[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

说明书

本发明涉及一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层及制备方法，所述气体扩散层包括多孔导电基材和导电碳粉微孔层，涉及燃料电池领域；燃料电池气体扩散层基底层经疏水剂处理，具有沿气流方向逐渐提高的疏水梯度；燃料电池气体扩散层微孔层由导电碳粉和疏水材料制成，在结构上有沿气流方向逐渐增加的疏水梯度和孔隙梯度。本发明设计的沿气流方向增加的疏水梯度和孔隙梯度可有效增加燃料电池气流进口方向的保湿能力和气流出口方向的排水效率，一方面保证气流进口方向质子膜的充分润湿，另一方面防止气流出口方向的水淹，提高整个燃料电池内部的水平衡，提高电池的输出性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层及制备方法。

背景技术

燃料电池是一种利用效率高且环境友好的能源，将燃料中的化学能直接转化为电能，具有清洁、高效的优点，是21世纪最重要的能源技术。

质子交换膜燃料电池由端板、流场板、密封圈、气体扩散层、催化层、质子交换膜等组成。其中气体扩散层的位置处于膜电极和流场板之间，主要起到支撑膜电极和提供气体通道和排水通道的作用。质子交换膜燃料电池工作时，在电池的阴极处质子和氧气会反应生成水，水会通过催化层流向气体扩散层，因此气体扩散层需要具备一定的疏水性，促进反应生成的水能够排出电池内部。

随着燃料电池技术的发展，对燃料电池单电池功率密度的输出有越来越高的要求，而燃料电池内部水管理对燃料电池的功率输出有直接的影响。目前车用燃料电池堆中燃料电池单电池面积大，沿气体流动方向的尺寸较长，因此沿气流方向，单电池内部存在水汽分布不均匀的情况，气流进口处生成的水被气流带到出口处，在气流出口出容易造成水汽堆积，造成水淹，导致单电池功率密度下降。通过气体扩散层的结构设计改善这一问题，对提高燃料电池单电池功率密度有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，解决燃料电池单电池内部水分布不均的问题。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层，包括基底层和微孔层；所述基底层经疏水剂处理，所述基底层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；所述微孔层由导电碳粉和疏水材料制成，所述微孔层具有孔隙，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。

作为优选，沿气流方向，所述基底层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，所述基底层在气流流道出口处的疏水性梯度控制在10％-20％之间。

作为优选，沿气流方向，所述微孔层疏水剂的比例为微孔层质量分数的15-20％，气体扩散层中间位置的疏水剂比例为微孔层质量分数的20％-30％，靠近气流出口处微孔层疏水剂的比例为微孔层质量分数的25％-40％。

发明的第二个目的是提供一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种均衡燃料电池内部水平衡的气体扩散层的制备方法，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℃；