燃料电池部件的同时涂覆制造技术

本发明专利技术公开了将多个燃料电池部件涂层同时施加到基材上的方法。所述方法包括提供基材，和在层流下将两种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上。

【技术实现步骤摘要】

本文记述的实施方案一般涉及涂覆燃料电池部件的方法，和更具体地，其涉及将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法。
技术介绍
电化学转化电池，一般被称为燃料电池，通过处理反应物，例如，通过氢和氧的氧化和还原，产生电能。在一些燃料电池系统中，氢或富氢气体被作为反应物通过流路提供到燃料电池的阳极侧，而氧（如以大气氧的形式）被作为反应物通过分离的流路提供到燃料电池的阴极侧。所述阳极和阴极促进所述反应物电化学转化成电子和带正电荷的离子（对于氢）和带负电荷的离子（对于氧）。电解质层使阳极与阴极分离以提供离子从阳极至阴极的选择性通过，而同时禁止产生的电子的通过。产生的电子被迫流经外部导电电路（如，负载）以作有用功然后在阴极上与所述带电离子重组。带正电荷和带负电荷的离子在阴极上的结合导致产生作为反应的副产物的无污染的水。聚合物电解质燃料电池可以包括在两侧上都具有催化剂电极层的聚合物膜（例如，质子交换膜（PEM））。催化剂涂覆的PEM可以位于一对气体扩散介质（GDM）之间，且阴极和阳极板被放置在气体扩散介质层的外侧。在制造膜电极组件过程中，可将催化剂电极层依次涂覆在膜载体的每一侧上。即，所述层是采用部分或完全干燥一个层之后再将下一层施加到膜支撑上的顺序涂覆操作形成的。或者，可以使用催化剂涂覆的扩散介质层，其中所述催化剂被涂覆在气体扩散介质上。在制造催化剂-涂覆的扩散介质的过程中，可以将催化剂电极层和离聚物层依次涂覆在基材的一侧上。类似于制造聚合物电解质燃料电池，使用包括部分或完全干燥一个层之后再将下一层施加到膜载体上的顺序涂覆操作形成所述层。所述制造方法是复杂的、耗时的和昂贵的。其中包括许多层，可能有相当多的涂覆和干燥设备重复。在某些情况下，当其中在每次涂覆层之间没有干燥步骤地涂覆层时，可能发生层和/或分散或溶解在其中的关键成分的混合。此外，会产生具有可变的层厚度的非均匀的层。因此，本文公开了替代燃料电池、膜电极组件和制造膜电极组件的方法。
技术实现思路
本文公开的实施方案为将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法。所述方法包括提供基材，并在层流下将两种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上，使得非多孔层溶液被同时涂覆在第一多孔层溶液上，其中所述第一多孔层溶液包含电极墨水而所述非多孔层溶液包含膜溶液。本文还公开的实施方案为将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法。所述方法包括提供基材，和在层流下将三种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上，使得非多孔层溶液被同时涂覆在第一多孔层溶液上，其中所述第一多孔层溶液包含电极墨水而所述非多孔层溶液包含膜溶液。本文还公开的实施方案为制造膜电极组件的方法。所述方法包括将两种或更多种溶液同时涂覆到第一基材上以形成阴极基材，其中在层流下进行所述涂覆，使得膜溶液被同时涂覆在阴极溶液上，将两种或更多种溶液同时涂覆到第二基材上以形成阳极基材，其中在层流下进行所述涂覆，使得膜溶液被同时涂覆在阳极溶液上，和将所述阴极基材热压到所述阳极基材，使得阴极和阳极在所述膜的相对侧。具体地，本专利技术涉及以下方面：1. 一种将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法，所述方法包括：提供基材；和在层流下将两种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上，使得非多孔层溶液被同时涂覆在第一多孔层溶液上；其中所述第一多孔层溶液包含电极墨水而所述非多孔层溶液包含膜溶液。2. 根据方面1所述的方法，其中所述方法进一步包括将多孔增强层施加在所述非多孔层溶液上。3. 根据方面1所述的方法，其中所述方法进一步包括干燥所述第一多孔层溶液和所述非多孔层溶液以形成第一多孔层和非多孔层。4. 根据方面2所述的方法，其中所述方法进一步包括干燥所述第一多孔层溶液、所述非多孔层溶液和所述多孔增强层以形成在所述基材上的第一多孔层、在所述第一多孔层上的非多孔层和在所述非多孔层上的所述多孔增强层。5. 根据方面1所述的方法，其中使用狭缝模具涂布工艺、斜板涂布工艺、幕涂工艺或辊式涂布工艺或其组合同时涂覆所述两种或更多种溶液。6. 根据方面1所述的方法，其中所述基材为气体扩散介质。7. 根据方面1所述的方法，其中所述电极墨水包含一种或多种溶剂、离聚物和催化剂。8. 