1.本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多孔傳輸層的制備方法、一種多孔傳輸層以及質(zhì)子交換膜水電解裝置。

背景技術(shù)：

2.目前碳?xì)肿鳛樗娊怅帢O的多孔傳輸層，往往使用燃料電池的氣體擴散層來替代，完全忽略了質(zhì)子交換膜水電解自身要求的親疏水性、孔徑、ptl表面與催化層之間接口界面問題。在水電解中如適量的親水性有利于從質(zhì)子交換膜滲透到陰極側(cè)的水氣進入ptl排除。ptl的大孔徑也會使產(chǎn)生的氫氣更易于排除，但會降低電子傳遞效率，影響水電解性能。相反，小孔徑會阻礙氫氣的排除，增加質(zhì)量傳輸阻力。ptl表面與流場板、催化層接觸不良，會導(dǎo)致ptl表面電流分布不均勻，界面電阻增大。同時還會導(dǎo)致熱點形成，最終導(dǎo)致膜融化并在表面產(chǎn)生缺陷。

3.專利文獻cn108352536a公布了一種氣體擴散層的制備方法，該方法是將導(dǎo)電粒子、高分子樹脂、造孔劑、表面活性劑、分散劑進行混煉，混煉后的混煉物進行壓延成片，然后燒結(jié)。造孔劑升華成孔洞，并且去除表面活性劑和分散劑，再次壓延來調(diào)整氣體擴散層的厚度。該氣體擴散層接觸面平整，很好的滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的性能要求。但其孔徑分布不均勻，在1?200μm之間，不適合用于質(zhì)子交換膜水電解。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的主要目的是提出一種多孔傳輸層的加工方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的多孔傳輸層孔徑分布不均勻，不適合用于質(zhì)子交換膜水電解的問題。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種多孔傳輸層的制備方法，所述多孔傳輸層的制備方法包括如下步驟：

6.準(zhǔn)備步驟：準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液；

7.浸泡步驟：將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理；

8.檢測步驟：檢測干燥后的碳?xì)值奈⒖卓讖?，?dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，執(zhí)行碳化和活化步驟；當(dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖轿刺幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，重復(fù)執(zhí)行上述浸泡步驟和檢測步驟，直至碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)；

9.碳化和活化步驟：對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F；

10.疏水步驟：將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)郑?br />
11.涂覆步驟：在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓印?br />
12.可選地，所述準(zhǔn)備步驟：準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液具體包括：

13.準(zhǔn)備碳?xì)帧㈩A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇；

14.將碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇進行混合攪拌后進行除泡處理，以得到所述混合液，所述碳粉質(zhì)量是所述混合液的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3％，所述分散劑的含量為所述碳粉質(zhì)量的0.2倍；

15.可選地，所述浸泡步驟：將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理具體包括；

16.將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，浸??3分鐘后取出，并在90?105℃下對浸泡后的碳?xì)诌M行干燥處理；

17.所述預(yù)設(shè)孔徑范圍為10?20μm。

18.可選地，所述對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F具體包括：

19.將干燥后處理后的碳?xì)址湃胩蓟癄t中，通入惰性氣體排除所述碳化爐內(nèi)空氣，并控制碳化爐按照預(yù)設(shè)的升溫條件升溫至第一預(yù)設(shè)溫度以使所述碳?xì)痔蓟?br />
20.將所述碳化爐溫度降至第二預(yù)設(shè)溫度，停止向所述碳化爐內(nèi)通入惰性氣體，并通入氧氣或二氧化碳對所述碳?xì)诌M行活化處理，使所述碳?xì)直砻娓街龊豕倌軋F，所述第二預(yù)設(shè)溫度小于第一預(yù)設(shè)溫度。

21.可選地，所述第一預(yù)設(shè)溫度為2000℃，所述第二預(yù)設(shè)溫度為1000℃；

22.所述升溫條件為：從25℃以10℃/min的升溫速率升至1000℃，再以5℃/min的升溫速率升溫至1800℃，再以3℃/min的升溫速率升至到2000℃，然后在2000℃保持30min。

