本技术属于车用燃料电池,具体涉及一种抗反极气体扩散层结构及膜电极。
背景技术:
1、这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术,而不必然地构成现有技术。
2、车用燃料电池在启停、变载、冷启过程中常会发生阳极侧氢气供给不足,氢气氧化反应无法正常进行,导致催化剂碳载体发生腐蚀,其化学公式如下:c+h2o=co+2h++2e-、c+2h2o=co2+4h++4e-,造成阳极电势逐渐高于阴极电势出现反极现象。
3、碳腐蚀的反应是不可逆的,发生后对燃料电池催化剂及气体扩散层等含碳部件造成严重损伤,严重降低膜电极的性能和寿命。因此,为了防止、减弱反极时阳极催化层碳载体的腐蚀,通常需要添加电解水催化剂,降低水电解电位,使反极时电解水析氧反应发生从而抑制碳腐蚀反应,其化学公式如下:2h2o=o2+4h++4e-,以保护阳极催化层结构,使燃料电池具备抗反极能力。
4、而常用抗反极催化剂多为铱、钌及其氧化物,在抗反极膜电极制备过程中需要在阳极侧加入该类催化剂,由于铱、钌及其氧化物自身不具备氢氧化反应活性,对燃料电池性能具有屏蔽作用且商业铱、钌及其氧化物在阳极为物理混和添加过程,极易分散不均难以充分发挥抗反极催化剂应有性能,更增大了其对燃料电池性能的屏蔽效应。
5、现有技术中,中国发明专利cn113690451a,一种抗反极气体扩散层及其制备方法、膜电极和燃料电池,通过在制备气体扩散层微孔层时向微孔层浆料中加入抗反极催化剂,随后与碳纤维基底进行浸渍焙烧过程,使抗反极催化剂存在于气体扩散层的微孔层中达到抗反极的目的。但存在以下问题:在浸渍过程中抗反极催化剂载量及负载均匀性很难控制,导致抗反极催化剂的用量较多,成本较高,并且后续干燥焙烧过程极易造成抗反极催化剂团聚失活,影响其抗反极性能。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是提供一种抗反极气体扩散层结构,通过对抗反极气体扩散层结构的改进,既可以保持气体扩散层良好的抗反极性能,又可极大降低抗反极催化剂用量,降低成本。
2、为了实现上述目的,本实用新型是通过如下的技术方案来实现:
3、第一方面,本实用新型的实施例提供了一种抗反极气体扩散层结构,包括气体扩散层、亲水性涂层和抗反极涂层,其中,所述亲水性涂层呈网格状涂覆在气体扩散层的表面,抗反极涂层涂覆在亲水性涂层网格内的位置,亲水性涂层和抗反极涂层无重叠位置。
4、作为进一步的技术方案,所述亲水性涂层的网格形状采用规则或者不规则的多边形结构。
5、作为进一步的技术方案,所述抗反极涂层为小面积涂覆。
6、作为进一步的技术方案,所述亲水性涂层的涂覆方式为丝网印刷、喷涂或涂布。
7、作为进一步的技术方案,所述亲水性涂层采用亲水性浆料,所述亲水性浆料包括亲水性物质和有机溶剂。
8、作为进一步的技术方案,所述亲水性物质采用氧化锰、氧化钛或氧化硅。
9、作为进一步的技术方案,所述抗反极涂层采用抗反极浆料,所述抗反极浆料包括抗反极催化剂和有机溶剂。
10、作为进一步的技术方案,所述抗反极催化剂采用iro2、ruo2中的一种或两种;
11、或者,抗反极催化剂采用iro2和/或ruo2与tio2、sno2、ceo2、ta2o5中任意一种或多种的复合材料。
12、作为进一步的技术方案,所述有机溶剂采用乙醇、丙醇、正丙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇中的一种或几种。
13、第二方面,本实用新型的实施例提供了一种膜电极,包括第一方面所述的抗反极气体扩散层结构。
14、上述本实用新型的实施例的有益效果如下:
15、本实用新型提供的抗反极气体扩散层结构,通过将亲水性涂层设置成网格状,可以使气体扩散层表面存在吸水性网格涂层,为抗反极催化剂提供充足的反应物水;通过将抗反极涂层设置在亲水性涂层网格内的位置,使得吸水涂层所储存水分可充分被抗反极催化剂反应分解;通过创新的网格状、点状气体扩散层喷涂方式,既可以保持气体扩散层良好的抗反极性能,又可极大降低抗反极催化剂用量,降低成本。
16、本实用新型提供的抗反极气体扩散层结构,所用气体扩散层为商业成品气体扩散层,免去了复杂的气体扩散层制备流程,且针对行业气体扩散层进行简单处理即可得到抗反极气体扩散层,免去了复杂的产品适配过程。
1.一种抗反极气体扩散层结构,其特征在于,包括气体扩散层、亲水性涂层和抗反极涂层,其中,所述亲水性涂层呈网格状涂覆在气体扩散层的表面,抗反极涂层涂覆在亲水性涂层网格内的位置,亲水性涂层和抗反极涂层无重叠位置。
2.如权利要求1所述的抗反极气体扩散层结构,其特征在于,所述亲水性涂层的网格形状采用规则或者不规则的多边形结构。
3.如权利要求1所述的抗反极气体扩散层结构,其特征在于,所述抗反极涂层为小面积涂覆。
4.如权利要求1所述的抗反极气体扩散层结构,其特征在于,所述亲水性涂层的涂覆方式为丝网印刷、喷涂或涂布。
5.如权利要求1所述的抗反极气体扩散层结构,其特征在于,所述亲水性涂层采用亲水性浆料,所述亲水性浆料包括亲水性物质和有机溶剂。
6.如权利要求5所述的抗反极气体扩散层结构,其特征在于,所述亲水性物质采用氧化锰、氧化钛或氧化硅。
7.如权利要求1所述的抗反极气体扩散层结构,其特征在于,所述抗反极涂层采用抗反极浆料,所述抗反极浆料包括抗反极催化剂和有机溶剂。
8.一种膜电极,其特征在于,包括权利要求1-7任一项所述的抗反极气体扩散层结构。