[发明专利]一种气体扩散层基材的制备方法

说明书

本发明涉及一种气体扩散层基材及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：将聚合物原材料的粉料进行压制和挤出，再进行双向拉伸和碳化，得到所述气体扩散层基材。本发明所述方法制备的气体扩散层基材厚度较薄，标准偏差小，孔径分布均匀，横向拉伸强度和纵向拉伸强度高，结构稳定性优异。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种气体扩散层基材的制备方法。

背景技术

现有的商用气体扩散层基材以碳纸为主，另有少数厂家的碳布。无论是碳纸还是碳布，其厚度都超过100μm，厚度公差超过10μm。在目前工业化的膜电极中，气体扩散层的厚度是最厚的，常用的气体扩散层都在200微米左右。为了进一步提高电堆的体积功率密度，降低气体扩散层的厚度是目前的重要工作。

CN109830703A公开了一种聚合物基气体扩散层片材及制备方法。包括如下制备过程：(1)将聚合物基材、纳米硅酮粉、导电剂、碳纤维、聚合铝、氯化钙加入溶剂中，分散均匀制得涂布浆液；(2)将涂布浆液连续刮涂于离型薄膜，干燥后剥离离型薄膜，得到聚合物基膜；(3)将聚合物基膜浸入硫酸钠和硅酸的复合液体，然后取出、陈化、洗涤、干燥，最后拉伸定型，制得聚合物基气体扩散层片材。其公开的方法将聚合物、无机化合物的融合，使得气体扩散层兼具刚性和抗冲击性，制得的气体扩散层片材不变形、不断裂，易于气体自由扩散，具有优异的疏水性。

CN109817994A公开了一种多层挤出制备燃料电池梯度气体扩散层碳膜的方法。包括如下制备过程：(1)将裹覆发泡剂的氯化钠分为三个粒径等级的颗粒；(2)将大粒径颗粒、碳纤维、聚合物、木质纤维、分散剂混合得到A料；(3)将中粒径颗粒、多孔碳黑、聚合物、分散剂混合得到B料；(4)将小粒径颗粒、石墨、石墨烯、聚合物、分散剂混合得到C料；(5)将A料、B料、C料制成微发泡共挤膜；(6)将微发泡共挤膜浸水清洗，得到燃料电池梯度气体扩散层碳膜。其公开的方法实现了连续可控制备具有梯度空隙的碳膜，对催化剂具有良好的支撑性，同时可有效阻止催化剂的损失和水淹，保证了气体和水的快速传输，提升了使用性能。

目前有采用石墨烯、碳纳米管、炭黑等直接制备气体扩散层，可以降低气体扩散层的厚度，但是该气体扩散层的拉伸强度太低，无法应用于车用燃料电池，只能使用在一些小型燃料电池实验器件上。

因此，开发一种制备厚度薄且结构稳定性优异的气体扩散层材料的方法至关重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气体扩散层基材的制备方法，本发明所述方法制备的气体扩散层基材厚度较薄，标准偏差小，孔径分布均匀，横向拉伸强度和纵向拉伸强度高，结构稳定性优异。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，一种气体扩散层基材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将聚合物原材料的粉料进行压制和挤出，再进行双向拉伸和碳化，得到所述气体扩散层基材。

本发明所述通过双向拉伸和连续碳化一体化加工工艺，降低基材的厚度和提高基材孔径的均匀性，并且提升基材的横向拉升强度以及纵向拉伸强度，进一步提升了基材整体的结构稳定性。

优选地，所述聚合物原材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇缩甲醛或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：聚乙烯和聚丙烯的组合，聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚碳酸酯的组合，聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯和聚乙烯醇缩甲醛的组合等，进一步优选聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

优选地，所述压制的压力为3-5MPa，例如3.5MPa、4MPa、4.5MPa等。

优选地，所述压制的时间为20-40min，例如25min、30min、35min等。