用于防止离聚物渗透的基底热控制制造技术

本公开的系统和方法包括提供多孔基底、加热多孔基底以产生预热基底、将电极油墨施加到预热基底上以产生涂覆基底，并且对涂覆基底的电极油墨进行干燥以在多孔基底上产生电极。预热基底具有大于23℃的温度。施加通过涂覆机构进行。电极油墨包括分散在溶剂中的催化剂和离聚物。干燥通过干燥机构进行。

Base heat control for preventing ionomer penetration

The systems and methods of the present disclosure include providing porous substrates, heating porous substrates to generate preheated substrates, applying electrode ink to preheated substrates to generate coated substrates, and drying the coated electrode ink to generate electrodes on porous substrates. The preheated substrate has a temperature greater than 23 C. The application is carried out through the coating mechanism. Electrode inks include catalysts and ionomers dispersed in solvents. Drying is carried out by a drying mechanism.

【技术实现步骤摘要】
用于防止离聚物渗透的基底热控制
技术介绍
本公开涉及燃料电池领域，并且更具体地涉及用于抑制离聚物渗透到多孔基底中的系统和方法。在各种应用中，燃料电池系统可用作提供电能的电源。所产生的电能可以直接用于向诸如电动机之类的设备供电。另外地或替代地，所产生的电能可以采用例如电池进行存储，供以后使用。在某些应用中，为了向建筑物、住宅等供应电力，燃料电池被结合到固定结构中。在某些应用中，燃料电池被结合到智能电话、摄像机、计算机等设备中。在某些应用中，燃料电池被结合到车辆中，从而提供或补给动力。催化剂油墨用于制造燃料电池的电极。催化剂油墨包括以特定比率悬浮于一种或多种溶剂(比如乙醇和水的混合物)中的催化剂粉末和离聚物。然后再将催化剂油墨施加到多孔材料上，比如气体扩散层(GDL)。当催化剂油墨在GDL上铺开之后，在烘箱中对油墨进行烘干，除去电极上的溶剂。然而，潮湿的催化剂油墨的铺开会使得电极油墨内的离聚物进入到多孔GDL材料中，几乎损失了约50％。为了减少离聚物渗透，采用的是富含乙醇的电极油墨，例如按体积计75％的乙醇和25％的水。
技术实现思路
期望对电极中的离聚物含量进行优化并抑制过量的离聚物渗透到多孔层中。在一些方面，在施加催化剂油墨之前，对气体扩散介质等多孔基底进行预加热，由此抑制过量的离聚物渗透到多孔基底中。根据本公开的多个方面，一种方法包括提供多孔基底，加热多孔基底以产生预热基底，将电极油墨施加到预热基底上以产生涂覆基底，并且对涂覆基底的电极油墨进行干燥以在多孔基底上产生电极。预热基底具有大于23℃的温度。施加通过涂覆机构进行。电极油墨包括分散在溶剂中的催化剂和离聚物。干燥通过干燥机构进行。根据本公开的其他方面，其中电极中离聚物与催化剂按体积计的第一比率处于电极油墨中离聚物与催化剂按体积计的第二比率的15％以内。根据本公开的其他方面，其中干燥机构是第二加热机构。根据本公开的其他方面，其中电极油墨包括第一量的离聚物。电极油墨包括第二量的离聚物。并且第二量不小于第一量的70％。根据本公开的其他方面，其中电极油墨包括第一量的离聚物且电极油墨包括第二量的离聚物，并且第二量不小于第一量的90％。根据本公开的其他方面，其中温度大于约50℃。根据本公开的其他方面，其中温度大于约80℃。根据本公开的其他方面，其中电极油墨的离聚物从电极迁移到多孔基底中不超过约20μm。根据本公开的其他方面，其中电极油墨的离聚物从电极迁移到多孔基底中不超过约10μm。根据本公开的多个方面，一种系统包括加热机构、设置在加热机构下游的涂覆机构以及设置在涂覆机构下游的干燥机构。加热机构配置为加热多孔基底以产生预热基底。预热基底具有大于23℃的温度。涂覆机构包括配置为将电极油墨施加到预热基底的施加器。电极油墨包括分散在溶剂中的催化剂和离聚物，从而产生涂覆基底。干燥机构配置为对涂覆基底的电极油墨进行干燥以在多孔基底上产生电极。根据本公开的其他方面，其中电极中离聚物与催化剂按体积计的第一比率处于电极油墨中离聚物与催化剂按体积计的第二比率的15％以内。根据本公开的其他方面，其中干燥机构是第二加热机构。根据本公开的其他方面，其中电极油墨包括第一量的离聚物且电极油墨包括第二量的离聚物，并且第二量不小于第一量的70％。根据本公开的其他方面，其中电极油墨包括第一量的离聚物且电极油墨包括第二量的离聚物，并且第二量不小于第一量的90％。根据本公开的其他方面，其中温度大于约50℃。根据本公开的其他方面，其中温度大于约80℃。根据本公开的其他方面，其中电极油墨的离聚物从电极迁移到多孔基底中不超过约20μm。根据本公开的其他方面，其中电极油墨的离聚物从电极迁移到多孔基底中不超过约10μm。