一种具有梯度孔结构的气体扩散层及其制备和应用

摘要

本发明涉及一种燃料电池用具有梯度结构的气体扩散层及其制备方法和应用。所述气体扩散层由大孔炭基支撑体和微孔层叠合组成，构成微孔层的组成材料从远离电池流场的大孔炭基支撑体一侧镶嵌到大孔炭基支撑体内，构成过渡孔层；所述过渡孔层由微孔层的组成材料和大孔炭基支撑体的纤维构成，是通过微孔层的组成材料从远离电池流场的大孔炭基支撑体一侧嵌入得到的；所述气体扩散层中自与流场相邻的一侧向与催化层相邻的一侧方向上的反应气体传递的曲率呈梯度增加趋势，空气透气率由4～10s/100ml逐渐降低至100～900s/100ml。该结构的气体扩散层有效增加了水和气体在GDL内的传质曲率，延长了产物水传递的路径，有利于保持电池内部的液态水，特别适用于低湿度条件下运行的燃料电池以及碱性燃料电池的阴极。

主权项

一种具有梯度孔结构的气体扩散层，所述气体扩散层由大孔炭基支撑体和微孔层叠合组成；其中，大孔炭基支撑体与电池流场相邻，与流场相邻的气体扩散层表面为第一表面；微孔层与膜电极催化层相邻，与催化层相邻的气体扩散层表面为第二表面；其特征在于：构成微孔层的组成材料从远离电池流场的大孔炭基支撑体一侧镶嵌到大孔炭基支撑体内，构成过渡孔层；且于大孔炭基支撑体内、从电池流场向膜电极催化层的方向上微孔层组成材料的含量逐渐增加；即微孔层的组成材料浓度从第一表面向第二表面方向上呈递增趋势；所述过渡孔层由微孔层的组成材料和大孔炭基支撑体的纤维构成，其中过渡孔层的厚度为大孔炭基支撑体的厚度；所述微孔层的组成材料包括导电材料、憎水粘结剂；所述导电材料为活性炭、介孔炭或石墨粉，憎水粘结剂为聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂、聚偏氟丙稀树脂、聚全氟丙稀树脂或聚全氟乙丙稀树脂的微粉、溶液或乳液；所述大孔炭基支撑体为导电编织炭布或导电非编织炭纸，10微米≥大孔炭基支撑体的平均孔径≥1微米，空气透气率为4～10s/100ml；过渡孔层和微孔层的制备：在压力作用下将微孔层浆料分2次以上从大孔炭基支撑体的一侧均匀渗透至经过预处理的大孔炭基支撑体内部；压力自第二表面向第一表面方向施加，使大孔炭基支撑体上于第二表面侧与第一表面侧间的压力差为0.1‑6MPa，得过渡孔层；于过渡孔层的第二表面方向侧制备微孔层。