【技術實現步驟摘要】
本申請涉及復合氣體擴散層，尤其涉及一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層及其制備方法和應用。
技術介紹
1、復合氣體擴散層在整個質子交換膜燃料電池中起到反應物傳輸、水傳輸、電子傳導、熱傳導和機械支撐的作用，但是由于復合氣體擴散層的主要是由碳纖維和炭黑所組成的，這些原料的缺點是容易受到碳氧化腐蝕，而碳纖維和炭黑的碳在酸性環境中會發生氧化反應；另外在質子交換膜燃料電池在普通發電過程中，碳纖維和炭黑的碳也會發生氧化反應；并且當燃料不足或啟停操作時，這會導致質子交換膜燃料電池的電極電位急劇增加，致使質子交換膜燃料電池的電極電位處于較高的水平，而處于較高水平的質子交換膜燃料電池會促使碳纖維和炭黑的碳被劇烈氧化腐蝕，這對質子交換膜燃料電池造成不可逆的損害，影響質子交換膜燃料電池的使用壽命。另外碳纖維和炭黑的碳被氧化腐蝕之后，復合氣體擴散層的厚度和機械強度都會降低，并且隨著碳的氧化腐蝕加劇，氣體擴散層中心區域的碳纖維和石墨的碳會逐漸丟失或者被降解，以在氣體擴散層中心區域形成大孔，從而影響氣體擴散層的孔徑分布，甚至會導致復合氣體擴散層的孔結構坍塌，降低復合氣體擴散層的水管理能力。因此質子交換膜燃料電池的極限電位和酸性環境會使得復合氣體擴散層的退化是不可避免的。
2、雖然目前有在質子交換膜燃料電池的復合氣體擴散層表面涂覆耐腐蝕層，以減輕甚至避免復合氣體擴散層中碳纖維和炭黑的碳被腐蝕，但是這些耐腐蝕層會遮蓋微孔層的大部分孔隙，會影響復合氣體擴散層的孔隙率，從而會降低復合氣體擴散層的水管理能力。
技術實現思路
1、本申請提供了一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層及其制備方法和應用，以解決如下技術問題：如何同步提高復合氣體擴散層的耐腐蝕能力和孔隙率。
2、第一方面，本申請提供了一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層的制備方法，所述制備方法針對氣體擴散層粗品，所述氣體擴散層粗品包括基底層以及覆蓋在所述基底層表面的微孔層，所述制備方法包括：
3、將堿性金屬熔鹽和含鉻活性物質進行混合，以得到混合活性堿性金屬熔鹽；
4、將微孔層進行預熱，以得到預熱微孔層；
5、在真空環境中對所述混合活性堿性金屬熔鹽進行加熱，以得到混合活性熔液；
6、將所述預熱微孔層浸入所述混合活性熔液中，以進行歧化反應，得到具有抗腐蝕涂層的粗品復合氣體擴散層；
7、將具有抗腐蝕涂層的所述粗品復合氣體擴散層進行冷卻，后進行純化，以得到復合氣體擴散層；
8、其中，所述微孔層的原料包括碳納米管，所述基底層的原料包括碳纖維；
9、所述堿性金屬熔鹽的重量m1和所述含鉻活性物質的重量m2滿足關系式：m1:m2＝(5:1)～(10:1)。
10、可選的，所述含鉻活性物質包括金屬鉻和/或氟化鉻，所述堿性金屬熔鹽包括堿性金屬的氯化鹽。
11、可選的，所述含鉻活性物質包括金屬鉻鉻和氯化鉻，所述金屬鉻的物質的量n1和所述氯化鉻的物質的量n2滿足關系式：n1:n2≥8:1。
12、可選的，所述堿性金屬包括鈉和/或鋰。
13、可選的，所述微孔層的原料還包括炭黑顆粒和造孔劑，所述炭黑顆粒的重量m3、所述碳納米管的重量m4和所述造孔劑的重量m5滿足關系式：(m3+m4):m5＝(4.7～6.3):1。
14、可選的，所述碳納米管的重量m5和所述炭黑顆粒的重量m3滿足關系式：m5:m3＝1:(8.5～10.5)。
15、可選的，所述加熱的溫度為600℃～900℃，所述加熱的時間為0.5h～1h。
16、可選的，所述冷卻的終點溫度≤30℃。
17、第二方面，本申請提供了一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層，所述復合氣體擴散層由第一方面所述的制備方法所制備得到的。
18、可選的，所述復合氣體擴散層包括基底層、微孔層和抗腐蝕層，所述微孔層覆蓋在所述基底層表面，所述抗腐蝕層覆蓋在所述微孔層的表面。
19、第三方面，本申請提供了一種制備第二方面所述的復合氣體擴散層的方法，所述方法包括：
20、使用憎水劑溶液將所述基底層進行浸漬處理，后對浸漬處理的所述基底層進行干燥，以得到預處理基底層；
21、將炭黑顆粒、碳納米管和造孔劑進行混合，后對混合后的混合物進行攪拌和超聲分散，以得到初級微孔層漿料；
22、將憎水劑和所述初級微孔層漿料進行混合，后對混合后的混合物進行所述攪拌和所述超聲分散，以得到微孔層漿料；
23、使所述微孔層漿料涂布到所述預處理基底層的表面，后對涂覆了微孔層漿料的所述預處理基底層進行焙燒，以得到氣體擴散層粗品；
24、使用第一方面所述的制備方法對所述氣體擴散層粗品進行處理，以得到復合氣體擴散層。
25、可選的，所述憎水劑的重量m6和所述造孔劑的重量m5滿足關系式：m6:m5＝(2.4～3.7):1。
26、可選的，所述干燥的溫度為45℃～55℃，所述干燥的時間為15min～20min；所述浸漬的時間為5min～15min。
27、第四方面，本申請提供了一種膜電極，所述膜電極包括第二方面所述的復合氣體擴散層。
28、本申請實施例提供的上述技術方案與現有技術相比具有如下優點：
