[发明专利]一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层及制备方法

权利要求书

1.一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：包括基底层(1)和微孔层(2)；所述基底层(1)经疏水剂处理，所述基底层(1)的疏水性梯度在沿气流方向逐渐增加，疏水梯度在5％-20％之间；所述微孔层(2)由导电碳粉和疏水材料制成，所述微孔层(2)具有孔隙，所述孔隙的孔隙梯度在沿气流方向逐渐增加，所述微孔层(2)的疏水性梯度在沿气流方向逐渐增加，疏水梯度在15％-40％之间。

2.根据权利要求1所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：沿气流方向，所述基底层(1)在气流流道进口处的疏水性梯度控制在5％-10％之间，所述基底层(1)在气流流道中间段的疏水性梯度控制在5％-15％之间，所述基底层(1)在气流流道出口处的疏水性梯度控制在10％-20％之间。

3.根据权利要求1所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：沿气流方向，所述微孔层(2)疏水剂的比例为微孔层(2)质量分数的15-20％，气体扩散层中间位置的疏水剂比例为微孔层(2)质量分数的20％-30％，靠近气流出口处微孔层(2)疏水剂的比例为微孔层(2)质量分数的25％-40％。

4.一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，对多孔导电基材进行标记，根据需要的气流流经方向标记气流进口和气流出口，其中所述多孔导电基材包括碳纸和碳布；

步骤二，将所述多孔导电基材全部浸泡在稀释后的PTFE乳液中，保持1-2min，随后取出，控干多余的浸泡液，置于烘箱中完全烘干，烘箱温度为80-120℃；

步骤三，将所述多孔导电基材的气流出口方向浸入稀释后的PTFE乳液中，浸入位置到约三分之二位置处，保持1-2min，随后取出，控干多余的浸泡液，置于烘箱中完全烘干，烘箱温度为80-120℃；

步骤四，将多孔导电基材的气流出口方向浸入稀释后的PTFE乳液中，浸入位置到约三分之一位置处，保持1-2min，随后取出，控干多余的浸泡液，置于烘箱中完全烘干，烘箱温度为80-120℃；经三步式浸泡得到气体扩散层基底层(1)沿气流方向逐步增加的疏水梯度，进口处疏水梯度控制在2％-10％之间，中间段疏水梯度控制在5％-15％之间，出口处疏水梯度控制在10％-20％之间；

步骤五，在基底层(1)上涂覆碳浆形成微孔层(2)。

5.根据权利要求4所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：所述碳浆由溶剂、分散剂、碳粉、疏水剂、成孔剂组成。

6.根据权利要求5所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：所述碳粉包括碳黑、碳纤维、活性碳、碳纳米管、石墨、氧化石墨、还原氧化石墨、石墨烯、富勒烯中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：所述疏水剂包括聚四氟乙烯乳液、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物乳液、聚偏氟乙烯乳液、聚三氟氯乙烯悬浮液中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：所述成孔剂包括碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸锂中的一种或者多种。

9.根据权利要求5所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于：所述分散剂包括可溶型淀粉、海藻酸钠，琼胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、瓜尔胶、卡拉胶、果胶、卡拉胶、明胶、干酪素、壳聚糖、黄原胶、结冷胶、透明质酸、羧甲基纤维素钠，羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺中的一种或者多种。

10.根据权利要求4所述的一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，其特征在于，所述微孔层(2)的制备方法包含以下步骤：

步骤A，准备三种不同成分比例的碳浆：第一种碳浆的疏水剂比例最低且不含成孔剂，疏水剂比例为15-20％；第二种碳浆的疏水剂比例适中且包含一定比例的成孔剂，疏水剂比例为20％-30％，成孔剂质量为碳粉质量的10％-50％；第三种碳浆的疏水剂比例最高且包含较高比例的成孔剂，疏水剂比例为25％-40％，成孔剂质量为碳粉质量的25％-100％；

步骤B，将基底层(1)按照梯度方向放置，将第一种碳浆涂敷在进口端，第二种碳浆涂敷在中间部分，第三种碳浆涂敷在出口段，碳浆厚度为25-50μm；

步骤C，涂敷完成放置在烘箱中烘干，烘箱温度设定在50-120℃；

步骤D，烘干完成后放置在烧结炉中进行30min高温烧结，烧结温度设定在350-380℃，随后降至室温并取出。