本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種一體式可再生燃料電池擴(kuò)散層及其制備方法，采用不導(dǎo)電的有機(jī)合成纖維布作為擴(kuò)散層的支撐體，通過在其上構(gòu)造導(dǎo)電的耐腐蝕金屬/金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)，填充到有機(jī)纖維的孔隙中，結(jié)合一定的疏水劑、粘結(jié)劑，使擴(kuò)散層達(dá)到適宜的親疏水性能以及構(gòu)造合適的孔結(jié)構(gòu)，以保證URFC在不同工作模式下的傳質(zhì)平衡。解決了現(xiàn)有技術(shù)中URFC支撐體的腐蝕問題，提高重量比功率，降低電極成本，使URFC離實用化更進(jìn)一步。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及燃料電池關(guān)鍵材料及其制備方法，具體的說是一種。
技術(shù)介紹
可再生燃料電池(regenerative fuel cell,簡稱RFC)是一種能量儲存系統(tǒng),在水電解模式下，水在外加電源的作用下被電解成氫氣和氧氣；在燃料電池模式下，氫氣和氧氣通過發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水同時釋放出電能，即RFC儲能系統(tǒng)由燃料電池(fuel cell，簡稱FC)及水電解池(water electrolyzer,簡稱WE)兩個組件構(gòu)成,根據(jù)系統(tǒng)中FC和WE兩個組件組合方式的不同，RFC可以分為分開式、綜合式以及一體式(Unitized RegenerativeFuel Cell，簡稱 URFC)。URFC將水電解技術(shù)(電能+2H20_2H2+02)與燃料電池技術(shù)(2H2+02_H20+電能)相結(jié)合，通過雙功能催化劑實現(xiàn)兩種工作模式在同一組件上進(jìn)行，即執(zhí)行燃料電池功能時，URFC實現(xiàn)氫氧復(fù)合并對外輸出電能；執(zhí)行水電解功能時，URFC在外加電能的條件下將水電解成氫氣和氧氣，達(dá)到儲能的目的。膜電極是URFC的核心部件，多孔的氣體擴(kuò)散層是URFC膜電極中至關(guān)重要的部分。對URFC膜電極中的擴(kuò)散層，要求具備適宜的親疏水性能，才能保證在其不同工作模式下的傳質(zhì)平衡。同時，水電解工作模式下，活性氧物種在較高的陽極電位下對材料的腐蝕嚴(yán)重，因此，對擴(kuò)散層基底材料及整平材料的選擇必須滿足在較高的析氧電位下，材料本身具有很高的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，即要滿足耐腐蝕性的要求。傳統(tǒng)的燃料電池采用碳紙或碳布作為擴(kuò)散層材料，但是碳材料擴(kuò)散層不能直接用于URFC，因為在URFC進(jìn)行水電解操作時會發(fā)生碳材料的陽極氧化反應(yīng)C+H20 = C02+4H.+4eE0=O. 118V vs. SHE at 25°C傳統(tǒng)的擴(kuò)散層支撐體(如碳紙、碳布、泡沫金屬、金屬編織/拉伸網(wǎng)、金屬纖維等)，在URFC的工作環(huán)境下，都存在著易腐蝕、電阻大、價格昂貴等缺陷。URFC工作環(huán)境下對支撐體材料的要求1、高電位下穩(wěn)定；2、耐酸性條件下的氧化腐蝕；3、強(qiáng)度韌性優(yōu)良；4、價格低廉。目前URFC擴(kuò)散層方面的報道較少，基本上沿用質(zhì)子交換膜水電解池的膜電極擴(kuò)散層的思路，多以鈦材料進(jìn)行憎水化處理后制得。如將燒結(jié)鈦板、鈦網(wǎng)等鈦材料基底，通過浸潰PTFE實現(xiàn)憎水化作為URFC的擴(kuò)散層。但是鈦金屬在析氧狀態(tài)下會形成電導(dǎo)很低的表面氧化膜，隨著水電解的進(jìn)行，鈦擴(kuò)散層表面的氧化膜會逐漸增厚，導(dǎo)致電導(dǎo)逐漸降低，如果長時間工作，電解池的內(nèi)阻會逐漸增大。雖然可以通過表面進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍Pt來解決，但是極大的增加了 URFC的制造成本，而且電池的重量較大，削弱了 URFC質(zhì)量比能量高的優(yōu)勢。部分有機(jī)纖維具有價格低廉、材質(zhì)輕且柔軟、能耐酸堿腐蝕、耐老化、高電位下穩(wěn)定，以及容易在材料表面構(gòu)筑合適的孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。但是存在著材料本身為絕緣材料，不導(dǎo)電的問題。如果能解決導(dǎo)電性，將極大的解決URFC支撐體的腐蝕問題，提高重量比功率，降低電極成本，使URFC離實用化更進(jìn)一步。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種。為實現(xiàn)上 述目的，本方明采用的技術(shù)方案為—體式可再生燃料電池氣體擴(kuò)散層包括有機(jī)纖維布支撐體；有機(jī)纖維布支撐體上、下表面涂覆有由導(dǎo)電耐腐蝕整平材料和疏水粘結(jié)劑材料構(gòu)成的混合材料層。所述的有機(jī)纖維布的材料為類聚酯纖維、聚烯烴纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯晴纖維或聚乙烯醇纖維；所述有機(jī)纖維布的孔隙率為30 90%，厚度為50 500微米。