CN217933858U - 一种气体扩散层及高温燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种气体扩散层及高温燃料电池，该气体扩散层包括多孔碳纤维基底和设置于多孔碳纤维基底外侧面上的微孔层；所述多孔碳纤维基底包括多个基底等级区间；以靠近所述高温燃料电池空气入口的基底等级区间为基底起始区间，多个所述基底等级区间为气体传输速度和气体浓度自所述基底起始区间起逐级递减的区间；所述微孔层包括多个与所述基底等级区间匹配的孔层等级区间；以靠近所述高温燃料电池空气入口的孔层等级区间为孔层起始区间，多个所述孔层等级区间的浆料孔径自所述孔层起始区间起逐级递增，多个所述孔层等级区间的浆料致密度自所述孔层起始区间起逐级递减。本申请还提供一种高温燃料电池。本申请结构能够实现气体的均匀分配。

Description

一种气体扩散层及高温燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种气体扩散层及高温燃料电池。

背景技术

氢气是一种来源丰富、绿色低碳的二次能源，发展氢能有助于我国能源结构的转型升级和节能减排目标的实现。燃料电池是利用氢能最理想的发电装置。目前，商业化燃料电池主要采用全氟磺酸质子交换膜，工作温度一般不超过80℃，因此存在催化剂对CO耐受性较差、PEM需增湿才能保持质子传导能力、阴极水管理复杂、需在极板上加工复杂流道进行水气传输等缺点。而高温质子交换膜燃料电池因其工作温度高于100℃(通常在100℃～200℃)，具有催化活性高、CO耐受性和水热管理简单等优点，因此可以使用甲醇重整气等氢气源，且在高温状态下水基本为气态，从而对极板流道设计及气体扩散层排水要求降低，这些优点都使得高温燃料电池成为最新研究热点。

专利申请CN113241448A公开了一种质子交换膜燃料电池梯度微孔气体扩散层及其制备方法，通过对微孔层进行“纵向’孔径梯度化设计，采用两层或三层不同孔径的微孔层来实现更优水管理并提高燃料电池性能。但是，该申请的方案未从根本上解决极板流道加工困难以及极板过厚的问题，且对燃料电池性能的提升不高，主要适用于低温燃料电池。

专利申请CN114005992A公开了一种高温燃料电池单电池及电堆，其采用阴极气体传输层(泡沫铜、泡沫镍等)代替原阴极流道结构和气体扩散层，避免了极板过厚和流道加工困难问题，但是该方案不能彻底解决气体出入口浓度差异问题，且泡沫镍等材料因需保证一定程度的疏松结构使得结构过厚，对燃料电池密封存在较大挑战。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供一种气体扩散层，旨在解决现有的极薄无流场极板的高温燃料电池流道加工难度大、气体传输与分配不均匀、高温燃料电池的体积功率密度和质量功率密度不高等问题。本申请结构能够避免极板流道加工难度大、反应气体分布不均匀等问题，可以实现更优的燃料电池性能。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种气体扩散层，用于高温燃料电池，包括多孔碳纤维基底和设置于所述多孔碳纤维基底外侧面上的微孔层；

所述多孔碳纤维基底包括多个基底等级区间；以靠近所述高温燃料电池空气入口的基底等级区间为基底起始区间，多个所述基底等级区间为气体传输速度和气体浓度自所述基底起始区间起逐级递减的区间；

所述微孔层包括多个与所述基底等级区间相匹配的孔层等级区间；以靠近所述高温燃料电池空气入口的孔层等级区间为孔层起始区间，多个所述孔层等级区间的浆料孔径自所述孔层起始区间起逐级递增，多个所述孔层等级区间的浆料致密度自所述孔层起始区间起逐级递减。

作为优选的实施方式，所述孔层起始区间设置于所述基底起始区间的外侧。

作为优选的实施方式，所述等级区间设置有3～9个。

作为优选的实施方式，所述微孔层的厚度为20μm～120μm。

作为优选的实施方式，所述微孔层通过喷涂、丝网印刷或刮涂等方式设置于所述多孔碳纤维基底外侧面上。

作为优选的实施方式，所述多孔碳纤维基底为经疏水处理的碳纤维基底。

作为优选的实施方式，所述多孔碳纤维基底为碳纸或碳布。

作为优选的实施方式，所述浆料中含有PTFE、碳材料和有机溶剂；所述PTFE与所述碳材料的质量比为1:6～1:2，所述PTFE与所述有机溶剂的质量比为1:3～1:5；以所述浆料的质量为100％计，所述PTFE的质量浓度10％～50％。

