CN113140739A - 一种燃料电池气体扩散层、其制备方法、膜电极组件以及燃料电池 - Google Patents
一种燃料电池气体扩散层、其制备方法、膜电极组件以及燃料电池 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池气体扩散层，其包括气体扩散层基底层(31)、微孔层(32)，所述微孔层是包含有1％～80％质量分数的具有50nm～300nm尺寸轮廓、内部具有2nm～50nm孔径介孔、经过表面改性处理的珊瑚状或海星状或树枝状或具有凸出形状结构的碳粉材料，还含有10％～45％疏水剂，1％～79％导电颗粒，以及1％～30％氧化铈颗粒。该气体扩散层具有良好的气体传输能力。采用该气体扩散层结构制备出的膜电极以及装配成的燃料电池电堆，在大电流运行能够表现出良好的性能。本发明还公开了相关的制备方法、膜电极组件以及燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体的说，涉及一种燃料电池气体扩散层、制备方法、膜电极组件以及燃料电池。
背景技术
燃料电池是新能源汽车主要动力装置之一。目前由日本丰田公司生产的第一辆商业化的燃料电池汽车Mirai已经上市，时速最高可达100km/h，一次加氢可续航约500km。但是其造价仍然昂贵，且在性能、安全性、寿命等方面与用户需求还存在一定差距。因此，进一步研究电池内部特性，寻求降低燃料电池汽车的成本的材料以及提高其性能与延长寿命的方法迫在眉睫。燃料电池除了运用在新能源汽车领域，在国防、航天和民用的移动电源、分布式电站、潜艇、无人机、计算机与通信等许多领域也具有巨大的市场潜力和十分广泛的应用前景。
质子交换膜燃料电池是发展最成熟，最接近于商业应用的燃料电池。气体扩散层(Gas Diffusion Layer,GDL)是质子交换膜燃料电池的重要组件，在燃料电池中位于流场和催化层之间。气体扩散层在质子交换膜燃料电池膜电极中主要有五个作用：第一、支撑起质子交换膜和催化层；第二，将流场流道内的阴阳极反应气体通过分子扩散和努森扩散传输到催化剂表面；第三，将催化层产生的电子传输到极板。第四，催化剂层生产的水在气体扩散层通过毛细效应和浓差扩散等传输到流道及时排除，避免出现传质极化。第五：有时，气体扩散层承担起催化层附着的功能，将催化层直接涂覆在气体扩散层表面。常用的气体扩散层以碳纤维为原料，经过湿法抄纸或非织无纺干法制备出原纸，然后经过碳化和石墨化工程制备出气体扩散层原纸。常用的气体扩散层后处理方法是将气体扩散层原纸先在疏水溶剂中浸润，高温固化，然后再在一层涂覆微孔层。如中国专利CN106299398A将高导电性材料、造孔剂、疏水剂和分散液通过搅拌的方式配制成成分均匀，再涂覆在经疏水处理的碳纸或碳布上形成反复多次，通过热处理后使其具有疏松多孔且亲疏水性的气体反应通道，该发明使用炭黑作为导电剂。中国专利CN 110492124 A使用导电碳材料为导电碳黑、活性炭、碳微球、碳须晶、石墨粉、乙炔黑或碳纤维中的一种或多种的混合，所述导电碳材料的粒径为0.01～2.60μm。中国专利CN 110380061 A使用的导电碳粉为乙炔黑、Vulcan XC-72、Black pearls、碳纳米管、石墨烯粉末中的一种或几种的混合物。上述这些碳材料以颗粒小，比表面积大，导电良好为特点，但本身不具备介孔，无法传输反应气体。
通过上述描述可知，如何保证燃料电池气体扩散层在具备良好导电导热的特性同时，又具备良好的气体传输能力，降低高电密区间出现的传质极化，以及在低铂金载量情况下的局部严重传质极化问题，以保证燃料电池具有较好的性能，是燃料电池领域一个亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一些实施例提供了一种燃料电池气体扩散层，所述气体扩散层包括基底层和微孔层，所述微孔层是包含有1％～80％质量分数的具有50nm～300nm尺寸轮廓、内部具有2nm～50nm孔径介孔、具有凸出形状结构的碳粉材料，还含有10％～45％疏水剂，1％～79％导电剂，以及1％～30％氧化铈颗粒。
在一些实施例中，所述具有凸出形状结构的碳粉材料为珊瑚状或海星状或树枝状。
在一些实施例中，所述具有凸出形状结构的碳粉材料为经过表面改性处理的具有凸出形状结构的碳粉材料。