23.可選地，所述將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)志唧w包括：

24.準(zhǔn)備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的溶液的疏水劑；

25.疏水步驟：將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┲羞M行浸漬，浸漬2?3分鐘后取出并在90?105℃下對浸漬后的碳?xì)诌M行干燥處理；

26.測量步驟：檢測干燥后疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％時，執(zhí)行燒結(jié)步驟；當(dāng)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)不為10?30％時，重復(fù)對碳?xì)诌M行疏水步驟、測量步驟，直到疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％；

27.燒結(jié)步驟：將碳?xì)址湃牒嫦渲幸缘谌A(yù)設(shè)溫度進行燒結(jié)，并燒結(jié)第一預(yù)設(shè)時長，以得到疏水后的碳?xì)郑?br />
28.所述浸漬次數(shù)根據(jù)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)和疏水劑的濃度以及每次浸漬時長確定。

29.可選地，所述疏水劑為聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)或氟化乙丙烯或乙烯/四氟乙烯共聚物樹脂(etfe)。

30.可選地，所述在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓泳唧w包括：

31.準(zhǔn)備30nm碳粉或者5?10nm碳納米管或者30nm碳粉和5?10nm碳納米管的混合物，加入增稠劑羧甲基纖維素和去離子水，放入攪拌器攪拌預(yù)設(shè)小時后得到固含量為6?8％的碳漿；

32.將碳漿涂覆在碳?xì)稚?，并進行干燥后得到第一預(yù)設(shè)厚度的微孔層以及得到第二預(yù)設(shè)厚度的多孔傳輸層厚度。

33.所述第一預(yù)設(shè)厚度為40μm，所述第二預(yù)設(shè)厚度為340μm。

34.本發(fā)明還提出一種多孔傳輸層，通過以上任一項所述的多孔傳輸層的制備方法制備得到，所述多孔傳輸層包括：

35.碳?xì)郑鎏細(xì)志加锌讖綖?0?20μm的微孔，所述碳?xì)謨?nèi)含有疏水結(jié)構(gòu)，所述碳?xì)直砻嫖胶豕倌軋F；以及

36.微孔層，所述微孔層設(shè)置于所述碳?xì)值囊粋?cè)表面。

37.本發(fā)明還提出了一種質(zhì)子交換膜水解裝置，包括以上所述的多孔傳輸層。

38.本發(fā)明提出多孔傳輸層的制備方法包括以下步驟：準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液，將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，碳?xì)帜芘c混合液充分接觸，使混合液中的碳粉能均勻填充在碳?xì)值奈⒖?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理，檢測干燥后的碳?xì)值奈⒖卓讖?，?dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，執(zhí)行碳化和活化步驟；當(dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖轿刺幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，重復(fù)執(zhí)行上述浸泡步驟和檢測步驟，以確保碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)，使其能很好的適用于質(zhì)子交換膜水電解裝置。通過對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后的碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F，有助于提高碳?xì)?a href="http://www.189000b.com/meet_show-181.html" target="_blank">電化學(xué)活性和親水性；將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)?；在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓?，使多孔傳輸層表面和催化層的接觸面均勻，接觸面電阻小，生產(chǎn)出來的多孔傳輸層能很好滿足質(zhì)子交換膜水電解的性能要求。

附圖說明

39.為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

40.圖1為本發(fā)明一種多孔傳輸層的制備方法的一實施例流程示意圖；

41.圖2為本發(fā)明一種多孔傳輸層的制備方法的一實施例細(xì)分流程示意圖。

42.圖3為本發(fā)明一種多孔傳輸層的制備方法的制備過程示意圖。

[0043][0044][0045]

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

[0046]

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其

他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

[0047]

需要說明，若本發(fā)明實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

[0048]

另外，若本發(fā)明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護范圍之內(nèi)。

[0049]

針對現(xiàn)有技術(shù)中多孔傳輸層孔徑分布不均勻，不適用于質(zhì)子交換膜水電解中使用的問題。

[0050]

本發(fā)明提出一種多孔傳輸層的制備方法。

[0051]

在一實施例中，如圖1、圖2以及圖3所示，多孔傳輸層的制備方法包括如下步驟：

[0052]