作为优选的实施方式，所述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇和正丙醇中的一种或至少两种的混合物。

作为优选的实施方式，所述浆料包括第一浆料、第二浆料、第三浆料、第四浆料、第五浆料、第六浆料、第七浆料、第八浆料和第九浆料中的一种或至少两种的混合物。

作为优选的实施方式，所述第一浆料为乙炔黑微孔层浆料；所述第二浆料为乙炔黑与Asbury850的复合微孔层浆料；所述第三浆料为Asbury 850微孔层浆料；所述第四浆料为Asbury 850与EC300的复合微孔层浆料；所述第五浆料为EC300微孔层浆料；所述第六浆料为EC300与Vclcan xc-72的复合微孔层浆料；所述第七浆料为Vclcan xc-72微孔层浆料；所述第八浆料为Vclcan xc-72与碳纳米管的复合微孔层浆料；所述第九浆料为碳纳米管微孔层浆料。

所述第一浆料、所述第三浆料、所述第五浆料、所述第七浆料和所述第九浆料的浓度均为5～25wt％；所述第二浆料、所述第四浆料、所述第六浆料和所述第八浆料的浓度均为5～25wt％，且所述复合微孔层浆料中的两种碳材料的质量配比为1:5～5:1；所述浓度为浆料中含有碳材料的质量浓度。

所述气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S01、根据多孔碳纤维基底的基底等级区间数量，选择相应数量的浆料种类，并分别将浆料涂覆至相应的基底等级区间外侧面上，得到涂覆微孔层的气体扩散层；涂覆厚度为20μm～120μm；

S02、将步骤S01涂覆微孔层的气体扩散层于30℃～80℃干燥后，然后于300℃～450℃烧结30min～120min，得到气体扩散层。

一种高温燃料电池，由上述所述气体扩散层制备得到。在本申请中，所述高温燃料电池指的是使用温度在100℃～150℃的燃料电池。

在所述高温燃料电池结构中，以靠近所述高温燃料电池空气入口的基底等级区间为基底起始区间，多个所述基底等级区间的气体传输速度和气体浓度自所述基底起始区间起逐级递减。

与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：

本申请通过对气体扩散层中的微孔层进行横向梯度化设置，能够有效优化气体扩散层内气体的均匀分配，有效保证各反应区域气体的均匀性，使电池表现更优的稳定性和耐久性，解决了极板无流道的高温燃料电池的气体均匀传输问题。其制备方法简单，可操作性较强，同时也避免了流道加工难度大、成本高的问题。本申请的气体扩散层允许双极板薄层化，可大幅降低成本并有效提高燃料电池的单位功率密度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的气体扩散层的横向剖面结构示意图；

图2为图1的气体扩散层的微孔层的结构示意图；

图3为分别由实例1-3与对比例1的气体扩散层制得的燃料电池的性能测试结果图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

气体扩散层在燃料电池中主要起支撑催化层、导气排水和传递电流的重要作用。为进一步减轻电堆重量、提高高温燃料电池的体积功率密度和质量功率密度，本实用新型针对极板上无流道设计的高温燃料电池，在极薄无流场极板的基础上，通过优化气体扩散层的结构来实现气体的传输与分配，一方面避免了极板流道加工难度大的难题，同时也解决了反应气体分布不均问题，能够实现更优的电池性能。

为实现上述目的，如图1至图2所示，本实用新型实施例提供一种气体扩散层，用于高温燃料电池，包括多孔碳纤维基底10和设置于所述多孔碳纤维基底外侧面上的微孔层20；

所述多孔碳纤维基底10包括多个基底等级区间11；以靠近所述高温燃料电池空气入口的基底等级区间11为基底起始区间A，多个所述基底等级区间11为气体传输速度和气体浓度自所述基底起始区间A起逐级递减的区间；

