一种用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂配方及其制备方法与流程

本发明属于燃料电池，尤其涉及一种用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂配方及其制备方法。

背景技术：

1、气体扩散层本身是石墨化的碳纸，具有很强的吸水性，所以需要在碳纸表面涂布一层疏水剂，涂布有疏水剂的碳纸的主要作用是引导气体从石墨板的导流沟槽到触煤层、顺利把反应式产生物-水排除于触媒层之外，避免淹水问题、在燃料电池反应时具散热功能以及有足够的强度支撑膜电极当其因为吸水过多而变形时。

2、但是，现有常见的碳纸表面没有疏水剂，燃料电池反应的水不能及时排出，会造成水淹的现象，并且还会影响电池的发电效率，甚至会造成电堆的故障。

3、所以综上所述，现在急需一种用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂，将碳纸表面涂布一层疏水剂，燃料电池反应的水才能及时排出，从而不会对电池的发电效率造成影响。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂配方，其原料组成包括聚四氟乙烯微粉、聚丙烯粉、纳米石墨烯粉以及造粒粘合剂聚乙烯醇，具有耐热性能好，同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性。

2、本发明还提供一种用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂的制备方法，其能通过加入聚四氟乙烯微粉、聚丙烯粉以及纳米石墨烯粉，有效制得预制材料，再将造粒粘合剂聚乙烯醇加入纯水中溶解，最后将聚乙烯醇水溶液喷洒在预制材料上，有效制得造粒粉，再通过将造粒粉通过喷射装置喷射在碳纸上，经过高温烘干、半熔烧后得到用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂。

3、包括按重量计的以下各组分：

4、聚四氟乙烯微粉68-70份、

5、聚丙烯粉8-10份、

6、纳米石墨烯粉8-10份、

7、造粒粘合剂聚乙烯醇8-10份。

8、在本发明中，所述聚四氟乙烯微粉，是由四氟乙烯经调聚反应得到的分散液再经凝聚、洗涤、干燥而制得，具有优良的耐热性、耐候性、耐寒性、低摩擦性、不粘性、化学稳定性和电绝缘性能等优异性能，此外，由于其平均粒径小，所以具有很好的分散性，容易均匀地与其他材料共混。

9、其中，所述聚丙烯粉是通用塑料中最轻的一种，聚丙烯树脂具有优良的机械性能和耐热性能，同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性。

10、此外，所述纳米石墨烯粉是已知强度最高的材料之一，可以起到支撑膜电极的作用，避免因为碳纸吸水过多而变形，并且具有优异的导电性、导热性和散热性，有效对燃料电池进行散热。

11、最后，所述造粒粘合剂聚乙烯醇溶于水后作为一种胶黏剂，使得生产的工艺简单，没有腐蚀性，干燥成型效果好。

12、进一步优选的技术方案在于：所述聚四氟乙烯微粉的粒径为8-10微米，所述聚丙烯粉的粒径为15-20微米，所述纳米石墨烯粉的粒径为10-100纳米。

13、在本发明中，上述多种原料中，都可以保证反应气体的通过，排出燃料电池反应的水，避免淹水的问题，并且在燃料电池反应时具有散热的功能，此外，还具有足够的强度支撑膜电极避免碳纸因吸水过多而变形。

14、一种用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂的制备方法，依次包括以下步骤：

15、s1、将原料聚四氟乙烯微粉、聚丙烯粉以及纳米石墨烯粉，混合搅拌40-50min，得到预制材料；

16、s2、将造粒粘合剂聚乙烯醇加入纯水中加热溶解，得到聚乙烯醇水溶液，再将聚乙烯醇水溶液喷洒到所述预制材料上，干燥、团聚后得到造粒粉；

17、s3、将所述造粒粉加入喷射装置中均匀的喷射在碳纸上；

18、s4、将所述碳纸放入空气烘箱内进行烘干；

19、s5、取出所述碳纸，将所述碳纸放入真空烘箱中半半熔烧，得到所述疏水剂。

20、在本发明中，聚乙烯醇溶于水，聚乙烯醇水溶液作为一种干燥成型造粒常用的胶粘剂，具有足够的黏性，以保证造粒粉良好的成型性，且生产的工艺简单。

21、进一步优选的技术方案在于：所述喷射装置包括机架，转动设置在机架上方的放卷辊，转动设置在机架内的支撑辊a和支撑辊b，转动设置在机架下方的收卷辊，设置在机架内的喷射单元a，设置在喷射单元a下方的喷射单元b，以及设置在机架上的驱动单元。