结合附图，通过以下对用于执行本公开的最佳方式的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点容易变得显而易见。附图说明这些附图是说明性的，并不旨在限制由权利要求限定的主题。示例性方面在下面的详细描述中进行讨论并且在附图中示出，在附图中：图1是根据本公开的多个方面的包括燃料电池堆的燃料电池系统的示意图；图2是图1的燃料电池堆的示意性分解图；图3是图2的燃料电池堆的一部分的示意性横截面图；图4是根据本公开的多个方面的用于在多孔基底上产生电极的示意性系统；图5A至图5D是根据本公开的多个方面的在多孔基底上组装电极的方法的示意图。具体实施方式图1是配置为产生动力的燃料电池系统的示意图。燃料电池系统包括氧化剂源1、燃料源2、反应物处理系统3、燃料电池堆4、至少一个储能设备5和电机6。氧化剂源1和燃料源2向燃料电池系统提供反应物，进而通过化学反应产生电能。如本文所用，“反应物”可以指代如上下文中规定的燃料、氧化剂或二者。反应物包括合适的燃料与氧化剂组合。例如，燃料是氢气，而氧化剂是氧气。可以采用其他燃料，例如天然气、甲醇、汽油和煤炭衍生的合成燃料。反应物处理系统3接收来自氧化剂源1的氧化剂和/或来自燃料源2的燃料。在一些方面，反应物处理系统3将原始燃料转化为适合于燃料电池堆4的形式。例如，反应物处理系统3可以使甲醇发生反应，产生供应到燃料电池堆3的氢气。在一些方面，另外地或替代地，反应物处理系统3通过调整诸如温度、压力、湿度等因素来调节一种或多种反应物。在一些方面，可以省掉反应物处理系统3。燃料电池堆4配置为接收来自反应物处理系统3的反应物并通过促进氧化还原反应来产生电能。例如，氢燃料可以与氧发生反应后产生电力，同时副产物为热量和水。储能设备5配置为接收由燃料电池堆4产生的能量并将该能量提供给辅助部件。储能设备5可以存储能量以供未来使用，或者可以基本上即刻地使用能量来提供针对可能会损害辅助部件(如电机6)的功率波动的缓冲。电机6配置为将存储在储能设备中的电能转换为做功。电机6可以用于驱动动力设备，比如车轮7。图2是燃料电池堆4的分解图。燃料电池堆4包括多个板12、至少一个燃料电池14以及压缩构件16。多个板12可以包括板12的适当组合，例如端板18、单极板20、双极板22、其组合等。每个单极板20设置在相应的燃料电池14附近，而每个双极板22设置在一对燃料电池14之间。压缩构件16配置为沿堆叠方向向燃料电池堆4施加压缩力。通过相邻部件之间的接触压力，压缩力将板12和燃料电池14固定就位。在一些方面，压缩构件16包括接合端板18上的结构的多根螺纹杆。通过拧紧螺杆，将压缩力沿着堆叠方向增大到期望水平，从而使得接触压力沿着相邻部件之间的密封部分分布。在一些方面，压缩构件16没有与整个燃料电池堆4接合。例如，压缩构件16可以接合两个相邻板12以向这两个板12施加压缩力，或者可以接合多个相邻板12以将压缩力施加到该多个相邻板12。端板18设置在燃料电池堆4的顶部和底部。端板18包括设置在其上的燃料入口24a、燃料出口24c、氧化剂入口26a、氧化剂出口26c、冷却剂入口28a以及冷却剂出口28c。如本文所用，“流体”可以指代如上下文中规定的燃料、氧化剂、冷却剂或其任何组合。例如，“流体入口24a、26a、28a”可以指代如上下文中规定的燃料入口24a、氧化剂入口26a或冷却剂入口28a中的任何一种或全部，而“反应物通道24b、26b”可以指代指代如上下文中规定的燃料通道24b和氧化剂通道26b中的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：提供多孔基底；经由加热机构加热所述多孔基底以产生预热基底，所述预热基底具有大于23℃的温度；经由涂覆机构将电极油墨施加到所述预热基底上以产生涂覆基底，所述电极油墨包括分散在溶剂中的催化剂和离聚物；以及经由干燥机构对所述涂覆基底的所述电极油墨进行干燥以在所述多孔基底上产生电极。

【技术特征摘要】
2017.06.16 US 15/6255791.一种方法，包括：提供多孔基底；经由加热机构加热所述多孔基底以产生预热基底，所述预热基底具有大于23℃的温度；经由涂覆机构将电极油墨施加到所述预热基底上以产生涂覆基底，所述电极油墨包括分散在溶剂中的催化剂和离聚物；以及经由干燥机构对所述涂覆基底的所述电极油墨进行干燥以在所述多孔基底上产生电极。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电极中离聚物与催化剂按体积计的第一比率处于所述电极油墨中离聚物与催化剂按体积计的第二比率的15％以内。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电极油墨包括第一量的离聚物，所述电极油墨包括第二量的离聚物，并且所述第二量不小于所述第一量的70％。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电极油墨包括第一量的离聚物且所述电极油墨包括第二量的离聚物，并且所述第二量不小于所述第一量的90％。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度大于约50℃。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·拉马斯瓦米，E·V·尼恩加，B·阿克什曼安，
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