所述微孔层20包括多个与所述基底等级区间11相匹配的孔层等级区间21；以靠近所述高温燃料电池空气入口的孔层等级区间21为孔层起始区间B，多个所述孔层等级区间21的浆料孔径自所述孔层起始区间B起逐级递增，多个所述孔层等级区间21的浆料致密度自所述孔层起始区间B起逐级递减。

作为优选的实施方式，所述孔层起始区间21设置于所述基底起始区间11的外侧。

作为优选的实施方式，所述等级区间11设置有3～9个。这样，能够很好的保证气体分配的均匀和气体反应的效率，有利于提高电池使用的稳定性和耐久性。

作为优选的实施方式，所述微孔层20的厚度为20μm～120μm。微孔层能够降低催化层和基底层之间的接触电阻，使气体和水发生再分配，防止电极催化层“水淹”，同时防止催化层在制备过程中渗漏到基底层。通过控制所述微孔层20的厚度为20μm～120μm，使得气体的传质阻力较低，能够很好的保证气体传递的效率，且不会发生催化剂渗漏。如果微孔层20的厚度小于20μm，容易发生催化剂渗漏的情况；如果微孔层20的厚度大于120μm，则气体的传递路径太长，传质阻力较大，传质极化严重。

作为优选的实施方式，所述微孔层20通过喷涂、丝网印刷或刮涂等方式设置于所述多孔碳纤维基底10外侧面上。

作为优选的实施方式，所述多孔碳纤维基底为经疏水处理的碳纤维基底。

作为优选的实施方式，所述多孔碳纤维基底为碳纸或碳布。

作为优选的实施方式，所述浆料中含有PTFE、碳材料和有机溶剂；所述PTFE与所述碳材料的质量比为1:6～1:2，所述PTFE与所述有机溶剂的质量比为1:3～1:5；以所述浆料的质量为100％计，所述PTFE的质量浓度10％～50％。

作为优选的实施方式，所述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇和正丙醇中的一种或至少两种的混合物。有机溶剂主要作为分散剂进行使用。

作为优选的实施方式，所述浆料包括第一浆料、第二浆料、第三浆料、第四浆料、第五浆料、第六浆料、第七浆料、第八浆料和第九浆料中的一种或至少两种的混合物。

作为优选的实施方式，所述第一浆料为乙炔黑微孔层浆料；所述第二浆料为乙炔黑与Asbury850的复合微孔层浆料；所述第三浆料为Asbury 850微孔层浆料；所述第四浆料为Asbury 850与EC300的复合微孔层浆料；所述第五浆料为EC300微孔层浆料；所述第六浆料为EC300与Vclcan xc-72的复合微孔层浆料；所述第七浆料为Vclcan xc-72微孔层浆料；所述第八浆料为Vclcan xc-72与碳纳米管的复合微孔层浆料；所述第九浆料为碳纳米管微孔层浆料。

所述第一浆料、所述第三浆料、所述第五浆料、所述第七浆料和所述第九浆料的浓度均为5～25wt％；所述第二浆料、所述第四浆料、所述第六浆料和所述第八浆料的浓度均为5～25wt％，且所述复合微孔层浆料中的两种碳材料的质量配比为1:5～5:1；所述浓度为浆料中含有碳材料的质量浓度。

所述气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S01、根据多孔碳纤维基底的基底等级区间数量，选择相应数量的浆料种类，并分别将浆料涂覆至相应的基底等级区间外侧面上，得到涂覆微孔层的气体扩散层；涂覆厚度为20μm～120μm；

S02、将步骤S01涂覆微孔层的气体扩散层于30℃～80℃干燥后，然后于300℃～450℃烧结30min～120min，得到气体扩散层。

一种高温燃料电池，由上述所述气体扩散层制备得到。

在所述高温燃料电池结构中，以靠近所述高温燃料电池空气入口的基底等级区间为基底起始区间，多个所述基底等级区间的气体传输速度和气体浓度自所述基底起始区间起逐级递减。

在本申请中，所述高温燃料电池指的是使用温度在100℃～150℃的燃料电池。

本申请通过对气体扩散层中的微孔层进行横向梯度化设置，能够有效优化气体扩散层内气体的均匀分配，有效保证各反应区域气体的均匀性，使电池表现更优的稳定性和耐久性，解决了极板无流道的高温燃料电池的气体均匀传输问题。其制备方法简单，可操作性较强，同时也避免了流道加工难度大、成本高的问题。本申请的气体扩散层允许双极板薄层化，可大幅降低成本并有效提高燃料电池的单位功率密度。