29、本申請實施例提供的一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層的制備方法，所述制備方法針對氣體擴散層粗品，所述氣體擴散層粗品包括基底層以及覆蓋在所述基底層表面的微孔層，所述制備方法包括：將堿性金屬熔鹽和含鉻活性物質進行混合，以得到混合活性堿性金屬熔鹽；將微孔層進行預熱，以得到預熱微孔層；在真空環境中對所述混合活性堿性金屬熔鹽進行加熱，以得到混合活性熔液；將所述預熱微孔層浸入所述混合活性熔液中，以進行歧化反應，得到具有抗腐蝕涂層的粗品復合氣體擴散層；將具有抗腐蝕涂層的所述粗品復合氣體擴散層進行冷卻，后進行純化，以得到復合氣體擴散層；其中，所述微孔層的原料包括碳納米管；所述堿性金屬熔鹽的重量m1和所述含鉻活性物質的重量m2滿足關系式：m1:m2＝(5:1)～(10:1)。堿性金屬熔鹽的重量m1和含鉻活性物質的重量m2可以滿足關系式：m1:m2＝(5:1)～(10:1)，可以促使堿性金屬熔鹽和含鉻活性物質在預熱微孔層的表面發生充分地歧化反應，以得到足量的二價鉻離子，足量的二價鉻離子可以有效地擴散到微孔層和基底層內，并分別與微孔層內碳納米管和基底層內碳纖維形成碳化鉻涂層，這些碳化鉻涂層可以有效地提高氣體擴散層的抗腐蝕能力；另外二價鉻離子與基底層內碳纖維形成碳化鉻涂層在向外生長時，該碳化鉻涂層還會與微孔層內的碳納米管相連接而形成網狀結構的碳化鉻，這些網狀結構的碳化鉻可以調整微孔層的孔隙率和孔徑分布，以避免形成的碳化鉻涂層影響微孔層的孔隙，從而可以提高氣體擴散層的孔隙率；因此該制備方法可以實現復合氣體擴散層的耐腐蝕能力和孔隙率的同步提高。
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1.一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層的制備方法，所述制備方法針對氣體擴散層粗品，所述氣體擴散層粗品包括基底層以及覆蓋在所述基底層表面的微孔層，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含鉻活性物質包括金屬鉻和/或氟化鉻，所述堿性金屬熔鹽包括堿性金屬的氯化鹽。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述含鉻活性物質包括金屬鉻鉻和氯化鉻，所述金屬鉻的物質的量n1和所述氯化鉻的物質的量n2滿足關系式：n1:n2≥8:1。
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述堿性金屬包括鈉和/或鋰。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述微孔層的原料還包括炭黑顆粒和造孔劑，所述炭黑顆粒的重量m3、所述碳納米管的重量m4和所述造孔劑的重量m5滿足關系式：(m3+m4):m5＝(4.7～6.3):1。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述碳納米管的重量m5和所述炭黑顆粒的重量m3滿足關系式：m5:m3＝1:(8.5～10.5)。
7.根據權利要求1所
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述冷卻的終點溫度≤30℃。
9.一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層，其特征在于，所述復合氣體擴散層由權利要求1～8任一項所述的制備方法所制備得到的。
10.根據權利要求9所述的復合氣體擴散層，其特征在于，所述復合氣體擴散層包括基底層、微孔層和抗腐蝕層，所述微孔層覆蓋在所述基底層表面，所述抗腐蝕層覆蓋在所述微孔層的表面。
11.一種制備如權利要求9或10所述的復合氣體擴散層的方法，其特征在于，所述方法包括：
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述憎水劑的重量m6和所述造孔劑的重量m5滿足關系式：m6:m5＝(2.4～3.7):1。
13.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述干燥的溫度為45℃～55℃，所述干燥的時間為15min～20min；所述浸漬的時間為5min～15min。
14.一種膜電極，其特征在于，所述膜電極包括如權利要求9或10所述的復合氣體擴散層。
...【技術特征摘要】
1.一種具有抗腐蝕性的復合氣體擴散層的制備方法，所述制備方法針對氣體擴散層粗品，所述氣體擴散層粗品包括基底層以及覆蓋在所述基底層表面的微孔層，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含鉻活性物質包括金屬鉻和/或氟化鉻，所述堿性金屬熔鹽包括堿性金屬的氯化鹽。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述含鉻活性物質包括金屬鉻鉻和氯化鉻，所述金屬鉻的物質的量n1和所述氯化鉻的物質的量n2滿足關系式：n1:n2≥8:1。
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述堿性金屬包括鈉和/或鋰。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述微孔層的原料還包括炭黑顆粒和造孔劑，所述炭黑顆粒的重量m3、所述碳納米管的重量m4和所述造孔劑的重量m5滿足關系式：(m3+m4):m5＝(4.7～6.3):1。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述碳納米管的重量m5和所述炭黑顆粒的重量m3滿足關系式：m5:m3＝1:(8.5～10.5)。
7.根據權利要求1所述的制備方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙航，高佳武，官樹猛，唐雪君，李洪濤，
申請(專利權)人：東風汽車集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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