步驟s10，準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液。

[0053]

具體地，碳粉質(zhì)量是混合液的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3％，分散劑的含量為所述碳粉質(zhì)量的0.2倍。

[0054]

步驟s20，碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理。

[0055]

具體地，碳?xì)志哂胁煌讖降脑嘉⒖?，通過碳?xì)纸萦诎挤?、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液中，以使得混合液中的碳粉吸附于原始微孔?nèi)，以縮小原始微孔的孔徑。因此，配置特定比例或者碳粉濃度的混合液后，根據(jù)碳?xì)值脑嘉⒖卓讖健⒚看谓輹r間和需要達到的目標(biāo)孔徑范圍(也即預(yù)設(shè)孔徑范圍)可以確定需要浸泡的次數(shù)。從而在制備多孔傳輸層時，只需要按照此流程操作即可。

[0056]

例如，碳粉質(zhì)量是混合液的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3％，分散劑的含量為所述碳粉質(zhì)量的0.2倍時，經(jīng)發(fā)明人實驗驗證，當(dāng)孔徑為100μm的碳?xì)?，在該濃度的混合液中每次浸??4分鐘，再放入105℃的烘箱干燥半小時，初始微孔孔徑為70?100μm的碳?xì)值奈⒖卓讖侥芸s小到60μm左右，重復(fù)浸泡、干燥三到四次碳?xì)值奈⒖卓讖骄湍苓_到10?20μm，孔徑具體變化如下表所示：

[0057][0058]

由于碳粉溶解在異丙醇溶液里時會發(fā)生團聚，分散效果不好，加入分散劑，將碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇混合攪拌后可以使碳粉均勻分布在混合液里，使得碳?xì)址湃牖旌弦航輹r碳?xì)值奈⒖捉Y(jié)構(gòu)被混合液中的碳粉填充的更加均勻。

[0059]

干燥通常采用烘箱實現(xiàn)。

[0060]

其中，碳?xì)趾穸葹?00μm左右的聚丙烯腈(pan)基碳?xì)?，分散劑采用tnwdis(一種含有芳香基團的非離子表面活性劑)。

[0061]

步驟s101，取一定量的碳粉加入溶劑異丙醇、分散劑混合，采用攪拌器將攪拌均勻，然后靜置或加入消泡劑去除混合液的表面泡沫，制得用于填充碳?xì)治⒖椎幕旌弦?。需要說明的是，在本實施例中，該混合液中碳粉含量為該混合液總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3％，分散劑的質(zhì)量為碳粉質(zhì)量的0.2倍。

[0062]

步驟s201，待配置的混合液表面泡沫消除后，將300μm厚度的碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，混合液對碳?xì)诌M行填充，使碳?xì)值目讖街鸩娇s小。需要說明的是，根據(jù)需求的碳?xì)挚讖降拇笮?，可以通過改變碳?xì)纸莸臅r間和浸泡在混合液中的次數(shù)來調(diào)整。通過消除混合液的表面泡沫，使碳?xì)衷诮菰诨旌弦旱倪^程中，碳?xì)值母鞑糠趾突旌弦旱慕佑|更均勻，使得碳?xì)指鱾€部分的微孔填充的更均勻一致，能更好的保證碳?xì)指鞑糠治⒖状笮〉木鶆蛐浴?br />
[0063]

步驟s202，將碳?xì)纸菰诨旌弦??4分鐘后，將碳?xì)秩〕龇湃牒嫦鋬?nèi)，控制烘箱溫度為90?105℃，干燥時間為60分鐘，使碳?xì)直砻娌粫z留有溶劑，干燥完成后的碳?xì)指鞑糠值目讖椒植季鶆颉?br />
[0064]

步驟s30，檢測步驟：檢測干燥后的碳?xì)值奈⒖卓讖?，?dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，執(zhí)行步驟s40；當(dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖轿刺幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，重復(fù)執(zhí)行s201和s202步驟，直至碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)，以確保經(jīng)混合液浸泡過后的碳?xì)值奈⒖卓讖皆陬A(yù)設(shè)孔徑范圍10?20μm，適用于在質(zhì)子交換膜水電解中使用。