实例1

一种气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S01、取经疏水处理后的碳纸，裁剪成5cm*10cm，将碳纸沿长边方向划分成1、2、3三个区域；

S02、采用局部覆膜遮挡方式，分别对各区域进行微孔层喷涂，得到涂覆微孔层的气体扩散层；喷涂厚度均为50um；其中：

区域1喷涂乙炔黑和Asbury850复合微孔层浆料(第二浆料)，浆料中碳材料总质量分数为15％wt，Asbury:乙炔黑＝1:3(质量比)，加入15％PTFE溶液，PTFE与碳材料质量比为1:6，无水乙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇＝1:3(质量比)；

区域2喷涂EC300微孔层浆料(第五浆料)，EC300浓度为10％，加入25％PTFE，PTFE:EC300＝1:2(质量比)，异丙醇、乙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇:异丙醇＝1:2.5:2.5(质量比)；

区域3喷涂Vclcan xc-72微孔层浆料(第七浆料)，Vclcan xc-72浓度为8％，采用15％PTFE溶液，PTFE:Vclcan xc-72＝1:3(质量比)，无水乙醇做分散剂，PTFE:无水乙醇＝1:5(质量比)；

S03、将涂覆微孔层的气体扩散层置于50℃干燥后，于300℃马弗炉中烧结60min，取出，得到气体扩散层。

将相同气体扩散层分别贴合到CCM两侧，其中浆料编号偏小的一端靠近极板进气端、浆料编号大的一端靠近极板气体出口端，使用配套夹具或装置等完成装配。

实例2

一种气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S01、取经疏水处理后的碳纸，裁剪成10cm*25cm，将阴极碳纸沿长边方向划分成1、2、3、4、5五个区域；将阳极碳纸沿长边划分为1、2、3三个区域；

S02、采用丝网印刷方式分别在阴极碳纸各区域涂覆微孔层，得到涂覆微孔层的阴极气体扩散层；微孔层厚度为100um；其中：

区域1丝网印刷乙炔黑微孔层浆料(第一浆料)，乙炔黑浓度为10％wt，采用18％PTFE溶液，PTFE:乙炔黑＝1:3(质量比)，异丙醇为分散剂，PTFE：异丙醇＝1:5(质量比)；

区域2丝网印刷Asbury850与乙炔黑复合微孔层浆料(第二浆料)，浆料中碳材料总质量分数为20％，Asbury850:乙炔黑＝1:1(质量比)，加入10％PTFE，PTFE与碳材料质量比为1:4，乙醇为分散剂，PTFE：无水乙醇＝1:3.5(质量比)；

区域3丝网印刷EC300与Vclcanxc-72复合微孔层浆料(第六浆料)，EC300:Vclcanxc-72＝1:1(质量比),碳材料质量分数为25％，采用50％PTFE溶液，PTFE与碳材料质量比为1:4，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:4(质量比)；

区域4丝网印刷Vclcan xc-72微孔层浆料(第七浆料)，Vclcan xc-72浓度为8％，采用15％PTFE溶液，PTFE:Vclcan xc-72＝1:3(质量比)，无水乙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇＝1:5(质量比)；

区域5丝网印刷碳纳米管微孔层浆料(第九浆料)，碳纳米管浓度为20％，采用30％PTFE溶液，PTFE:碳纳米管＝1:5(质量比)，无水乙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇＝1:4(质量比)；

将涂覆微孔层的阴极气体扩散层置于70℃干燥后，于350℃马弗炉中烧结45min，取出，得到阴极气体扩散层；

采用刮涂方法分别在阳极碳纸三个区域刮涂65μm厚的微孔层浆料；其中：

区域1刮涂乙炔黑与Asbury850复合微孔层浆料(第二浆料)，其中碳材料质量分数为18％，Asbury850:乙炔黑＝1:1.5(质量比)，加入30％PTFE，PTFE与碳材料质量比为1:6，乙醇与异丙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇:异丙醇＝1:3:2(质量比)；