類聚酯纖維如PET、PBT,聚烯烴纖維如PP、PE,聚酰胺纖維如PA，聚丙烯晴纖維PAN，聚乙烯醇纖維PVA等。導(dǎo)電耐腐蝕整平材料和疏水粘結(jié)劑材料的質(zhì)量比為(1-10) 1，耐腐蝕整平材料在有機(jī)纖維布上的擔(dān)載量為3-8mg/cm2。所述的導(dǎo)電耐腐蝕整平材料為耐腐蝕金屬材料Pt、Ir或Ti，或者為W、Mo、Ir或Ti的氧化物、碳化物或氮化物；或者以上述材料為載體，負(fù)載析氧催化劑，所述的負(fù)載析氧催化劑為貴金屬Pt、Pd、Au、Ru、Rh、Ir的氧化物、碳化物或氮化物的混合物，或貴金屬Pt、Pd、Au、Ru、Rh、Ir與過渡金屬兀素Os、Ta、W、Ni的混合物或合金。所述的疏水粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯或聚偏四氟乙烯。上述一體式可再生燃料電池氣體擴(kuò)散層的制備方法如下(I)支撐體的前處理將有機(jī)纖維布浸泡在去離子水中，經(jīng)過超聲振蕩，靜置、過濾、烘干待用；(2)導(dǎo)電微孔層的制備I)將疏水粘結(jié)劑與有機(jī)溶劑按質(zhì)量比(I 10) 100共混，在20 80°C攪拌至完全溶解制成溶液A ；2)耐腐蝕整平材料加入溶液A中攪拌10 60min，制成疏水導(dǎo)電涂料,其中耐腐蝕整平材料與疏水粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(I 10) I ；3)分別將疏水導(dǎo)電涂料均勻涂覆到有機(jī)纖維布的兩側(cè)表面，并在壓力作用下使其滲透到纖維體內(nèi)部，待干燥后重復(fù)涂覆直至耐腐蝕整平材料的擔(dān)載量達(dá)到3-8mg/cm2。所述的有機(jī)溶劑為丙酮或N，N 二甲基甲酰胺。為了考察該URFC擴(kuò)散層的性能，將其制成URFC膜電極，方法如下I、催化膜(CCM, catalyst coated membrane)的制備將析氧催化劑負(fù)載于氧還原催化劑上或?qū)⑽鲅醮呋瘎┡c氧還原催化劑機(jī)械混合得到雙效氧電極催化劑，將雙效氧電極催化劑與親水粘結(jié)劑混合，雙效電催化劑親水粘結(jié)劑為(10 90%) (10 90%)，采用噴涂、印刷或轉(zhuǎn)壓等公知的方法將混合物制備到聚合物電解質(zhì)膜(如全氟磺酸膜)上，即得到雙效氧電極催化膜。2、MEA 的制備將雙效氧電極催化膜與擴(kuò)散層以及傳統(tǒng)的氫電極熱壓在一起，得到一體式可再生燃料電池膜電極，熱壓溫度為120°C 180°C，壓強(qiáng)為0. 01 lOMPa。本專利技術(shù)從制備燃料電池擴(kuò)散層的思路出發(fā)，采用不導(dǎo)電的有機(jī)合成纖維作為擴(kuò)散層的基底，通過在其上構(gòu)造導(dǎo)電的耐腐蝕金屬/金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)，填充到有機(jī)纖維的孔隙中，結(jié)合一定的疏水粘結(jié)劑，使擴(kuò)散層達(dá)到適宜的親疏水性能以及合適的孔結(jié)構(gòu)，以保證URFC在不同工作模式下的傳質(zhì)平衡。本專利技術(shù)的有益效果為I.本專利技術(shù)所制備的擴(kuò)散層，通過采用不導(dǎo)電的有機(jī)合成纖維作為擴(kuò)散層的基底，解決了傳統(tǒng)電極支撐體材料的高電位腐蝕問題；2.本專利技術(shù)所制備的擴(kuò)散層，具有適宜的親疏水性能以及合適的孔結(jié)構(gòu)，可以保證URFC在不同工作模式下的傳質(zhì)平衡；3.本專利技術(shù)所制備的擴(kuò)散層，具有價格低廉，材質(zhì)輕且柔韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，提高了URFC的重量比功率，降低了電極成本，使URFC離實用化更近一步。附圖說明圖I不同支撐體的顯微鏡圖；圖2不同支撐體制備的URFC電極I-V曲線。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳述。實施例II)基底的疏水化處理 裁取2 X 2. 5cm2的碳紙，在Iwt %的PTFE乳液中多次浸潰進(jìn)行疏水化處理，然后在360°C下焙燒I小時，得到疏水化處理的碳紙；2)在50mg Ir02/Ti整平材料上加入乙醇，混合均勻后加入200mg20wt% PTFE乳液，混合均勻后得到整平層漿料，將漿料均勻涂于疏水化處理后的碳紙上，然后再360°C下焙燒I小時，得到以碳紙作為支撐體的疏水的擴(kuò)散層。實施例2I)基底的疏水化處理裁取2X2. 5cm2的鈦纖維網(wǎng)，在Iwt %的PTFE (聚四氟乙烯)乳液中多次浸潰進(jìn)行疏水化處理，然后在360°C下焙燒I小時，使其憎本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一體式可再生燃料電池氣體擴(kuò)散層，其特征在于：所述擴(kuò)散層包括有機(jī)纖維布支撐體；有機(jī)纖維布支撐體上、下表面涂覆有由導(dǎo)電耐腐蝕整平材料和疏水粘結(jié)劑材料構(gòu)成的混合材料層。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張華民，劉波，馬海鵬，邱艷玲，董明全，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。