化层和流场板之间，其特点在于，所述气体扩散层与所述催化层连接的表面设有沟槽，所述沟槽包括开口和与所述开口相对的底部，所述开口的宽度小于所述底部的宽度。

在本方案中，通过在气体扩散层与催化层连接的表面上设置沟槽，能够及时转移催化剂表面覆盖的水；并使沟槽的开口处宽度小于底部处宽度，能够利用毛细作用，将催化层生成的水及时转移至微孔层，再将水传输至基底层，水随着流场中的气流排出，从而避免水堵住气体传输的通道，提升燃料电池的性能。

较佳地，所述沟槽的宽度自所述开口至所述底部逐渐增大。

在本方案中，将沟槽的宽度设置为自开口至底部逐渐增大，能够使得液滴平顺地从开口端移动至底部，提升排水的流畅性。在具体实施时，在沟槽的开口处宽度小于底端处宽度的基础上，还可以采用其他结构形式的沟槽，比如，在开口至底端中间的过渡段为弧形段。

较佳地，所述沟槽为若干个，若干所述沟槽的尺寸相同；

或，若干所述沟槽的尺寸都不相同；

或，若干所述沟槽的尺寸不完全相同。

较佳地，所述沟槽为若干个，若干所述沟槽间隔排列；

相邻两个所述沟槽之间的间距相等；

或，相邻两个所述沟槽之间的间距都不相等；

或，相邻两个所述沟槽之间的间距不完全相等。