区域2刮涂Asbury850与EC300复合微孔层浆料(第六浆料)，碳材料质量分数为17％，Asbury850:EC300＝1:5(质量比)，采用24％PTFE溶液，PTFE与碳材料质量比为1:2，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:3(质量比)；

区域3刮涂碳纳米管微孔层浆料(第九浆料)，碳纳米管浓度为15％，采用15％PTFE溶液，PTFE:碳纳米管＝1:6(质量比)，丙三醇为分散剂，PTFE:丙三醇＝1:4(质量比)；

将涂覆微孔层的阳极气体扩散层置于45℃干燥后，于400℃马弗炉中烧结90min，取出，得到阳极气体扩散层；

将上述阳极气体扩散层、阳极气体扩散层分别贴合到CCM的阴、阳极两侧，其中浆料编号偏小的一端靠近极板进气端，浆料编号大的一端靠近极板气体出口端，使用配套夹具或装置等完成装配。

实例3

一种气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S01、取经疏水处理后的碳纸，裁剪成9cm*20cm，将阴极碳纸沿长边方向划分成1、2、3、4、5、6、7七个区域；将阳极碳纸沿长边划分为1、2、3、4、5、6七个区域；

S02、采用刮涂方式分别在阴极碳纸各区域涂覆微孔层，微孔层厚度为120μm；其中：

区域1刮涂乙炔黑微孔层浆料(第一浆料)，其中乙炔黑含量为15％wt，采用50％PTFE溶液，PTFE:乙炔黑＝1:4.5(质量比)，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:3(质量比)；

区域2刮涂Asbury850微孔层浆料(第三浆料)，Asbury850浓度为17％，采用18％PTFE溶液，PTFE:Asbury850＝1:3(质量比)，无水乙醇与正丙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇：正丙醇＝1:2:2(质量比)；

区域3刮涂EC300微孔层浆料(第五浆料)，EC300质量分数为8％，采用36％PTFE溶液，PTFE:EC300＝1:6(质量比)，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:3(质量比)；

区域4刮涂EC300与Vclcan xc-72复合微孔层浆料(第六浆料)，碳材料浓度为22％，EC300:Vclcan xc-72＝3:1(质量比)，采用42％PTFE溶液，PTFE与碳材料质量比为1:2，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:5(质量比)；

区域5刮涂Vclcan xc-72微孔层浆料(第七浆料)，Vclcan xc-72浓度为20％，采用42％PTFE溶液，PTFE:Vclcan xc-72＝1:2(质量比)，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:3(质量比)；

区域6刮涂Vclcan xc-72与碳纳米管微孔层浆料(第八浆料)，碳材料浓度为16％，Vclcan xc-72：碳纳米管＝1:1(质量比)，采用18％PTFE溶液，PTFE:碳材料＝1:3(质量比)，正丙醇为分散剂，PTFE:正丙醇＝1:2.8(质量比)；

区域7刮涂碳纳米管微孔层浆料(第九浆料)，碳纳米管质量分数为18％，采用36％PTFE溶液，PTFE:碳纳米管＝1:5(质量比)，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:3(质量比)；

将涂覆微孔层的阴极气体扩散层置于80℃干燥后，于450℃马弗炉中烧结30min，取出，得到阴极气体扩散层；

采用喷涂方法分别在阳极碳纸各区域喷涂120μm微孔层浆料；其中：

区域1喷涂乙炔黑微孔层浆料(第一浆料)，乙炔黑含量为18％wt，采用18％PTFE溶液，PTFE:乙炔黑＝1:5(质量比)，正丙醇为分散剂，PTFE:正丙醇＝1:5(质量比)；

区域2喷涂Asbury850与乙炔黑复合微孔层浆料(第二浆料)，其中碳材料质量分数为25％，Asbury：乙炔黑＝1:2.6(质量比)，加入45％PTFE，PTFE与碳材料质量比为1:6，乙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇＝1:4.8(质量比)；

