阴离子交换膜电解用气体扩散层及其制造方法与流程

相关申请的交叉引用本申请要求于2021年11月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0169324号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。本发明涉及阴离子交换膜电解用气体扩散层及其制造方法。具体地，本发明涉及包括网状碳纳米纤维膜的气体扩散层及其制造方法。

背景技术：

1、气体扩散层(gas diffusion layer，gdl)用作将反应物从燃料电池(fc)和电解(ec)传输到电极并同时排出产物的通道，并且也是起到诸如散热和电极支撑的作用的关键组件。

2、大多数商业gdl用于聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)，并且具有其中包含疏水性聚合物的微孔层(mpl)涂覆到多孔碳纸上的结构。此时，在燃料电池的情况下，可能发生其中在阴极处产生的水堵塞气体扩散层的孔的现象(水淹)，并因此需要气体扩散层具有疏水性。因此，燃料电池的气体扩散层使用ptfe和粘结剂作为赋予疏水性的聚合物。

3、水电解用气体扩散层是这样的界面：在该界面处，为电化学反应的反应物和产物的气体例如氢气(h2)、氧气(o2)和水(h2o)在催化剂层与电极之间自由移动并引起导电。因此，使用多孔碳材料，例如这样的碳纤维：其不与用于电化学反应的盐发生副反应，并且具有多孔性和导电性。

4、然而，常规使用的碳纤维纸由于其粗糙的表面而具有电极层与催化剂层之间的界面接触电阻的问题。为了解决这个问题，通过应用聚合物材料例如粉末状碳糊或粘结剂来形成微孔层。然而，包含聚合物材料例如碳糊或粘结剂的微孔层具有这样的问题：由于聚合物组分而导致其亲水性和电导率降低，这使电解用气体扩散层的特性劣化。

5、因此，已设计了通过控制微孔层中包含的粘结剂聚合物来赋予亲水性的方法，但是仍然存在电导率降低的问题，以及阻碍气体移动的另外问题。

6、因此，需要开发可以用于阴离子交换膜电解的为亲水性的并且具有优异电导率的气体扩散层及其制造方法。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的是提供阴离子交换膜电解用气体扩散层及其制造方法。

3、具体地，本发明的目的是提供包括网状碳纳米纤维膜的气体扩散层及其制造方法，所述气体扩散层为亲水性的并且表现出透气性。

4、技术方案

5、根据本发明的一个实施方案，提供了阴离子交换膜电解用气体扩散层，其包括网状碳纳米纤维膜，其中碳纳米纤维的直径为500nm或更小。

6、根据本发明的另一个实施方案，提供了用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，所述方法包括：对碳前体材料进行纺丝以形成网状成型产品(步骤1)；以及对网状成型产品进行热处理以获得网状碳纳米纤维膜(步骤2)。

7、有益效果

8、根据本发明的包括网状碳纳米纤维膜的气体扩散层具有比聚合物例如粉末状碳材料或粘结剂更高的孔隙率，并因此非常有利于催化剂层中产生的氢气和氧气的移动，这使得气体容易从电解质移动到外部，从而提供可以提高电解池效率的阴离子交换膜电解用气体扩散层。

9、此外，根据本发明的网状碳纳米纤维膜具有高亲水性，并因此可以改善气体扩散层中电解质的润湿性。

10、此外，根据本发明，可以提供使用纺丝法用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法。

11、此外，根据本发明，可以提供使用和制造网状碳纳米纤维膜作为气体扩散层本身的方法。

12、此外，根据本发明，可以提供除了网状碳纳米纤维膜之外一起应用常规使用的气体扩散层的方法。

1.一种阴离子交换膜电解用气体扩散层，包括网状碳纳米纤维膜，

2.根据权利要求1所述的阴离子交换膜电解用气体扩散层，其中：

3.根据权利要求1所述的阴离子交换膜电解用气体扩散层，其中：

4.根据权利要求1所述的阴离子交换膜电解用气体扩散层，其中：

5.根据权利要求4所述的阴离子交换膜电解用气体扩散层，其中：

6.一种用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：

8.根据权利要求6所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：

9.根据权利要求8所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：

10.根据权利要求6所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：

11.根据权利要求6所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：

12.根据权利要求6所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：

13.根据权利要求11或12所述的用于制造阴离子交换膜电解用气体扩散层的方法，其中：