[0065]

步驟s40，對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后的碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F，以提高碳?xì)蛛娀瘜W(xué)活性和親水性。具體步驟分解如下：

[0066]

步驟401，通入惰性氣體排除所述碳化爐內(nèi)空氣，并控制碳化爐按照預(yù)設(shè)的升溫條件升溫至第一預(yù)設(shè)溫度以使碳?xì)痔蓟?；將碳化爐溫度降至第二預(yù)設(shè)溫度，停止向碳化爐內(nèi)通入惰性氣體，并通入氧氣或二氧化碳對碳?xì)诌M行活化處理，使碳?xì)直砻娓街豕倌軋F，其中，第二預(yù)設(shè)溫度小于第一預(yù)設(shè)溫度。

[0067]

具體地，該惰性氣體可以為氮氣，氦氣或其他惰性氣體，從成本考慮，本實施例中選用的為氮氣。往碳化爐中通入氮氣排除空氣，使得碳化爐在溫升中，碳?xì)衷谔蓟幚磉^程中，不會被氧化。

[0068]

進一步地，第一預(yù)設(shè)溫度為2000℃，第二預(yù)設(shè)溫度為1000℃；

[0069]

在本實施例中，碳化爐的升溫條件為：從25℃以10℃/min的升溫速率升至1000℃，再以5℃/min的升溫速率升溫至1800℃，經(jīng)過低溫和高溫碳化，將碳?xì)洲D(zhuǎn)化為具有亂層結(jié)構(gòu)的碳纖維，再以3℃/min的升溫速率升至到2000℃，然后在2000℃保持30min，使碳?xì)衷?000℃高的熱處理溫度牽伸石墨化，使碳?xì)志哂辛己玫臋M向粘接性，便于使用。

[0070]

需要說明的是，碳化爐的溫升過程是一個碳?xì)值慕到膺^程，通過逐步升溫使碳?xì)滞耆蓟?，性能更好，在其他的實施例中，其他的溫升速率也是可行的?br />
[0071]

步驟402，碳?xì)纸?jīng)過高溫碳化處理后，對碳?xì)诌M一步進行活化處理。將碳化爐的溫度降低到1000℃，然后停止往碳化爐內(nèi)通入氮氣，轉(zhuǎn)而向碳化爐內(nèi)通入二氧化碳或氧氣對碳?xì)诌M行活化處理。二氧化碳或氧氣在高溫過程中會生成含氧官能團吸附在碳?xì)值谋砻?，使碳?xì)志邆湟欢ǖ挠H水性。其中含氧官能團主要為羥基和羧基。

[0072]

需要說明的是，可以通過改變通入二氧化碳或氧氣的通入流量、通入時間(如通入量5ml/min，通入時間為120min)以及碳化爐活化過程中的活化溫度來進行調(diào)整碳?xì)值挠H水性程度。

[0073]

步驟50，將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)?，使得碳?xì)直旧砭邆湟欢ǖ氖杷?，能更好滿足水電解質(zhì)裝置中對于傳輸層的功能需求。

[0074]

本實施例中，通過將活化后的碳?xì)纸n在疏水劑溶液中，以使碳?xì)直旧砭哂幸欢ǖ氖杷?，因此配制特定濃度的疏水劑溶液后，根?jù)碳?xì)置看谓莸臅r間和需要達到的目標(biāo)疏水程度來確定需要浸漬的次數(shù)。例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的疏水溶液，每次浸泡3?4分鐘，浸泡3次就能達到本實施例所需要的疏水后碳?xì)帧?br />
[0075]

步驟501，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的疏水溶液。取一定量的疏水劑和水混合通過機械攪拌裝置攪拌均勻得到疏水溶液，該疏水溶液中疏水劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，用于來調(diào)節(jié)活化后碳?xì)值氖杷潭取?br />
[0076]

其中，疏水劑為聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)或氟化乙丙烯或乙烯/四氟乙烯共聚物樹脂(etfe)都是可行的。

[0077]

步驟502，將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐羞M行浸漬，浸漬2?3分鐘后取出并在90?105℃下對浸漬后的碳?xì)诌M行干燥處理；

