[发明专利]一种高性能氢燃料电池用气体扩散层及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1.多孔支撑层疏水处理：首先配置疏水浆料，然后将多孔支撑层浸没于疏水浆料中一定时间，取出后干燥得到经过疏水处理的多孔支撑层；

S2.制备第一微孔层-多孔支撑层复合材料：首先将碳粉、氟化碳材料、碳基气凝胶、氟类粘结剂、成膜物质按比例准备并混合均匀，得到混合物料；然后将混合物热压为膜状片材得到第一微孔层；最后将第一微孔层热压至多孔支撑层表面，得到第一微孔层-多孔支撑层复合材料；

S3.制备气体扩散层：首先将碳粉、氟类粘结剂、分散剂、水按比例准备并混合均匀，得到第二微孔层浆料；然后在第一微孔层-多孔支撑层复合材料的第一微孔层表面喷涂或刮涂第二微孔层浆料，得到预处理气体扩散层；最后将预处理气体扩散层进行干燥和烧结处理，得到本发明所述高性能氢燃料电池用气体扩散层。

2.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S1所述多孔支撑层，其制备方法包括：首先，采用湿法抄造工艺制备碳纤维原纸；然后，将碳纤维原纸浸渍涂布热固性酚醛树脂，树脂的涂布量为碳纤维原纸的0.1-2倍，得到碳纤维/树脂复合基材；之后，碳纤维/树脂复合基材进行热压固化处理，热压压力为150-200N/mm,热压温度为100-200℃，热压时间为3-30min；最后，经过碳化和石墨化处理后获得炭纸，碳化处理的温度为500-1300℃，碳化时间为0.5-3h；所述石墨化处理的温度为1500-2500℃，石墨化时间为0.5-3h；所获得炭纸的定量为50-80g/m²。

3.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S1所述疏水浆料为：质量分数为3-10wt％的水性聚四氟乙烯乳液。

4.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S2所述混合物料，按照质量份数计，包括：碳粉1-50份，氟化碳材料5-15份，碳基气凝胶1-10份，氟类粘结剂5-15份，成膜物质3-10份。

5.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S2所述将混合物热压为膜状片材的方法包括：首先采用聚酰亚胺薄膜包裹混合物料；然后采用三辊两压区热压聚酰亚胺薄膜包裹的混合物料，形成膜状片材；其中三辊两压区的三组热压辊的辊筒温度依次为180-260℃、280-340℃、350-400℃，辊压压力为100-250N/mm。

6.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S2所述将第一微孔层热压至多孔支撑层表面的方法包括：首先将第一微孔层与多孔支撑层加压复合，然后通过控制热压温度为300-400℃，热压压力为50-150N/mm，将第一微孔层与多孔支撑层热压复合。

7.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S3所述第二微孔层浆料，以质量份数计，包括：碳粉5-20份，氟类粘结剂0.5-3份，分散剂0.5-5份，水70-90份；可选的包括粘度调节剂0.5-5份。

8.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层制备方法，其特征在于，步骤S3所述烧结处理的方法为：在300-400℃环境中烧结5-30min。

9.一种高性能氢燃料电池用气体扩散层，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述高性能氢燃料电池用气体扩散层的制备方法制备得到，所述气体扩散层包含依次设置的多孔支撑层、第一微孔层和第二微孔层。

10.根据权利要求1所述高性能氢燃料电池用气体扩散层，其特征在于，所述多孔支撑层、第一微孔层和第二微孔层的孔径依次减小。