根据方面1所述的方法，其中所述膜溶液包含一种或多种溶剂和离聚物。9. 根据方面1所述的方法，其中所述层流具有小于约50的雷诺数。10. 一种将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法，所述方法包括：提供基材；和在层流下将三种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上，使得非多孔层溶液被同时涂覆在第一多孔层溶液上；其中所述第一多孔层溶液包含电极墨水而所述非多孔层溶液包含膜溶液。11. 根据方面10所述的方法，其中将所述第一多孔层溶液同时涂覆在微孔层溶液上，并将所述微孔层同时涂覆在所述基材上。12. 根据方面10所述的方法，其中所述微孔层溶液包含：a. 溶剂，其包括有机溶剂、水或其混合物；b. 碳颗粒；和c. 疏水性聚合物，其包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、氟化乙丙烯或其组合。13. 根据方面11所述的方法，其中所述方法进一步包括干燥所述微孔层溶液、所述第一多孔层溶液和所述非多孔层溶液以形成微孔层、第一多孔层和非多孔层。14. 根据方面10所述的方法，其中将第二多孔层溶液同时涂覆在所述非多孔层溶液上，且其中所述第二多孔层溶液包含电极墨水。15. 根据方面14所述的方法，其中所述方法进一步包括干燥所述第一多孔层溶液、所述非多孔层溶液和所述第二多孔层溶液以形成第一多孔层、非多孔层和第二多孔层。16. 根据方面10所述的方法，其中所述基材为气体扩散介质。17. 根据方面10所述的方法，其中所述层流具有小于约50的雷诺数。18. 一种制造膜电极组件的方法，所述方法包括：将两种或更多种溶液同时涂覆到第一基材上以形成阴极基材，其中在层流下进行所述涂覆，使得膜溶液被同时涂覆在阴极溶液上；将两种或更多种溶液同时涂覆到第二基材上以形成阳极基材，其中在层流下进行所述涂覆，使得膜溶液被同时涂覆在阳极溶液上；和将所述阴极基材热压到所述阳极基材，使得阴极和阳极在所述膜的相对的两侧。19. 根据方面18所述的方法，其中所述方法进一步包括干燥所述阴极基材和所述阳极基材。20. 根据方面18所述的方法，其中所述层流具有小于约50的雷诺数。本文记述的燃料电池、膜电极组件和制造膜电极组件的方法的实施方案的其它特征和优点将在下面的详细说明中阐述，并且由该说明对于本领域技术人员来说它们将在某种程度上变得显而易见或通过实施本文（包括下面的详细说明、权利要求书和附图）记述的实施方案而认识到。前述一般说明和以下详细说明都记述了各种实施方案并意在为理解要求保护的主题的性质和特性提供概述或框架。附图用于提供对各种实施方案的进一步理解，并且被结合到和构成说明书的一部分。附图说明了本文记述的各种实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法，所述方法包括：提供基材；和在层流下将两种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上，使得非多孔层溶液被同时涂覆在第一多孔层溶液上；其中所述第一多孔层溶液包含电极墨水而所述非多孔层溶液包含膜溶液。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/833,0051. 一种将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的方法，所述方法包括：
提供基材；和
在层流下将两种或更多种溶液同时涂覆到所述基材上，使得非多孔层溶液被同时涂覆在第一多孔层溶液上；
其中所述第一多孔层溶液包含电极墨水而所述非多孔层溶液包含膜溶液。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括将多孔增强层施加在所述非多孔层溶液上。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包括干燥所述第一多孔层溶液、所述非多孔层溶液和所述多孔增强层以形成在所述基材上的第一多孔层、在所述第一多孔层上的非多孔层和在所述非多孔层上的所述多孔增强层。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中使用狭缝模具涂布工艺、斜板涂布工艺、幕涂工艺或辊式涂布工艺或其组合同时涂覆所述两种或更多种溶液。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述层流具有小于约50的雷诺数。
6. 一种将多个燃料电池部件涂层同时施加在基材上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：SC穆斯，BM霍塔林，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US