[发明专利]一种气体扩散层及其制备方法和应用在审

专利信息
申请号: 202210949911.3 申请日: 2022-08-09
公开(公告)号: CN115133048A 公开(公告)日: 2022-09-30
发明(设计)人: 马千里 申请(专利权)人: 一汽解放汽车有限公司
主分类号: H01M4/88 分类号: H01M4/88;H01M4/86;H01M8/0245
代理公司: 北京远智汇知识产权代理有限公司 11659 代理人: 徐浩
地址: 130011 吉林省*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 气体 扩散 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明提供了一种气体扩散层及其制备方法和应用,所述制备方法包括以下步骤:(1)将硅源和醇溶剂混合得到溶液A,将氨水和醇溶剂混合得到溶液B,将溶液A和溶液B混合,加入引发剂并调节pH得到二氧化硅溶胶;(2)将二氧化硅溶胶和聚乙烯醇混合,加入碳纳米管复合材料,经超声分散处理,得到复合凝胶;(3)将步骤(2)所述复合凝胶涂覆在基体层表面,经过干燥、固化、烧结得到气体扩散层;其中,步骤(1)所述硅源包括甲基三乙氧基硅烷(MEOS)、硅烷偶联剂和正硅酸乙酯,本发明采用特定的硅源制成二氧化硅溶胶,可以形成稳定的有机‑无机复合网络结构,加入碳纳米管复合材料可以提高材料导电性能和稳定性。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域,涉及一种气体扩散层及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置,近年来成为各国研究开发的热点。其核心部件膜电极是由气体扩散层、催化层和质子交换膜通过热压工艺制备而成。作为具有导电性的多孔构件的气体扩散层通常设置在电极和隔离膜之间。气体扩散层用于在电极层和外部电路之间稳定地转移氢气、氧气、水、电子和热等。电解质的水合需要将燃料电池的最高操作温度限制为大约80℃。在上述温度以上,会出现膜干燥,导致质子传导性降低。另一方面,如果未有效地去除产生的水,会导致水聚集并淹没电极。这会由于反应物的质量传输的阻力增大而导致电压损失。

当燃料电池在低温下和/或高电流密度下操作时经常出现淹没。在低温下,蒸汽压力降低,这使得更容易出现这样的情况,即水蒸气分压会超过饱和蒸汽压力,并导致水在电极内部聚集并阻挡气体在的扩散。由于燃料电池中的水的水平不仅严重地影响膜特性,还严重地影响反应物的传输和电极反应动力学,所以保持阴极和阳极之间的最佳的水平衡是实现更高水平的电池性能的重要因素。研究表明,利用自增湿膜电极的出发点就是增大膜两侧水浓度。

CN109698361A公开了一种燃料电池气体扩散层用柔性石墨烯碳膜及制备方法;其通过尿素增塑糊化淀粉和聚乙烯醇,将石墨烯与新型碳材料粘附于多孔无机粉体形成的大颗粒复合碳粒,然后与碳纤维、无机纤维、木质纤维、热塑性聚合物、聚四氟乙烯微粉、可溶盐、润滑剂挤出造粒;经膜片成型机微发泡为石墨烯碳膜雏形片材;经辊筒牵引拉伸、同时三组牵引辊温度逐步升高,部分聚乙烯醇、糊化淀粉分解和碳化,形成微孔,而聚四氟乙烯微粉微熔,作为粘结支撑剂保证片的强度和柔性,进一步洗脱可溶盐形成微孔,得到柔性石墨烯碳膜。其所述气体扩散层疏水性仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体扩散层及其制备方法和应用,本发明采用特定的硅源制成二氧化硅溶胶,结构稳定且后续固化过程中可以形成稳定的有机-无机复合网络结构,加入碳纳米管复合材料,提高材料导电性能和稳定性的同时,碳纳米管的中空柱状结构进一步增加气体扩散层的气体渗透性能。

为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:

第一方面,本发明提供了一种气体扩散层的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:

(1)将硅源和醇溶剂混合得到溶液A,将氨水和醇溶剂混合得到溶液B,将溶液A和溶液B混合,加入引发剂并调节pH得到二氧化硅溶胶;

(2)将二氧化硅溶胶和聚乙烯醇混合,加入碳纳米管复合材料,经超声分散处理,得到复合凝胶;

(3)将步骤(2)所述复合凝胶涂覆在基体层表面,经过干燥、固化、烧结得到气体扩散层;

其中,步骤(1)所述硅源包括甲基三乙氧基硅烷(MEOS)、硅烷偶联剂和正硅酸乙酯(TEOS)。

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