在一些实施例中，所述疏水剂为聚四氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的一种或几种的混合物，优选聚四氟乙烯。
在一些实施例中，所述导电剂包含但不限于碳黑、乙炔黑、科琴黑、SUPER P、碳纳米管粉末、石墨烯、Vulcan XC-72、Black pearls等其中的一种或多种。
在一些实施例中，所述氧化铈颗粒为纳米氧化铈颗粒。
在一些实施例中，所述纳米氧化铈颗粒为CeO2或Ce2O3颗粒，含量为20μg/cm2～200μg/cm2，粒径分布为15nm～199nm。
在一些实施例中，所述气体扩散层整体孔隙率大于等于50.2％。
在一些实施例中，所述气体扩散层整体孔隙率大于等于51.2％。
本申请的实施例还包括一种燃料电池气体扩散层的制备方法，用于制备如上述任一项所述的燃料电池气体扩散层，其包括步骤：步骤S11：将气体扩散层基底层(31)置于疏水剂溶液中浸泡，并放置于烘箱中加热；步骤S12：在疏水处理过的气体扩散层基底层(31)一侧上整体涂敷微孔层材料，并放置于烘箱中加热形成微孔层；以及步骤S13：将上步处理好的气体扩散层放置于301℃～399℃的烘箱中加热，充分挥发掉残留的造孔剂、分散剂和溶液；其中所述微孔层材料为具有凸出形状结构的碳粉材料的浆料。
在一些实施例中，所述浆料含有35％至70％的所述具有凸出形状结构的碳粉材料。
在一些实施例中，所述浆料含有70％树枝状碳材料ESCARBON，20％疏水剂，以及10％氧化铈颗粒，不含导电颗粒。
在一些实施例中，所述浆料含有35％树枝状碳材料ESCARBON，20％疏水剂，35％导电颗粒，以及10％氧化铈颗粒。
在一些实施例中，其中在加入所述70％树枝状碳材料ESCARBON前，用硝酸氧化法或过氯化氢氧化法对其进行表面改性。
本申请的实施例还包括一种膜电极组件，所述膜电极组件包括：依次层叠设置的阴极侧气体扩散层、阴极侧催化剂层、质子交换膜、阳极侧催化剂层以及阳极侧气体扩散层；其中，所述阴极侧气体扩散层包括如上述任意一项所述的气体扩散层；所述阳极侧的气体扩散层包括如上述任意一项所述的气体扩散层结构。
本申请的实施例还包括一种燃料电池，所述燃料电池包括如上所述任意一种的膜电极组件。
本申请提供的气体扩散层以及相应的电极组件和燃料电池具备良好导电导热的特性同时又具备增加的气体传输能力，其在高电密区间出现的传质极化的程度低，在低铂金载量情况下不易出现局部严重传质极化问题，可保证燃料电池具有较好的电化学性能。采用该气体扩散层结构制备出的膜电极以及装配成的燃料电池电堆，在大电流运行能够表现出良好的性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一般的，质子交换膜燃料电池电堆的基本构件包括：进气端板、绝缘板、集流板、极板、膜电极、浮动端板和其他附件。
极板可以分为单极板和双极板，其作用是在电池堆中隔离每个单节电池，并通过其上的通道向气体扩散层输送燃料和氧气，与此同时，还要具有较高的导电性能，从而能够向外界导出电流。
气体扩散层、催化剂层和质子交换膜构成了膜电极组件。气体扩散层位于催化剂层和极板之间，是质子交换膜燃料电池中的关键材料之一，是膜电极组件的最外层，为膜电极组件和极板提供接触，将反应物分配到催化剂层，并让反应生成物水离开电极表面，允许水在电极和流道间通过。
基于上述要求，目前成熟应用于燃料电池上的气体扩散层用材料为多孔的碳材料，如碳纸(如碳纤维纸)或碳布(如碳纤维布)，并在其一侧表面涂覆有微孔层。为改善反应气体和液态水在气体扩散层中的传输，通常对碳纸或碳布进行疏水化处理，构建疏水的气相通道。
通常为了改善气体扩散层的孔隙结构而在其表面制作的一层碳粉层，作用是降低催化剂层和气体扩散层之间的接触电阻，提供较好的孔结构和憎水性，使气体和水发生再分配，防止电极催化层“水淹”。微孔层中的疏水剂和微孔的毛细作用使微孔层具有很好的疏水和排水性能，从而为燃料电池反应提供稳定的气体通道和水通道，而微孔层中的导电碳黑则使微孔层具有优良的电子通道。它的加入实现了反应气体和反应产物水在流场和催化剂层之间的再分配，对于增强导电性、提高电极性能、增强电池运行稳定性和延长运行寿命具有重要作用。
