[发明专利]一种高强度气体扩散层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，本发明提供了一种高强度气体扩散层及其制备方法，制备方法包含如下步骤：将预氧丝纺纱织布，得到预氧丝布；将预氧丝布进行第一次碳化处理，得到气体扩散层基层；将气体扩散层基层在树脂溶液中浸渍后顺次进行烘干、热轧、第二次碳化，得到碳化处理的碳布；将碳化处理的碳布进行涂布处理，得到高强度气体扩散层。本发明还提供了一种高强度气体扩散层在燃料电池中的应用。本发明采用纺纱织布的方式得到气体扩散层基层，使其横、纵方向的拉力值比抄纸工艺制造的气体扩散层基材的拉力值大85％以上，气体扩散层的横向拉伸强度和纵向拉伸强度显著提升，气体扩散层制作膜电极时的工艺性能有大幅度提升。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种高强度气体扩散层及其制备方法和应用。

背景技术

目前现有的采用成品碳纤维抄纸工艺做的碳纸类气体扩散层，在制备过程中容易产生水污染，由于抄纸工艺碳纤维与碳纤维之间无法形成相互勾联，导致碳化时强度低、容易脆断、成卷困难，后续涂布操作难以连续进行等诸多问题。且在制作成膜电极时，过脆的布在装配过程中容易破损造成燃料电池膜电极量频率低的问题。

因此，提高气体扩散层基层强度对于改善气体扩散层工艺性能，提高成品率，降低生产成本，从而提高燃料电池使用寿命至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种高强度气体扩散层及其制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高强度气体扩散层的制备方法，包含以下步骤：

1)将预氧丝纺纱织布，得到预氧丝布；

2)将预氧丝布进行第一次碳化处理，得到气体扩散层基层；

3)将气体扩散层基层在树脂溶液中浸渍后顺次进行烘干、热轧、第二次碳化，得到碳化处理的碳布；

4)将碳化处理的碳布进行涂布处理，得到高强度气体扩散层。

作为优选，步骤1)所述预氧丝布的纱线支数为46～50支，经线密度为170～190根/cm，纬线密度为160～180根/cm，克重为69～75g/m²。

作为优选，步骤2)所述第一次碳化处理的过程中，预氧丝布的运行速度为0.8～1m/min；所述第一次碳化处理的温度≤2200℃；第一次碳化在高纯氮气气氛中进行。

作为优选，步骤2)所述气体扩散层基层的经线密度为215～230根/cm，纬线密度为220～235根/cm，克重为55～62g/m²。

作为优选，步骤3)所述树脂溶液包含酚醛树脂溶液和/或呋喃树脂溶液；所述树脂溶液的溶剂为甲醇、乙醇或乙酸乙酯；所述树脂溶液的质量浓度为30～40％；浸渍完成后气体扩散层基层上负载的树脂溶液的含量为45～50％。

作为优选，步骤3)所述烘干的温度为130～140℃，时间为15～20min；所述热轧的过程中气体扩散层基层的运行速度为0.2～0.3m/min；所述热轧的温度为150～160℃；热轧后碳布的厚度为0.30～0.32mm。

作为优选，步骤3)所述第二次碳化的过程中，碳布的运行速度为0.5～0.8m/min；所述第二次碳化的温度为1200～1300℃；第二次碳化后碳布的克重为55～62g/m²。

作为优选，步骤4)所述涂布处理采用碳粉浆料，所述碳粉浆料包含质量比为0.5～1.5：1～3：5～7：0.5～1.5的聚吡咯、石墨、聚四氟乙烯悬浮液和水；涂布处理完成后碳布上形成微孔层，微孔层的克重为12～14g/m²。

本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的高强度气体扩散层。