[发明专利]一种具有亲疏水结构的气体扩散层在燃料电池中的应用

说明书

本发明涉及一种具有亲疏水结构的气体扩散层在燃料电池中的应用，其中，亲疏水结构的气体扩散层作为阴极气体扩散层和阳极气体扩散层应用在燃料电池中，具有亲疏水结构的气体扩散层包括亲水区和疏水区；亲水区为仅由亲水剂处理后的气体扩散层局部区域，疏水区为由亲水剂、疏水剂先后处理后的气体扩散层局部区域；相邻亲水区通过疏水区间隔开；亲水剂为具有氧化性的溶液，疏水剂包括聚四氟乙烯乳液、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯乳液或聚六氟丙烯乳液中的任意一种或至少两种的组合。将具有亲疏水结构的气体扩散层应用于燃料电池中，可以有效提高燃料电池的传质效率，降低传质造成的电压损失，进而提高燃料电池的性能。

技术领域

本发明涉及一种具有亲疏水结构的气体扩散层在燃料电池中的应用，属于燃料电池技术领域。

背景技术

在燃料电池中，离子电荷的传输远比电子困难，电荷传输的电阻导致电池电压的损失，即欧姆电阻损失。传质损失是造成质子交换膜燃料电池输出电压损失的三大损失之一，在燃料电池中，主要承担传输燃料气体和生成物水的构件是具有多孔性的气体扩散层。在用于传输物质的气体扩散层孔道内部，多发生两相耦合作用或因液相过多的聚集在毛细管中而堵塞孔道，致使到达催化位点处的气相浓度下降而降低电化学反应速率，或液相过多聚集无法被及时排出造成面内水淹问题，降低催化剂活性而造成传质损失。

质量传输效率作为评断燃料电池性能的指标之一，其不仅决定电化学反应在催化剂层(CL)上的速率，且是质子交换膜燃料(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)电池内部传质电阻的主要表征式，对PEMFC 的输出电压及效率都有不可忽视的影响。气体扩散层(GDL)作为PEMFC内部主要传输介质的载体，其复杂的多孔性和迂曲率等特性对气体或液体的传输存在很大扰动。因此，开发一种能够有效降低传质造成的电压损失、提高电池性能的气体扩散层并将其应用于燃料电池中，对于推动燃料电池领域的技术发展具有重要的意义。

发明内容

为此，需要提供一种具有亲疏水结构的气体扩散层在燃料电池中的应用。将该具有亲疏水结构的气体扩散层应用于燃料电池中，使得燃料电池中气相和液相的传输可以区分开来，促进水分的聚集和排放，在高电流密度下具有更低的欧姆电阻，且能够有效的降低壁面单一润湿性对液相的聚集或排斥而造成的气相饥饿问题，从而提高极限电流密度，并更有效的降低传质造成的电压损失，进而提高燃料电池的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有亲疏水结构的气体扩散层在燃料电池中的应用，其中，所述亲疏水结构的气体扩散层作为阴极气体扩散层和阳极气体扩散层应用在燃料电池中，所述具有亲疏水结构的气体扩散层包括亲水区和疏水区，所述亲水区为仅由亲水剂处理后的气体扩散层局部区域，所述疏水区为由亲水剂、疏水剂先后处理后的气体扩散层局部区域；相邻亲水区通过疏水区间隔开；

所述亲水剂为具有氧化性的溶液，所述疏水剂包括聚四氟乙烯乳液、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯乳液或聚六氟丙烯乳液中的任意一种或至少两种的组合。

区别于现有技术，上述技术方案提供了一种具有亲疏水结构的气体扩散层在燃料电池中的应用。该具有亲疏水结构的气体扩散层具有良好的传质效率，能够更有效的降低传质造成的电压损失，将其应用于燃料电池中，使得燃料电池中气相和液相的传输可以区分开来，促进水分的聚集和排放，在高电流密度下具有更低的欧姆电阻，且能够有效的降低壁面单一润湿性对液相的聚集或排斥而造成的气相饥饿问题，从而提高极限电流密度，并更有效的降低传质造成的电压损失，进而提高燃料电池的性能。

附图说明

图1为具体实施方式所述面内渗入装置(抽气泵)的结构示意图，其中，图1a为三维图，图1b为实物图；

图2为实施例1～3和对比例1样品的SEM图，其中，图2a为对比例1 样品的SEM图，图2b为实施例1样品的SEM图，图2c为实施例2样品的 SEM图，图2d为实施例3样品的SEM图；