但是，通常的微孔层使用的导电碳粉为乙炔黑、Vulcan XC-72、Black pearls、碳纳米管、石墨烯粉末，这些导电碳材料以颗粒小，比表面积大，导电良好为特点，但本身不具备介孔，无法传输反应气体。导致微孔层内部结构往往具有较低的孔隙率和较小的孔径。同时微孔层结构中存在较多的死孔，即孔洞存在，但没有不相连通，无法进出介质。当膜电极催化层产生的水汽到达微孔层时，较低的孔隙率和孔径结构差异，以及亲疏水性差异会使得水汽迅速挥发或囤积下来，造成“水淹”，从而使反应介质气体，尤其是氧气难以扩到到催化剂表面，因为由于氧气在水中的传输速率仅有在空气中的十万分之一量级，“水淹”现象会使气体传输阻力大大上升，从而抑制了燃料电池的整体性能(尤其是在高电流密度区间)。
本发明中气体扩散层包括基底层(31)和微孔层(32)，所述微孔层是包含有1％～80％质量分数的具有50nm～300nm尺寸轮廓、内部具有2nm～50nm孔径介孔、未经或经过表面改性处理的珊瑚状或海星状或树枝状或具有凸出形状结构的碳粉材料，还含有10％～45％疏水剂，1％～79％导电剂，以及1％～30％氧化铈颗粒。该具有50nm～300nm尺寸轮廓、内部具有2nm～50nm孔径介孔、经过表面改性处理的珊瑚状或海星状或树枝状或具有凸出形状结构的碳粉材料通常有烯烃气体或炔烃气体与金属材料混合制备而成，一般用作催化剂的支撑材料，是为了扩大催化剂有效的活性面积，更多暴露给反应气体。一般而言，炭黑是一种微观结构、粒子形态和表面性能都极为特殊的碳素材料，是重要的化工产品之一，但是炭黑聚集体比表面积大，粒子表面存在丰富的极性基团，粒子间内聚力非常强，存在着难分散，易凝聚等问题，在应用过程中，往往要求炭黑以微细粒子状均匀分散于基质中，否则，将降低材料性能。本发明中使用的具有超高透气性的炭黑也存在这些问题，因此，提高其在基质中的分散性是保证材料应用性能的重要环节之一。聚合物型分散剂(像聚苯乙烯.丙烯酸酯类分散荆、烯基吡啶，乙烯基眯唑、聚丙烯、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇单甲醚、羟乙基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶)是通过物理作用吸附在炭黑表面，因此存在着吸附和脱附的平衡，而脱附的存在会导致炭黑粒子在存放过程中出现返粗现象，因此，寻求炭黑的稳定分散是非常重要的。改变炭黑的表面性质是改善炭黑分散稳定性的最为直接而有效的办法。可以通过氧化处理来增加炭黑表面的羧基和酚基等含氧官能团，以达到改良炭黑对水的湿润性，提高其在水中的分散性的目的。本发明将该种结构碳粉材料先通过表面改性，然后创造性应用于燃料电池气体扩散层微孔层中，全部替代或部分替代导电剂能够从根本上增加反应气体的传输路径，提高传输效率，降低传质极化现象。氧化改性炭黑主要有三种途径，气相法，液相法和等离子法。气相法其氧化剂主要为氧气、氧气加氮氧化物、二氧化碳和臭氧等。工艺过程是先在密闭条件下通入惰性气体(如
氦气、氮气等)，然后升温至反应温度(一般为200℃～700℃)，再通入气体氧化剂；
反应完成后，通入惰性气体，冷却至室温。液相法亦称化学氧化法，是氧化剂与炭黑反应，在炭黑表面生成羰基、羟基和羧基等的改性方法。该法是炭黑工业常用的改性方法，所用的氧化剂一般是强氧化性溶液，如硝酸、过氧化氢溶液、饱和过硫酸铵溶液、高氯酸、次氯酸、异氰酸盐溶液和高锰酸钾溶液等。等离子法属物理氧化法，氧化剂主要为氧气等离子体。本发明对多孔碳表面改性结合液相氧化法进行演示说明，采用其他氧化法对多孔碳进行改性并应用于燃料电池气体扩散层的工艺也属于本发明包含范围。举例本发明实施的以硝酸氧化法和过氧化氢氧化法作为表面改性处理方法：
1，硝酸氧化法
取3.0g炭黑和50mL 65％的浓硝酸，加入250mL烧瓶中，加热至沸腾，回流反应一定时间后，将混合物过滤，120℃干燥。
2，过氯化氢氧化炭黑
炭黑的过氧化氢溶液氧化采取反复氧化的办法，取3.0g炭黑和100mL 30％的过氧化氢溶液，放入250mL三口烧瓶中，搅拌，加热，回流反应5小时，将混合物过滤，100℃干燥。产物称为一次氧化炭黑。取这样的氧化炭黑重复氧化步骤，得到二次氧化炭黑。
将上述氧化后的炭黑充分洗涤，直至滤液为中性(即将反应所用的氧化剂完全洗涤去除)，120℃干燥。取10mg干燥的氧化炭黑，加入到0.05mol/L NaOH溶液中，磁力搅拌24小时，精确量取滤液10mL，以酚酞为指示剂，用HCI溶液进行滴定，得到滤液的浓度，通过计算碱液的消耗量确定氧化后炭黑表面的酸性，即表面增加亲水性官能团的数量。
