用于质子交换膜燃料电池的阴极扩散层及其制备和应用

摘要

本发明涉及一种用于质子交换膜燃料电池的阴极扩散层及其制备和应用，所述扩散层以单面憎水化处理的碳纸或碳布作为支撑层、于支撑层上憎水化处理的表面侧制备有微孔层；所述微孔层由储氧材料粉末、碳粉和PTFE组成，储氧材料粉末的用量为碳粉质量的5-10％，PTFE的用量为碳粉质量的0.6-1.6倍。本发明扩散层具有较强的气体传质性能，将其用作质子交换膜燃料电池阴极扩散层时，使得电池在自呼吸或低空气进量情况下的放电性能显著提高。同时，采用该法制备扩散层具有储氧材料价廉易得、种类繁多及制备工艺流程简单等优点。

主权项

用于质子交换膜燃料电池的阴极扩散层的制备方法，其特征在于：所述扩散层以单面憎水化处理的碳纸或碳布作为支撑层、于支撑层上憎水化处理的表面侧制备有微孔层； 所述微孔层由储氧材料粉末、碳粉和PTFE组成，储氧材料粉末的用量为碳粉质量的5‑10％，PTFE的用量为碳粉质量的0.6‑1.6倍； 所述阴极扩散层的具体制备步骤包括： 1)支撑层的制备：使用气体喷枪，在碳纸或碳布的一侧表面均匀喷涂质量浓度0.5‑2％的PTFE水分散液，喷涂过程中，每喷一层PTFE水分散液后，用热风机吹干，然后继续下层喷涂，至其上担载有碳纸或碳布质量10‑20wt％的PTFE，之后将其置于马弗炉中于320‑360℃条件下热处理1‑1.5h，得到单面憎水化处理的碳纸或碳布，可作为扩散层的支撑层； 2)微孔层的浆液制备：将碳粉质量5‑10wt％储氧材料粉末与碳粉混合后，分散于50‑60倍碳粉质量的无水乙醇中形成浆液，该浆液经超声震荡10‑20分钟后加入6‑32倍碳粉质量的PTFE水分散液，PTFE水分散液质量浓度5‑10wt％，机械搅拌10‑20分钟使PTFE在浆液中分散均匀； 3)扩散层的制备：采用刮涂的方式，将微孔层浆液均匀分散到上述步骤(1)中碳纸或碳布上喷涂有PTFE的一面，刮涂过程中，每担载完一层浆液，需蒸干溶剂后再进行下一层担载，反复上述步骤至碳粉载量为1‑2mg/cm2，在320‑360℃下热处理1‑1.5h后制得扩散层。