一种高温质子交换膜燃料电池用保水扩散层的制备方法

摘要

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用保水扩散层的制备方法。一种高温质子交换膜燃料电池用保水扩散层的制备方法，其特征在于无机氧化物保水材料先于扩散层制备，其表面为PTFE聚合物包裹，形成无机氧化物保水材料为核，疏水PTFE聚合物为壳的结构；制备好的PTFE包裹无机氧化物与导电碳材料混合，涂刷在碳纸、碳布或者碳纤维毡上，形成质子交换膜燃料电池用保水扩散层。该方法制备的扩散层具有保水能力，适合于高温质子交换膜燃料电池用。

主权项

1.一种高温质子交换膜燃料电池用保水扩散层的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1)制备无机氧化物/疏水PTFE聚合物核壳颗粒：(a)将重量浓度为1.2％-10％的离子聚合物溶液用NaOH调节pH值至6.5-7.5，然后转入到无水有机溶剂中，得溶液A，使得离子聚合物在溶液A中含量达到1-9wt％，接着蒸馏此溶液4-6小时以去掉溶液中的水分，得到离子聚合物前驱体溶液；(b)按照无机氧化物与离子聚合物重量比0.01∶1-0.1∶1，将该无机氧化物的无机氧化物前驱体加入到步骤(a)制备的离子聚合物前驱体溶液中搅拌20-30分钟，制成无机氧化物前驱体溶液；所述的无机氧化物为SiO2或TiO2，选用SiO2，则SiO2前驱体为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷中的任意一种；选用TiO2，则TiO2前驱体为钛酸乙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯中的任意一种；(c)按照无机氧化物前驱体水解反应所需水量1-10倍的比例，将HCl含量为37wt％、水含量为63wt％的浓HCl溶液加入到步骤(b)制备的无机氧化物前驱体溶液中，充分搅拌混合，得到离子聚合物修饰的无机氧化物纳米粒子分散液；(d)将离子聚合物修饰的无机氧化物纳米粒子分散液与重量浓度为10％-60％的聚四氟乙烯乳液混合，使无机氧化物与聚四氟乙烯的重量比为1∶20-1∶5；然后在1000-5000转/分的搅拌速度下搅拌1小时，得到无机氧化物/疏水PTFE聚合物核壳颗粒分散体系；2)保水扩散层的制备：(e)将无机氧化物/疏水PTFE聚合物核壳颗粒分散体系与导电碳材料混合，导电碳材料与聚四氟乙烯的重量比例为2.5∶1-3.5∶1，然后加入水或者无水有机溶剂，使混合溶液中固含量为20％-80％；在1000-5000转/分的搅拌速度下搅拌10-24小时，获得扩散层料浆；(f)将扩散层料浆丝网印刷、浇铸、涂布或喷涂在碳纸、碳布或者碳纤维毡上，在热处理炉中分段热处理，其中温度100℃处理10分钟，随后350℃处理10分钟，形成保水扩散层。