如图1所示，为本发明制备得到的气体扩散层组装成的燃料电池膜电极各组成部分的说明：附图标记1为质子交换膜，标记21为阳极侧催化剂层，22为阴极侧催化剂层，标记31为气体扩散层基底层，标记32为气体扩散层水热平衡层，标记33为气体扩散层微孔层。其中，所述气体扩散层的微孔层被配置为靠近所述阳极侧催化剂层或阴极侧催化剂层。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种气体扩散层的制备方法的流程示意图，该制备方法包括：
步骤S11：将气体扩散层基底层(31)置于疏水剂溶液中浸泡，并放置于烘箱中加热，可选地重复此步骤多次，使得疏水剂含量达到设计范围；
步骤S12：在疏水处理过的气体扩散层基底层(31)一侧上整体涂敷微孔层，并放置于烘箱中加热形成微孔层，可选重复此步骤多次，使得微孔层(32)厚度达到设计范围；
步骤S13：将上步处理好的气体扩散层放置于301℃～399℃的烘箱中加热，充分挥发掉残留的造孔剂、分散剂和溶液。
如图3所示为本发明实施例一和实施例二中所使用树枝状碳粉的SEM图片，该树枝状碳粉为市售商品
如图4所示，依据本发明制备的气体扩散层(实施例一、实施例二)与一般工艺制备的气体扩散层(实施例三)，在其余因素一致的条件下，组装成燃料电池电堆，进行的性能测试结果对比。从图中可知，实施例一含有70％树枝状碳材料ESCARBON
，20％疏水剂，不含导电颗粒，以及10％氧化铈颗粒的样品表现出的电化学性能优于实施例三。实施例二含有35％树枝状碳材料ESCARBON
，20％疏水剂，35％导电颗粒，以及10％氧化铈颗粒的样品表现出的电化学性能亦优于实施例三。
下面结合具体实施例，将采用本申请技术方案所述气体扩散层(实施例一、实施例二)与一般工艺制备的气体扩散层(实施例三)，在其余因素一致的条件下，组装成燃料电池电堆，进行性能对比说明。
实施一：称取0.25g纳米氧化铈(CeO)颗粒，1.75g做过表面改性的碳材料ESCARBON
、含有3.15g草酸铵的60mL水溶液、20％的PTFE(聚四氟乙烯)稀释液1.75g，倒入一定量异丙醇水溶液中，搅拌均匀制成粘度在300cp的浆料；将该浆料涂覆在经疏水处理过的碳纸(选用Toray H060碳纸)；然后放置于烘箱中干燥，除去易挥发组分。将上述涂覆微孔层的气体扩散层放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温，最终于340℃焙烧60min，待炉温降温至室温后取出气体扩散层，完成制备。
按照下述微孔层孔隙率测试方法，测定该实施例制备出的气体扩散层整体孔隙率为52.1％，厚度为225μm。
实施二：称取0.25g纳米氧化铈(CeO)颗粒，0.88g做过表面改性的碳材料ESCARBON
、0.88g乙炔黑、含有3.15g草酸铵的60mL水溶液、20％的PTFE(聚四氟乙烯)稀释液1.75g，倒入一定量异丙醇水溶液中，搅拌均匀制成粘度在300cp的浆料；将该浆料涂覆在经疏水处理过的碳纸(选用Toray H060碳纸)；然后放置于烘箱中干燥，除去易挥发组分。将上述涂覆微孔层的气体扩散层放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温，最终于340℃焙烧60min，待炉温降温至室温后取出气体扩散层，完成制备。
按照下述微孔层孔隙率测试方法，测定该实施例制备出的气体扩散层整体孔隙率为51.2％，厚度为227μm。
实施三：称取0.25g纳米氧化铈(CeO)颗粒，1.75g未做过表面改性的碳材料ESCARBON
、含有3.15g草酸铵的60mL水溶液、20％的PTFE(聚四氟乙烯)稀释液1.75g，倒入一定量异丙醇水溶液中，搅拌均匀制成粘度在300cp的浆料；将该浆料涂覆在经疏水处理过的碳纸(选用Toray H060碳纸)；然后放置于烘箱中干燥，除去易挥发组分。将上述涂覆微孔层的气体扩散层放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温，最终于340℃焙烧60min，待炉温降温至室温后取出气体扩散层，完成制备。
按照下述微孔层孔隙率测试方法，测定该实施例制备出的气体扩散层整体孔隙率为50.2％，厚度为232μm。