22、进一步优选的技术方案在于：所述喷射单元a包括转动设置在机架上的滚轴a、固定设置在滚轴a上的喷射辊a、开设在喷射辊a上的若干个喷孔a、转动设置在机架上的滚轴b、固定设置在滚轴b上的喷射辊b、开设在喷射辊b上的若干个喷孔b、固定设置在滚轴a上的齿轮a以及固定设置在滚轴b上的齿轮b，所述喷射辊a和喷射辊b内均固定设置有喷射腔a和喷射泵a，所述喷射腔a上开设有若干个喷射孔a，所述齿轮a和齿轮b啮合，两个所述喷射腔a分别与喷射辊a和喷射辊b的内壁相贴合。

23、在本发明中，通过设置喷射辊a和喷射辊b对碳纸进行输送，通过设置喷射孔a将喷射腔a内的造粒粉在喷射泵a的作用下斜向上喷射到碳纸的正反两面上，使得造粒粉均匀的落在碳纸上，并且通过循环不间断的输送方式喷射效率更高，加快了疏水剂生产的效率。

24、进一步优选的技术方案在于：所述喷射单元b包括转动设置在机架上的滚轴c、固定设置在滚轴c上的喷射辊c、开设在喷射辊c上的若干个喷孔c、转动设置在机架上的滚轴d、固定设置在滚轴d上的喷射辊d、开设在喷射辊d上的若干个喷孔d、固定设置在滚轴c上的齿轮c以及固定设置在滚轴d上的齿轮d，所述喷射辊c和喷射辊d内均固定设置有喷射腔b和喷射泵b，所述喷射腔b上开设有若干个喷射孔b，所述齿轮c和齿轮d啮合，两个所述喷射腔b的顶面分别与喷射辊c和喷射辊d的内壁相贴合。

25、在本发明中，通过设置喷射辊c和喷射辊d对碳纸进行输送，通过设置喷孔c和喷孔d将喷射腔b内的造粒粉在喷射泵b的作用下斜向上喷射到碳纸的正反两面上，通过二次喷射，使得造粒粉铺满碳纸，从而使得最终疏水剂的制得精度更高，疏水效果更好。

26、进一步优选的技术方案在于：所述驱动单元包括固定设置在机架上的支撑板、固定设置在支撑板上的电机以及固定链接在电机输出轴上的收卷轴，所述收卷辊固定设置在收卷轴上。

27、在本发明中，通过设置电机带动放卷轴逆时针转动，所述放卷辊与滚轴c通过带传动，从而使得滚轴c逆时针转动，通过设置齿轮c和齿轮d啮合，使得滚轴d顺时针转动，所述滚轴c与滚轴a通过带传动，从而使得滚轴a逆时针转动，通过设置齿轮a和齿轮b啮合，使得滚轴b顺时针转动，通过设置滚轴a与放卷辊2通过带传动，使得放卷辊2逆时针转动，通过此传输方式，使得碳纸可以循环不间断的在输送过程中被喷射造粒粉，提高了工作效率。

28、进一步优选的技术方案在于：所述喷孔c与喷孔a的位置交错设置，所述喷孔d与喷孔b的位置交错设置。

29、在本发明中，通过设置喷孔a和喷孔b对碳纸进行第一次喷射，通过设置喷孔c和喷孔d对碳纸进行二次喷射，由于喷孔c与喷孔a的位置交错，所述喷孔d与喷孔b的位置交错，所述喷孔c和喷孔d起到补充的效果，从而使得造粒粉均匀的喷射在碳纸上。

30、进一步优选的技术方案在于：s4中，所述烘干的温度为65-70℃。

31、在本发明中，由于造粒粉的湿度较高，因此，为了造粒粉成型到碳纸上，一般需要将空气烘箱加热到65℃-70℃，以达到快速烘干的效果。

32、进一步优选的技术方案在于：s5中，所述半熔烧的温度为320-350℃，所述半熔烧的时间为25-30min。

33、在本发明中，由于造粒粉需要成型到碳纸上，因此采用高温的条件将造粒粉和碳纸融为一体，从而使得碳纸表面涂布一层疏水剂。

34、本发明具有以下优点。

35、第一，现在的用于长寿命氢燃料电池气体扩散层的疏水剂制备中新增加纳米石墨烯粉，可以有效提高疏水剂的强度，使得疏水剂涂布在碳纸表面后，具有足够的强度支撑膜电极避免因碳纸吸水过多而变形。

36、第二，通过设置喷射单元a4和喷射单元b5，在碳纸输送的过程中对碳纸的正反两面进行喷射，工作效率高，此外，通过对碳纸进行两次的喷射，使得喷射效果好。

37、第三，通过将喷孔c与喷孔a的位置交错设置，喷孔d与喷孔b的位置交错设置，使得喷孔c和喷孔d在对碳纸进行二次喷射时，达到补充的效果，将第一次喷孔a和喷孔b喷射不到的位置进行填补，使得碳纸上的造粒粉喷射的更加均匀，使得涂布有疏水剂的碳纸能及时的将燃料电池反应的水排出，避免水淹的现象。