[0078]

具體地，將浸漬后的碳?xì)址湃牒嫦湟?05℃的溫度干燥半小時左右，將附著在碳?xì)直砻娴乃舾?，以得到疏水后的碳?xì)?。在本實施例中，?jīng)發(fā)明人反復(fù)實驗驗證，重復(fù)將碳?xì)衷谑杷芤褐薪n、干燥3次左右，即可得到疏水后的碳?xì)?，疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％。

[0079]

步驟503，測量步驟：檢測干燥后疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％時，執(zhí)行步驟504；當(dāng)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)不為10?30％時，重復(fù)對碳?xì)诌M行步驟502?503，直到疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10？30％；

[0080]

步驟504，將浸漬、干燥后的碳?xì)址湃牒嫦渲幸缘谌A(yù)設(shè)溫度進行燒結(jié)，并燒結(jié)第一預(yù)設(shè)時長，以得到疏水后的碳?xì)郑杷畡┰谔細(xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％。

[0081]

在本實施例中，經(jīng)發(fā)明人反復(fù)實驗驗證，經(jīng)過三次浸漬、干燥后的碳?xì)旨纯墒故杷畡┰谔細(xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％；

[0082]

在本實施例中，第三預(yù)設(shè)溫度為350℃，第一預(yù)設(shè)時長為30分鐘，以得到疏水后的碳?xì)郑杷畡┰谔細(xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％。燒結(jié)后可以通過檢測接觸角的方式進一步驗證碳?xì)值氖杷潭?，使生產(chǎn)出來的碳?xì)譁?zhǔn)確度更高，性能更好。

[0083]

需要說明的是，可以通過將碳?xì)侄啻畏湃胧杷芤褐薪n、干燥來控制碳?xì)值氖杷潭取?br />
[0084]

容易理解的是，在其他實施例中，根據(jù)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)的改變，相應(yīng)的第一預(yù)設(shè)時間和第三預(yù)設(shè)溫度也可以相應(yīng)的變化。

[0085]

步驟60，在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓樱沟弥频玫亩嗫讉鬏攲优c催化層之間的接觸面更均勻，多孔傳輸層與催化層之間的接觸電阻變小。

[0086]

步驟s601，取一定量的30nm碳粉和5?10nm碳納米管的混合物，加入增稠劑羧甲基纖維素和去離子水，放入攪拌器攪拌預(yù)設(shè)小時后得到固含量為6?8％的碳漿。

[0087]

具體地，在本實施例中，該預(yù)設(shè)小時為6小時。將5g碳粉、碳納米管混合后，加入增稠劑羧甲基纖維素和去離子水，經(jīng)攪拌器攪拌6小時后得到攪拌均勻的固含量為6?8％的碳漿。

[0088]

步驟602，配制好碳漿后，將碳漿涂覆在碳?xì)稚稀?br />
[0089]

具體地，碳漿可以通過刮涂、噴涂、旋涂、涂布或絲網(wǎng)印刷的方式涂覆在碳?xì)值谋砻嫔?，在本實施例中，考慮到碳漿的涂覆難度和耗時，選用的是涂布方式將碳漿涂覆在碳?xì)值谋砻?。作為一種優(yōu)選的實施方式，控制涂布刮刀的移動速度為5mm/s，使碳漿能均勻涂抹在碳?xì)稚?，碳?xì)指鞑糠值奶紳{厚度一致，表面更加均勻。

[0090]

步驟603，將涂覆碳漿的碳?xì)址湃牒嫦渲懈稍锾幚恚稍锖蟮玫胶穸葹?0μm的微孔層，該多孔傳輸層制備完成。

[0091]

需要說明的是，碳漿由30nm碳粉或者5?10nm碳納米管加入增稠劑羧甲基纖維素和去離子水?dāng)嚢柚频靡彩强尚械?，綜合制得的碳漿涂布出來的均勻度和生產(chǎn)成本考慮，在本實施例中碳漿選用的是碳粉和碳納米管混合制得，能使碳漿涂布均勻的同時，成本更低。

[0092]

本發(fā)明還提出了一種多孔傳輸層，如圖3所示，該多孔傳輸層由上述實施例的多孔傳輸層的制備方法制得，由于多孔傳輸層采用了上述所有實施例的全部技術(shù)方案，因此至少具有上述實施例的技術(shù)方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。其中，多孔傳輸層包括：碳?xì)?，碳?xì)志加锌讖綖?0?20μm的且均勻分布的微孔，碳?xì)謨?nèi)含有10％?