实施四：称取0.25g纳米氧化铈(CeO)颗粒，1.75g乙炔黑、含有3.15g草酸铵的60mL水溶液、20％的PTFE(聚四氟乙烯)稀释液1.75g，倒入一定量异丙醇水溶液中，搅拌均匀制成粘度在300cp的浆料；将该浆料涂覆在经疏水处理过的碳纸(选用Toray H060碳纸)；然后放置于烘箱中干燥，除去易挥发组分。将上述涂覆微孔层的气体扩散层放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温，最终于340℃焙烧60min，待炉温降温至室温后取出气体扩散层，完成制备。
按照下述微孔层孔隙率测试方法，测定该实施例制备出的气体扩散层整体孔隙率为49.5％，厚度为223μm。
本发明实施例中采用浸渍法测量微孔层的孔隙率。首先将面积为a，厚度为b1，做过疏水处理的气体扩散层基底层称重为ε1，置于癸烷中浸泡至重量恒定，其中采用癸烷为润湿液,由于其低表面能,能浸入扩散层基底层的全部孔中,利用称重法确定浸泡前后扩散层的质量ε2。再将面积同样为a，厚度为b2制备好的扩散层(包括基底层和微孔层)称重为ε3，置于癸烷中浸泡至重量恒定,利用称重法确定浸泡前后扩散层(包括基底层和微孔层)称重为ε4，通过以下公式可以计算微孔层孔隙率
将上述两个样品分别组装成活性区域面积为200cm2的质子交换膜燃料电池。图4数据的检测环境为：阴极入口压力与阳极入口压力相同，阳极入口气体湿度为40％，阴极入口气体湿度为0％，其他操作条件相同。从图中燃料电池的测试结果分析来看，添加了经过表面改性的碳材料ESCARBON
的实施例一和实施例二的电池表现出较好的性能，达到较高的电化学性能。实施例三的中添加的碳材料ESCARBON
未经过表面改性处理，在实验过程中发现有明显的分散不均匀情况，图4中的极化曲线性能相较实施例一和二性能较低。而仅使用一般炭黑作为导电剂的实施例四，整体电池电压较低，且较早出现传质极化现象，在高电密区域尤其明显。
可以选用Ce2O3替代上述实施例中的CeO，本领域一般技术人员可调整对应地调整用量。
可见，本申请提供的气体扩散层以及相应的电极组件和燃料电池具备良好导电导热的特性同时又具备增加的气体传输能力，其在高电密区间出现的传质极化的程度低，在低铂金载量情况下不易出现局部严重传质极化问题，可保证燃料电池具有较好的电化学性能。采用该气体扩散层结构制备出的膜电极以及装配成的燃料电池电堆，在大电流运行能够表现出良好的性能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本申请具体公开了如下示例：
1、一种燃料电池气体扩散层，其特征在于：所述气体扩散层包括基底层(31)和微孔层(32)，所述微孔层是包含有1％～80％质量分数的具有50nm～300nm尺寸轮廓、内部具有2nm～50nm孔径介孔、具有凸出形状结构的碳粉材料，还含有10％～45％疏水剂，1％～79％导电剂，以及1％～30％氧化铈颗粒。
2、根据示例1的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述具有凸出形状结构的碳粉材料为珊瑚状或海星状或树枝状。
3、根据示例1或2的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述具有凸出形状结构的碳粉材料为经过表面改性处理的具有凸出形状结构的碳粉材料。
4.根据示例1的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述疏水剂为聚四氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的一种或几种的混合物，优选聚四氟乙烯。
5.根据示例1的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述导电剂包含但不限于碳黑、乙炔黑、科琴黑、SUPER P、碳纳米管粉末、石墨烯、Vulcan XC-72、Black pearls等其中的一种或多种。
6.根据示例1的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述氧化铈颗粒为纳米氧化铈颗粒。
7、根据示例6的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述纳米氧化铈颗粒为CeO2或Ce2O3颗粒，含量为20μg/cm2～200μg/cm2，粒径分布为15nm～199nm。
