[發明專利]一種燃料電池用擴散層的制備方法

有效

• 申請號: 202010639168.2
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111682227B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 楊君;王健;張慶林;李延驍;韓廣德;周學升;高巖飛;黃萬友
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;C01B32/05
• 代理公司: 濟南千慧專利事務所(普通合伙企業) 37232
• 代理人: 趙長林

一種燃料電池用擴散層的制備方法，包括如下步驟：取玉米成熟之后的玉米秸稈，去除玉米秸稈的外皮，取玉米秸稈中心柔軟部位的秸稈物質，然后將秸稈物質進行干燥；將秸稈物質截成長條狀，然后置于極性溶劑中形成極性溶液，進行充分攪拌混合；向極性溶液當中加入陶瓷顆粒、氧化碳材料后進行充分攪拌；然后依次進行打漿抄紙、浸漬樹脂、碳化，最終得到擴散層。本申請采用玉米秸稈中心的物質作為纖維狀物質取用，然后在極性溶液的作用之下與陶瓷顆粒和氧化碳材料進行混合，陶瓷顆粒有一定的疏水能力，也有拓展孔道的能力，保證這位擴散層的疏通能力，而采用氧化碳材料則是為了增加其與秸稈物質的結合性，形成碳骨架。

技術領域

本申請涉及一種燃料電池用擴散層的制備方法。

背景技術

燃料電池是一種電化學發電裝置，它通過電化學反應將化學能直接轉化為電能，而非通過熱能作為中轉介質，因此，燃料電池的能量轉化效率非常之高。可以完成燃料電池過程的裝置較多，根據電解質的不同，可以分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池及質子交換膜燃料電池等。

對于質子交換膜燃料電池，在原理上相當于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為電解質。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。為了加速反應，一般設置在電極和催化劑之間設置擴散層以促進氣體的擴散，但是此種設置使得催化劑和擴散層之間反而產生諸多的不利影響，大大的降低了擴散層和催化劑的可用時間。

發明內容

為了解決上述問題，本申請提出了一種燃料電池用擴散層的制備方法，包括如下步驟：取玉米成熟之后的玉米秸稈，去除玉米秸稈的外皮，取玉米秸稈中心柔軟部位的秸稈物質，然后將秸稈物質進行干燥；將秸稈物質截成長條狀，然后置于極性溶劑中形成極性溶液，進行充分攪拌混合；向極性溶液當中加入陶瓷顆粒、氧化碳材料后進行充分攪拌；然后依次進行打漿抄紙、浸漬樹脂、碳化，最終得到擴散層。本申請采用玉米秸稈中心的物質作為纖維狀物質取用，然后在極性溶液的作用之下與陶瓷顆粒和氧化碳材料進行混合，陶瓷顆粒有一定的疏水能力，也有拓展孔道的能力，保證這位擴散層的疏通能力，而采用氧化碳材料則是為了增加其與秸稈物質的結合性，形成碳骨架。

優選的，所述極性溶劑為丙酮。

優選的，所述陶瓷顆粒和氧化碳材料的目數不低于300目。

優選的，所述秸稈物質中的水含量為10-15wt%。本申請為了保證秸稈物質中有自由水，以加強其與溶劑之間的結合性，也便于后期的混合作業。

優選的，還包括聚乙二醇。本申請在組合物中添加聚乙二醇，可以提高各類物質之間的結合程度，促進玉米秸稈、氧化碳材料之間碳骨架的形成，減少后期形成的碳紙的瑕疵，從而保證合成得到的碳紙的質量。

優選的，秸稈物質的質量份數為：30-40份；陶瓷顆粒的質量份數為：1-3份；氧化碳材料的質量份數為：2-5份；聚乙二醇的質量份數為：10-20份；丙酮的質量份數為：150-200份。

優選的，所述浸漬樹脂時采用聚四氟乙烯樹脂。

優選的，所述秸稈物質的長度為200-1000μm。

優選的，所述陶瓷顆粒為SiC顆粒；所述氧化碳材料為氧化碳黑。

優選的，所述碳化過程分為兩階段，第一階段的溫度為300-400℃，碳化時間為60-90min，第二階段的溫度為800-900℃，碳化時間為30-45min。本申請采用兩階段碳化的方式，避免快速碳化過程中，碳骨架的崩塌，兩階段談話可以得到形態更加良好的碳骨架。

本申請能夠帶來如下有益效果：