30％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的疏水結(jié)構(gòu)，碳?xì)直砻嫖接泻豕倌軋F；以及微孔層，微孔層設(shè)置于碳?xì)值囊粋?cè)表面，使多孔傳輸層表面和催化層的接觸面更均勻，接觸電阻小，該多孔傳輸層同時兼具疏水性和親水性，且表面光滑，與催化層之間的接觸電阻小，能很好滿足質(zhì)子交換膜水電解的性能要求。

[0093]

本發(fā)明還提出了一種質(zhì)子交換膜水解裝置，該質(zhì)子交換膜水解裝置包括上述實施例的多孔傳輸層，因此至少具有上述實施例的技術(shù)方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。

[0094]

本發(fā)明提出多孔傳輸層的制備方法包括以下步驟：準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液，將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，碳?xì)帜芘c混合液充分接觸，使混合液中的碳粉能均勻填充在碳?xì)值奈⒖?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理，檢測干燥后的碳?xì)值奈⒖卓讖?，?dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，執(zhí)行碳化和活化步驟；當(dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖轿刺幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，重復(fù)執(zhí)行上述浸泡步驟和檢測步驟，以確保碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)，使其能很好的適用于質(zhì)子交換膜水電解裝置。通過對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后的碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F，有助于提高碳?xì)蛛娀瘜W(xué)活性和親水性；將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)?；在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓?，使多孔傳輸層表面和催化層的接觸面均勻，接觸面電阻小，生產(chǎn)出來的多孔傳輸層能很好滿足質(zhì)子交換膜水電解的性能要求。

[0095]