区域3喷涂EC300微孔层浆料(第五浆料)，EC300浓度为10％，采用30％PTFE溶液，PTFE:EC300＝1:3.5(质量比)，无水乙醇、异丙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇:异丙醇＝1:4:1(质量比)；

区域4喷涂EC300与Vclcan xc-72复合微孔层浆料(第六浆料)，碳材料浓度为12％，EC300:Vclcan xc-72＝2.5:1(质量比)，采用50％PTFE溶液，PTFE与碳材料质量比为1:2，正丙醇为分散剂，PTFE:正丙醇＝1:5(质量比)；

区域5喷涂Vclcan xc-72微孔层浆料(第七浆料)，Vclcan xc-72浓度为10％，采用26％PTFE溶液，PTFE:Vclcan xc-72＝1:2.8(质量比)，异丙醇为分散剂，PTFE:异丙醇＝1:5(质量比)；

区域6喷涂碳纳米管微孔层浆料(第九浆料)，碳纳米管质量分数为17％，采用36％PTFE溶液，PTFE:碳纳米管＝1:5(质量比)，无水乙醇为分散剂，PTFE:无水乙醇＝2:3(质量比)；

将涂覆微孔层的阳极气体扩散层置于80℃干燥后，于450℃马弗炉中烧结30min，取出，得到阳极气体扩散层；

将上述阴极气体扩散层、阳极气体扩散层分别贴合到CCM的阴、阳极两侧，其中浆料编号偏小的一段靠近极板进气端，浆料编号大的一端靠近极板气体出口端，使用相关夹具或装置等完成装配。

对比例1

一种气体扩散层的制备方法，包括如下步骤：

S01、取经疏水处理后的碳纸，裁剪成5cm*10cm；

S02、采用喷涂方法在碳纤维基底上涂覆复合微孔层，微孔层厚度为50μm；其中：

浆料中所有碳材料质量分数为18％，Asbury850:EC300＝1:1.5(质量比)，加入30％PTFE，PTFE与碳材料质量比为1:6，乙醇与异丙醇为分散机，PTFE:无水乙醇:异丙醇＝1:3:2(质量比)；

S03、将喷涂好的气体扩散层置于50℃干燥后，于300℃马弗炉中烧结60min，取出，得到气体扩散层；

将相同气体扩散层分别贴合到CCM两侧，使用相关夹具或装置等完成装配。

将实例1-3以及对比例1制备得到的气体扩散层装配到电池中进行性能测试，测试结果如图3所示。从图3可以看出，相比于对比例1，本申请实施例能够有效优化气体扩散层内气体的均匀分配，可以有效提高燃料电池的单位功率密度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种气体扩散层，其特征在于，用于高温燃料电池，包括多孔碳纤维基底和设置于所述多孔碳纤维基底外侧面上的微孔层；

所述多孔碳纤维基底包括多个基底等级区间；以靠近所述高温燃料电池空气入口的基底等级区间为基底起始区间，多个所述基底等级区间为气体传输速度和气体浓度自所述基底起始区间起逐级递减的区间；

所述微孔层包括多个与所述基底等级区间相匹配的孔层等级区间；以靠近所述高温燃料电池空气入口的孔层等级区间为孔层起始区间，多个所述孔层等级区间的浆料孔径自所述孔层起始区间起逐级递增，多个所述孔层等级区间的浆料致密度自所述孔层起始区间起逐级递减。

2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述孔层起始区间设置于所述基底起始区间的外侧。

3.根据权利要求2所述的气体扩散层，其特征在于，所述等级区间设置有3～9个。

4.根据权利要求3所述的气体扩散层，其特征在于，所述微孔层的厚度为20μm～120μm。

5.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述多孔碳纤维基底为经疏水处理的碳纤维基底。

6.根据权利要求5所述的气体扩散层，其特征在于，所述多孔碳纤维基底为碳纸或碳布。

7.一种高温燃料电池，其特征在于，由权利要求1至6任一项所述的气体扩散层制备得到。

8.根据权利要求7所述的高温燃料电池，其特征在于，所述高温燃料电池为使用温度在100℃～150℃的燃料电池。

Images