[发明专利]一种微孔层浆料、气体扩散层及其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种微孔层浆料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，向去离子水中加入表面活性剂，并以100～250r/min的搅拌速度将表面活性剂均匀分散在去离子水中；步骤S2，在步骤S1搅拌的过程中加入疏水剂，所述疏水剂加入速度为0.1～2mL/s；步骤S3，向步骤S2的溶液中加入导电材料，并以50～350r/min的搅拌速度搅拌均匀；步骤S4，采用分散设备将步骤S3中的材料分散均匀，分散时间为20～90min，最终得到微孔层浆料。本发明仅采用水为溶剂，成本低且无污染，制得的微孔层浆料粒度较小、分散均匀、较为稳定，气体扩散层平整度高，对催化剂涂覆膜的影响小，可延长燃料电池组件的使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种微孔层浆料、气体扩散层及其制备方法及应用。

背景技术

气体扩散层为燃料电池的关键组件之一，起着传输气体、排水、导电、导热、支撑催化剂的作用。传统的气体扩散层（MPL）的浆料溶剂为醇类和水的混合物，成本较高、易造成环境污染，此外，传统的气体扩散层分散方式时间较长，且分散不均匀，制备得到的气体扩散层有较大的厚度差，使用寿命受到一定的影响。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种微孔层浆料、气体扩散层及其制备方法及应用，制备得到的微孔层浆料粒度较小、分散均匀，采用水为溶剂更加环保，气体扩散层平整度高、使用寿命长。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供一种微孔层浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，向去离子水中加入表面活性剂，并以100～250r/min的搅拌速度将表面活性剂均匀分散在去离子水中；

步骤S2，在步骤S1搅拌的过程中加入疏水剂，所述疏水剂加入速度为0.1～2mL/s；

步骤S3，向步骤S2的溶液中加入导电材料，并以50～350r/min的搅拌速度搅拌均匀；

步骤S4，采用分散设备将步骤S3中的材料分散均匀，分散时间为20～90min，最终得到微孔层浆料。

优选地，步骤S1中，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂；

所述非离子型表面活性剂选用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、曲拉通中的一种或几种；

优选地，步骤S2中，所述疏水剂选用聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯中的一种或几种；

优选地，步骤S3中，所述导电材料为粉体碳纳米管、石墨、石墨烯、纳米碳纤维、导电炭黑、活性炭中的一种或几种；

优选地，步骤S4中，所述分散设备选用细胞粉碎机、高速剪切、研磨机、均质机中的一种或几种。

第二方面，本发明实施例还提供了上述微孔层浆料的制备方法制备得到的微孔层浆料，以质量分数计，包括以下组分：表面活性剂2～10%、疏水剂5～30%、导电材料5～60%。

第三方面，本发明实施例还提供了一种气体扩散层的制备方法，包括以下步骤：将上述的微孔层浆料涂覆在基材表面上，在50～120℃下干燥，并在300～350℃下焙烧0.3～1.5h，得到气体扩散层。

第四方面，本发明实施例还提供了上述的气体扩散层的制备方法制备得到的气体扩散层。

第五方面，本发明实施例还提供了上述气体扩散层在质子交换膜燃料电池中的应用。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1）本发明仅采用水为溶剂，成本低且无污染。

2）本发明实施例制备得到的微孔层浆料粒度较小、分散均匀、较为稳定，能够存放较长时间而不易发生沉降和团聚。

3）本发明实施例制备得到的气体扩散层平整度高，对催化剂涂覆膜的影响小，可延长燃料电池组件的使用寿命。

附图说明