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述多孔傳輸層的制備方法包括如下步驟：準(zhǔn)備步驟：準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液；浸泡步驟：將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理；檢測步驟：檢測干燥后的碳?xì)值奈⒖卓讖?，?dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，執(zhí)行碳化和活化步驟；當(dāng)碳?xì)值奈⒖卓讖轿刺幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)時，重復(fù)執(zhí)行上述浸泡步驟和檢測步驟，直至碳?xì)值奈⒖卓讖教幱陬A(yù)設(shè)孔徑范圍內(nèi)；碳化和活化步驟：對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F；疏水步驟：將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)?；涂覆步驟：在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓印?.如權(quán)利要求1所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述準(zhǔn)備步驟：準(zhǔn)備碳?xì)忠约鞍A(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇的混合液具體包括：準(zhǔn)備碳?xì)?、預(yù)設(shè)份量的碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇；將碳粉、分散劑以及溶劑異丙醇進行混合攪拌后進行除泡處理，以得到所述混合液，所述碳粉質(zhì)量是所述混合液的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3％，所述分散劑的含量為所述碳粉質(zhì)量的0.2倍。3.如權(quán)利要求2所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述浸泡步驟：將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，并在浸泡預(yù)設(shè)時間后取出對碳?xì)诌M行干燥處理具體包括；將碳?xì)纸萦诨旌弦褐?，浸??3分鐘后取出，并在90?105℃下對浸泡后的碳?xì)诌M行干燥處理；所述預(yù)設(shè)孔徑范圍為10?20μm。4.如權(quán)利要求1所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后的碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F具體包括：將干燥處理后的碳?xì)址湃胩蓟癄t中，通入惰性氣體排除所述碳化爐內(nèi)空氣，并控制碳化爐按照預(yù)設(shè)的升溫條件升溫至第一預(yù)設(shè)溫度以使所述碳?xì)痔蓟?；將所述碳化爐溫度降至第二預(yù)設(shè)溫度，停止向所述碳化爐內(nèi)通入惰性氣體，并通入氧氣或二氧化碳對所述碳?xì)诌M行活化處理，使所述碳?xì)直砻娓街龊豕倌軋F，所述第二預(yù)設(shè)溫度小于第一預(yù)設(shè)溫度。5.如權(quán)利要求4所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)溫度為2000℃，所述第二預(yù)設(shè)溫度為1000℃；所述升溫條件為：從25℃以10℃/min的升溫速率升至1000℃，再以5℃/min的升溫速率升溫至1800℃，再以3℃/min的升溫速率升至到2000℃，然后在2000℃保持30min。6.如權(quán)利要求1?5任一項所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)志唧w包括：準(zhǔn)備疏水劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的疏水溶液；疏水步驟：將活化后的碳?xì)址湃胧杷芤褐羞M行浸漬，浸漬2?3分鐘后取出并在90?105℃下對浸漬后的碳?xì)诌M行干燥處理；測量步驟：檢測干燥后疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％時，執(zhí)行燒結(jié)步驟；當(dāng)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)不為10?30％時，重復(fù)對碳?xì)诌M行疏水步驟、測量步驟，直到疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?30％；燒結(jié)步驟：將碳?xì)址湃牒嫦渲幸缘谌A(yù)設(shè)溫度進行燒結(jié)，并燒結(jié)第一預(yù)設(shè)時長，以得到疏水后的碳?xì)?；所述浸漬次數(shù)根據(jù)疏水劑在碳?xì)种械馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)和疏水劑的濃度以及每次浸漬時長確定。7.如權(quán)利要求1所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述疏水劑為聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)或氟化乙丙烯或乙烯/四氟乙烯共聚物樹脂(etfe)。8.如權(quán)利要求1所述的多孔傳輸層的制備方法，其特征在于，所述在疏水后的碳?xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓泳唧w包括：準(zhǔn)備30nm碳粉或者5?10nm碳納米管或者30nm碳粉和5?10nm碳納米管的混合物，加入增稠劑羧甲基纖維素和去離子水，放入攪拌器攪拌預(yù)設(shè)小時后得到固含量為6?8％的碳漿；將碳漿涂覆在碳?xì)稚?，并進行干燥后得到第一預(yù)設(shè)厚度的微孔層以及得到第二預(yù)設(shè)厚度的多孔傳輸層厚度；所述第一預(yù)設(shè)厚度為40μm，所述第二預(yù)設(shè)厚度為340μm。9.一種多孔傳輸層，其特征在于，通過如權(quán)利要求1?8任一項所述的多孔傳輸層的制備方法制備得到，所述多孔傳輸層包括：碳?xì)?，所述碳?xì)志加锌讖綖?0？20μm的微孔，所述碳?xì)謨?nèi)含有疏水結(jié)構(gòu)，所述碳?xì)直砻嫖胶豕倌軋F；以及微孔層，所述微孔層設(shè)置于所述碳?xì)值囊粋?cè)表面。10.一種質(zhì)子交換膜水解裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的多孔傳輸層。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種多孔傳輸層的制造方法、多孔傳輸層以及質(zhì)子交換膜水電解裝置。其中，多孔傳輸層的制備方法通過將碳?xì)纸萦诨旌弦褐校瑢μ細(xì)诌M行干燥處理，檢測確保經(jīng)浸泡、干燥處理后的碳?xì)值奈⒖卓讖皆陬A(yù)設(shè)孔徑范圍；對干燥處理后的碳?xì)忠来芜M行碳化、活化處理，以使活化后碳?xì)值谋砻嫖接泻豕倌軋F；將活化后的碳?xì)址湃胧杷畡┤芤褐薪n以及干燥處理后，得到疏水后的碳?xì)郑辉谑杷蟮奶細(xì)直砻嫱扛蔡紳{，以在碳?xì)直砻嫘纬晌⒖讓?。本發(fā)明生產(chǎn)的多孔傳輸層孔徑均勻，本身具備親疏水性，電化學(xué)活性強，多孔傳輸層和催化層之間的接觸電阻小，很好的滿足了質(zhì)子交換膜水電解裝置的性能要求。能要求。能要求。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧通 徐少軼 李輝

受保護的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.02

技術(shù)公布日：2021/9/24