[发明专利]燃料电池用抗冰疏水剂、微孔层浆料和GDL及其制备方法

说明书

本发明特别涉及燃料电池用抗冰疏水剂、微孔层浆料和GDL及其制备方法，属于燃料电池技术领域，方法包括：将Zn(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;、尿素和Co(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;溶解于第一溶剂，得到混合溶液；将NHsubgt;4/subgt;F溶解于所述混合溶液，后进行水热反应，得到白色粉末；将所述白色粉末进行烘干，得到抗冰疏水剂；该抗冰疏水剂的组成为Zn(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;与Co(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;复合材料，该材料为微球状，具有表面超滑的结构，能够使GDL具有超疏水性能，同时，它的引入能够显著降低水的结冰温度，这将使GDL具有抗冰性能。其次，该材料的引入能够使得在GDL的制备过程中，不使用传统的疏水剂进行浸泡，这将提升制备效率以及制备成本。最后，本方法设计的抗冰、超疏水GDL在导电性上同商业碳纸无明显差异，没有降低GDL的其他性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及燃料电池用抗冰疏水剂、微孔层浆料和GDL及其制备方法。

背景技术

能源安全是一个至关重要的问题，传统石油、煤炭等化工能源正在日渐枯竭，急需一种可替代的清洁能源。氢能是一种被认为有希望替代上述化工能源的清洁能源。质子交换膜燃料电池就是一种使用氢能进行发电的装置。它是由许多片膜电极及双极板组合而成。膜电极又由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成。其中，气体扩散层是其中的核心部件，它起着气体传导、排水及导电的作用。它能够将反应所需的气体传导至催化层处进行反应，还能将反应产生的水排出至膜电极外，提供高效的反应环境，还能够将反应产生的电子传导至双极板处，形成电流，继而发电。总之，它在MEA中扮演者重要角色。

为了提升质子交换膜这种发电装置场景适用的多样性，尤其在高寒地区能够使用，它需要具有一定的抗冻性。文献报道(Zhan Z G,Lyu Z Y,Huang Y,et al.Research onPEMFC start-up at subzero temperature and performance decay[J].Journal ofWuhan University of Technology,2011,33(1):151-155.)在低温条件下，膜电极中产生的水易发生结冰现象，当水变成冰时，体积会增大，从而挤压气体扩散层，使气体扩散层造成撕裂、破坏。除此之外，反应产生过多的水不仅加剧了结冰的可能性，还会造成MEA水淹，堵塞气体扩散层上的气孔，影响气体传导。GDL破坏将会导致MEA的性能出现急剧衰减，降低PEMFC的发电效率。

现有技术中，如中国发明专利申请CN200610047230.9一种提高燃料电池零度以下环境适应能力的方法，提供了一种对燃料电池氢腔和氧腔抽真空，除去电池流场及气体扩散层中的水，使电池能够在零度以下温度保持完整性及足够长的寿命，提高PEMFC的抗冻能力的方法；但该方法需配置真空泵，成本较高，且配套真空泵增大了燃料电池体积，限制了它的应用环境。

发明内容

本申请的目的在于提供燃料电池用抗冰疏水剂、微孔层浆料和GDL及其制备方法，已解决目前增加抗冻性需额外增加真空设备的问题。

本发明实施例提供了一种燃料电池用抗冰疏水剂的制备方法，所述方法包括：

将Zn(NO₃)₂、尿素和Co(NO₃)₂溶解于第一溶剂，得到混合溶液；

将NH₄F溶解于所述混合溶液，后进行水热反应，得到白色粉末；

将所述白色粉末进行烘干，得到抗冰疏水剂。