8、根据示例1至7中任意一项所述的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述气体扩散层整体孔隙率大于等于50.2％。
9、根据示例8所述的燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：所述气体扩散层整体孔隙率大于等于51.2％。
10、一种燃料电池气体扩散层的制备方法，用于制备如示例1～9中任一项所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于：
步骤S11：将气体扩散层基底层(31)置于疏水剂溶液中浸泡，并放置于烘箱中加热；
步骤S12：在疏水处理过的气体扩散层基底层(31)一侧上整体涂敷微孔层材料，并放置于烘箱中加热形成微孔层(32)；以及
步骤S13：将上步处理好的气体扩散层放置于301℃～399℃的烘箱中加热，充分挥发掉残留的造孔剂、分散剂和溶液；
其中所述微孔层材料为具有凸出形状结构的碳粉材料的浆料。
11、根据示例9所述的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于：所述浆料含有35％至70％的所述具有凸出形状结构的碳粉材料。
12、根据示例11所述的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于：所述浆料含有70％树枝状碳材料ESCARBON，20％疏水剂，以及10％氧化铈颗粒，不含导电颗粒。
13、根据示例11所述的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于：所述浆料含有35％树枝状碳材料ESCARBON，20％疏水剂，35％导电颗粒，以及10％氧化铈颗粒。
14、根据示例11所述的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于：其中在加入所述70％树枝状碳材料ESCARBON前，用硝酸氧化法或过氯化氢氧化法对其进行表面改性。
15、一种膜电极组件，其特征在于，所述膜电极组件包括：
依次层叠设置的阴极侧气体扩散层(3)、阴极侧催化剂层(21)、质子交换膜(1)、阳极侧催化剂层(22)以及阳极侧气体扩散层(3)；
其中，所述阴极侧气体扩散层(3)包括如示例1～9中任意一项所述的气体扩散层；所述阳极侧的气体扩散层(3)包括如示例1～9中任意一项所述的气体扩散层结构。
16、一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括：如示例15所述的膜电极组件。
Claims (4)
1.一种燃料电池气体扩散层，其特征在于：所述气体扩散层包括基底层(31)和微孔层(32)，所述微孔层是包含有1％～80％质量分数的具有50nm～300nm尺寸轮廓、内部具有2nm～50nm孔径介孔、具有凸出形状结构的碳粉材料，还含有10％～45％疏水剂，1％～79％导电剂，以及1％～30％氧化铈颗粒。
2.一种燃料电池气体扩散层的制备方法，用于制备如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于：
步骤S11：将气体扩散层基底层(31)置于疏水剂溶液中浸泡，并放置于烘箱中加热；
步骤S12：在疏水处理过的气体扩散层基底层(31)一侧上整体涂敷微孔层材料，并放置于烘箱中加热形成微孔层(32)；以及
步骤S13：将上步处理好的气体扩散层放置于301℃～399℃的烘箱中加热，充分挥发掉残留的造孔剂、分散剂和溶液；
其中所述微孔层材料为具有凸出形状结构的碳粉材料的浆料。
3.一种膜电极组件，其特征在于，所述膜电极组件包括：
依次层叠设置的阴极侧气体扩散层(3)、阴极侧催化剂层(21)、质子交换膜(1)、阳极侧催化剂层(22)以及阳极侧气体扩散层(3)；
其中，所述阴极侧气体扩散层(3)包括如权利要求1所述的气体扩散层；所述阳极侧的气体扩散层(3)包括如权利要求1所述的气体扩散层结构。
4.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括：如权利要求33所述的膜电极组件。
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