技术摘要：
本发明公开了一种气体扩散层，制备方法、膜电极组件以及燃料电池，本发明技术方案设置所述气体扩散层微孔层制备工艺中所用的浆料中特别添加了含有儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物的添加剂，特别是盐酸多巴胺。这样，能够显著气体扩散层材料的均一性、疏水性、导电性和 全部
背景技术：
燃料电池作为可替代能源技术，以启动方便、高能量密度、零排放、能 量转化效率 高的特点引起广泛的关注并持续进行了研究开发，并且已经作为 自动车、通信基站、便携 式电动工具等的电源而广泛应用。作为商业化运用 的电源系统，其突出的优点就是要有足 够长的运行寿命和高的能量密度，比 如应于备用电源、乘用车、物料运输车、潜艇等。 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 在质子交换膜燃料电池膜电极中主要要五个作用：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。由于碳纤维表面是亲水的或者是疏水性不强的，会 造成燃料电池中产生的水或输入 的水囤积在气体扩散层内部难以排出，从而 导致反应气体不能及时传输到催化剂表面，产 生严重的传质极化，导致电池 性能下降。 通过上述描述可知，如何保证燃料电池中气体传输平衡，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。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种气体扩散层、制备方法、 膜电极 组件以及燃料电池，可以保证燃料电池中气体传输平衡。 为了实现上述问题，本发明提供如下技术方案： 一种气体扩散层，用于燃料电池，其中，所述气体扩散层在做微孔层处 理过程使 用的浆料中添加儿茶酚或含有邻苯二酚结构化合物的添加剂，特别 可以是盐酸多巴胺。 在一些实施例中，所述气体扩散层在做微孔层处理过程使用的浆料中添 加盐酸 多巴胺。 在一些实施例中，所述气体扩散层在做微孔层过程使用的浆料由导电材 料、造孔 剂、疏水剂和分散液等组成。 在一些实施例中，所述气体扩散层在做微孔层过程使用的浆料包括导电 材料、造 孔剂、疏水剂和分散液。 在一些实施例中，气体扩散层在做微孔层过程使用的浆料中所述导电材 料为炭 黑；在一些实施例中，所述造孔剂包括碳酸铵、草酸铵、碳酸锂中的 一种或两种；在一些实 3 CN 111584909 A 说 明 书 2/7 页 施例中，所述疏水剂为聚四氟乙烯水分散液，添加儿 茶酚或含有邻苯二酚结构化合物的添 加剂，特别可以是盐酸多巴胺。 在一些实施例中，所述分散液为醇类。 在一些实施例中，所述气体扩散层的厚度为10μm～500μm。 本发明还公开一种用于制备所述的气体扩散层的制备方法，所述制备方 法包括： 配置微孔层浆料，所述微孔层浆料包括导电材料、造孔剂、疏水剂 和分散液，混合分散均 匀；将所述微孔层浆料通过直接涂覆或丝网印刷的方 式涂在经过疏水处理后的气体扩散 层基材表面；以及对所述涂覆过所述微孔 层浆料的气体扩散层进行焙烧处理。 在一些实施例中，所述气体扩散层在做微孔层处理过程使用的浆料中添 加盐酸 多巴胺。 在一些实施例中，所述气体扩散层在做微孔层过程使用的浆料包括导电 材料、造 孔剂、疏水剂和分散液。 在一些实施例中，气体扩散层在做微孔层过程使用的浆料中所述导电材 料为炭 黑； 在一些实施例中，所述造孔剂包括碳酸铵、草酸铵、碳酸锂中的一种或 两种； 在一些实施例中，所述疏水剂为聚四氟乙烯水分散液，添加儿茶酚或含 有邻苯二 酚结构化合物的添加剂(特别是盐酸多巴胺)。 在一些实施例中，所述分散液为醇类。 在一些实施例中，所述气体扩散层的厚度为10μm～500μm。 本发明还包含一种膜电极组件，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、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由本发明所述的气体扩散层微孔层处理工 艺制备 而成；其中，所述阳极侧气体扩散层由本发明所述的气体扩散层微孔 层处理工艺制备而 成； 本发明还公开一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括： 采用上述膜电极组件、极板、集流板、绝缘板、密封结构、端板等组成 的燃料电池 电堆。 本发明中所选用的微孔层浆料中特别添加了含有儿茶酚或含有邻苯二 酚结构化 合物的添加剂，特别是盐酸多巴胺。该类物质中的芳环类官能团是 具有π-π共轭结构的单 元，与经过高温石墨化处理的碳纤维表面碳碳化学 键结构类似，能够很好的接触和分散， 同时芳环上的邻二羟基结构本身具有 良好的导电能力，有助于提高微孔层的导电性，又能 够与聚四氟乙烯分子链 良好接触，也与聚四氟乙烯溶液中的醇类溶剂良好互溶。特别是含 有儿茶酚 结构的盐酸多巴胺，同时具有氨基酸结构官能团，能够进一步增加与聚四氟 乙 烯溶液与碳纤维的结合。氨基酸结构的官能团在后期工艺中经过高温处理 时会自然分解 生产气体排出，同时也是一种造孔剂，能够增加气体扩散层材 料的孔隙率。实际上对儿茶 酚基团的附着能力的认识源于贝类海洋生物触角 上分泌的物质，贝类生物的触角可以贴 附在各种不同的表面，是因为儿茶酚 基团存在于触角分泌的黏附蛋白质中。含儿茶酚基团 的化合物可模仿贝类的 神奇黏附能力，从而使聚四氟乙烯可以紧密贴附于气体扩散层碳 4 CN 111584909 A 说 明 书 3/7 页 纤维的表面。 附图说明 为了更清楚地说明本发明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 本发明的实施例，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 根据提供的附图获得其他的附图。 图1为本发明实施例提供的一种制备方法的流程示意图； 图2为本发明实施例提供的一种膜电极组件的结构示意图； 图3为本发明实施例制备出的单电池与传统方案制备出的单电池的测 试性能结 果对比曲线。
