本发明涉及燃料电池，特别是涉及一种具有多层梯次裂纹的碳电极及其制备方法。
背景技术：
1、燃料电池有高效率、低污染、低辐射、可靠性高、易于建设等优点，因此具有广阔的应用空间。燃料电池主要包含质子交换膜(pem)、催化层(cl)、微孔层(mpl)、气体扩散层(gdl)以及双极板(bp)等组成部分，其中，电极的催化剂层为细密均匀的肉眼可见的裂纹结构，在燃料电池中的气-液-固三相反应系统中，若电极疏水性能不足，则会发生水淹现象，导致大量的水堵塞电极催化剂层和多孔输运层的孔隙，造成电化学活性面积降低。这一系列不良影响会导致燃料电池性能下降甚至完全停止工作。总之，电极的水下浸润性调整(以疏水性为目标)是电池整体性能的关键，特别是在工业应用所涉及的大电流密度下，缺乏必要的抗电浸润能力，会使电解质溶液浸润电极，导致气体通道被堵塞，催化剂活性位点被屏蔽，使燃料电池性能大幅度下降，这也是阻碍燃料电池走向产业化应用的重要原因。因此，通过提高电极的疏水能力，增加燃料电池稳定性是当下研究重点之一。
2、公开号为cn117543024a的一种有序梯级多孔碳电极及其制备方法，其公开了在电极内部形成有序梯级大孔和随机分布的小孔，在毛细力作用下电极内部形成气液分离通道，有效地提高电极内部的物质传输效率。同时，该发明还可以通过有序梯级大孔调节电极内部液态水的平衡，可以在低压条件保留液态水以满足质子交换膜的水合作用，并在高压条件下有效的排除过量的液态水防止电池内部的水淹，提高了电池的电化学性能。但该方案的制备工艺复杂，抗弯折能力与抗压能力差等机械性能差，不利于产业化应用。
3、文献optimizing the hydrophobicity of gdl to improve the fuel cellperformance，zhou ke等制备了具有双mpl的gdl，通过合理分配聚四氟乙烯(ptfe)和炭黑的含量，对gdl进行梯度疏水处理，可在一定程度上提高电极疏水性，获得较好的水管理能力。但其存在催化剂层结构分层不明显，疏水性提升有限的缺点。
4、文献anti-electrowetting carbon film electrode with self-sustainedaeration for industrial h2o2 electrosynthesis，lele cui等，展示了一种抗电润湿碳膜电极的概念，该电极通过结构上不连续地破坏传统的平面电催化剂膜，表现出较好的水下疏水性。但该发明受制于其单层结构，为形成特定的裂纹结构，其催化剂层的ptfe掺杂量几乎不可调节，其过多的使用ptfe在提升电极疏水性的同时也存在堵塞催化剂碳活性位点的风险。
5、因此，亟需一种具有制备工艺简单、机械性能良好且具备很好的电极疏水性等优点的碳电极。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种具有多层梯次裂纹的碳电极及其制备方法，能够保证优异的电极疏水能力的前提下，气流通道可控范围大，制备工艺简单，得到的碳电极具有良好的机械性能，且得到了微米级的裂纹结构，还提高了燃料电池稳定性。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、一种具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将聚四氟乙烯超声分散于溶剂中，得到混合悬浮液；
5、s2、将步骤s1中得到的混合悬浮液和商业炭黑超声搅拌混合，得到涂覆浆料1；
6、s3、将涂覆浆料1涂布于支持层上，高温烘干，得到具有一层裂纹的碳电极；
7、s4、n次改变聚四氟乙烯与商业炭黑的质量比，或改变商业碳黑种类，重复步骤s1-s2，得到涂覆浆料n+1，n为大于等于1的自然数；
8、s5、将所述涂覆浆料n+1涂布于所述具有n层裂纹的碳电极上，高温烘干，得具有n+1层梯次裂纹的碳电极。
9、进一步的，所述溶剂包括乙醇、二甲基乙酰胺。
10、进一步的，所述支持层选择商业碳纸、商业碳布、钢丝网任一种。
11、进一步的，所述涂布采用凹版涂布、反向辊涂、刀辊涂层、计量棒涂布、槽模涂布、浸渍、幕帘涂层、气刀涂层工艺中的任一种。
12、进一步的，所述涂覆浆料1或n的厚度为0.1mm-1.5mm。
13、进一步的，所述溶剂的使用量为每100mg碳黑使用2ml-10ml相应量的溶剂。
14、进一步的，超声搅拌温度范围为30℃-70℃，转速为100r/min-500r/min。
15、进一步的，高温烘干的温度为150℃-500℃，烘干时间为0.5h-12h。
16、进一步的，所述碳黑采用商业碳黑，所述商业碳黑包括卡博特炭黑ec300jd、卡博特炭黑xc-72r、xc-72、科琴黑碳粉ecp600j、科琴黑ec300j、石墨烯、多壁碳纳米管、氨基化多壁碳纳米管中的任意一种。
17、本发明还提供了一种具有多层梯次裂纹的碳电极，通过所述具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法制备得到。
18、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的具有多层梯次裂纹的碳电极及其制备方法，通过更改碳黑与ptfe质量参杂比、碳黑种类、溶剂类型等方法得到具有多层裂纹结构的碳电极，这样不仅增加了电极表面的粗糙程度，还在电极内部形成有序梯级大裂纹层和小裂纹层，从而获得优异的疏水性能。而且得到的碳电极抗弯折能力、抗压能力等机械性能好，抗电浸润能力佳，电池稳定性能好。本发明得到的电极裂纹宽度范围可调控在10μm-260μm，是一种微米级的裂纹结构。
1.一种具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极制备方法，其特征在于，所述溶剂包括乙醇、二甲基乙酰胺。
3.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，所述支持层选择商业碳纸、商业碳布、钢丝网任一种。
4.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，所述涂布采用凹版涂布、反向辊涂、刀辊涂层、计量棒涂布、槽模涂布、浸渍、幕帘涂层、气刀涂层工艺中的任一种。
5.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，所述涂覆浆料1或n的厚度为0.1mm-1.5mm。
6.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，所述溶剂的使用量为每100mg碳黑使用2ml-10ml相应量的溶剂。
7.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，超声搅拌温度范围为30℃-70℃，转速为100r/min-500r/min。
8.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，高温烘干的温度为150℃-500℃，烘干时间为0.5h-12h。
9.根据权利要求1所述的具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法，其特征在于，所述碳黑采用商业碳黑，所述商业碳黑包括卡博特炭黑ec300jd、卡博特炭黑xc-72r、xc-72、科琴黑碳粉ecp600j、科琴黑ec300j、石墨烯、多壁碳纳米管、氨基化多壁碳纳米管中的任意一种。
10.一种具有多层梯次裂纹的碳电极，其特征在于，通过权利要求1-9任一所述具有多层梯次裂纹的碳电极的制备方法制备得到。
