用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造用于燃料电池(100)的气体扩散层(GDL)的方法，所述方法具有下列步骤：1)提供颗粒形的组成部分(M1、M2)：a)具有第一润湿角的第一组成部分(M1)，和b)具有第二润湿角的第二组成部分(M2)，所述第二润湿角不同于所述第一润湿角，2)将所述第一组成部分(M1)和所述第二组成部分(M2)混合成不均匀的混合物，3)由所述不均匀的混合物制造带形材料，4)在所述带形材料上裁剪出气体扩散层(GDL)。(GDL)。(GDL)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法


[0001]本专利技术涉及一种根据独立的方法权利要求所述的用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法。此外，本专利技术还涉及一种相应的根据独立的装置权利要求所述的气体扩散层。此外，本专利技术还涉及一种相应的根据并列的独立装置权利要求所述的燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池是电化学换能器。在聚合物电解质膜燃料电池或简称为PEM燃料电池中为了获得能量将反应物氢气和氧气转化成水、电能和热量。根据现有技术，PEM燃料电池构造为重复单元的堆叠，所述重复单元包括阴极区域、双极板、阳极区域和膜片电极单元。双极板是能导电的，但对于气体和离子是不能穿透的。双极板借助于在毫米范围中的隔片结构在阳极区域中分配例如氢气并且在阴极区域中分配例如氧气或空气。为了简化气体从双极板的毫米级结构化部到膜片电极单元的纳米级催化剂颗粒上的过渡和分配，在膜片的阴极侧上和在膜片的阳极侧上分别使用各一个多孔的气体扩散层作为电极单元。在燃料电池中越来越多地使用基于颗粒的气体扩散层。在膜片的阴极侧上必须将由于化学反应形成的产物水经由气体扩散层的孔排出。已经示出，在排出产物水时在气体扩散层内部形成“任意的”水路径。在气体扩散层的多孔结构的局部注满的区域中含氧气的反应物的输送被阻碍，使得燃料电池的局部性能波动。这又可以影响燃料电池的整体性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术涉及一种根据独立的方法权利要求所述的用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法。此外，本专利技术设置有一种相应的根据独立的装置权利要求所述的气体扩散层。此外，本专利技术涉及一种相应的根据并列的独立装置权利要求所述的燃料电池。本专利技术的其他优点和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本专利技术的方法描述的优点、特征和细节当然也适用于根据本专利技术的膜片电极单元以及根据本专利技术的燃料电池，反之亦然，使得关于本专利技术的各个方面的公开内容总是相互参照或可以相互参照。
[0004]本专利技术设置有一种用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法，所述方法具有以下步骤：
[0005]1)提供颗粒形的组成部分：
[0006]a)具有第一润湿角的第一组成部分，和
[0007]b)具有第二润湿角的第二组成部分，该第二润湿角不同于第一润湿角，
[0008]2)将第一组成部分和第二组成部分混合成不均匀的混合物，
[0009]3)由不均匀的混合物制造带形材料，
[0010]4)在带形材料上裁剪出气体扩散层。
[0011]在本专利技术的框架下，气体扩散层可以理解为多孔的、尤其多微孔的电极单元，该电极单元可以具有用于电化学反应的催化剂材料，例如铂，并且该电极单元可以涂覆有能导电离子的膜片。在本专利技术的框架下，电极单元具有在纳米范围中的多孔结构和20至100μm的
材料厚度。
[0012]在此，本专利技术的思想在于，在制造气体扩散层时使用不同的组成部分或前体，其例如呈聚集物的形式，所述组成部分或前体具有不同的润湿特性。不同的组成部分可以分别具有能导电微粒，例如呈碳微粒和/或石墨微粒的形式，所述微粒借助于粘合剂、例如聚四氟乙烯颗粒(PTFE)和/或聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)优选以不同的质量分量至少部分地颗粒化和/或聚合。不同的组成部分有利地可以借助于不同的制造方法提供，例如包括喷雾颗粒化(Spr
ü
hgranulation)或流化层颗粒化(Wirbelschichtgranulierung)或机械剪切过程。此外可以考虑，组成部分可以通过以下特征区别开，如颗粒大小、颗粒形状、颗粒类型、颗粒成分、添加剂、溶剂类型、溶剂量、粘合剂量或其在前体中的分布，以便提供相对于在燃料电池中形成的产物水的不同润湿特性。
[0013]不同的组成部分或前体被混合，而不破坏超过50％的组成部分，例如不分解超过50％的聚集物。因此，可以得到不均匀的混合物，所述混合物在不同的部位处具有不同的润湿特性。由该混合物例如借助于滚压或挤出仅制造以下气体扩散层，所述气体扩散层在不同的部位处具有不同的润湿特性。
[0014]因此，可以在气体扩散层内部以统计学的规律的间距交替地形成用于产物水的路径和/或干扰区。由此减少并且更好地分配具有降低的氧气输送的局部干扰部位。由此提升局部的以及平均的电流密度并且改善燃料电池的性能。
[0015]此外，本专利技术可以在用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法中设置为，以2：8至4：6、尤其是3：7的体积比提供第一组成部分的颗粒和/或第二组成部分的颗粒。在此，相比于第二组成部分，能够以较小的润湿角提供第一组成部分。因此，通过第二组成部分(具有较大的润湿角)能够以足够的和规律的间距提供用于产物水的改善排出的路径。
[0016]此外，本专利技术可以在用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法中设置为，第一组成部分的颗粒与第二组成部分的颗粒通过下列特征中的至少一个特征区分开：
[0017]‑
颗粒大小，
[0018]‑
颗粒形状，
[0019]‑
颗粒类型，
[0020]‑
颗粒成分，
[0021]‑
添加剂、尤其是溶剂类型和/或粘合剂类型，
[0022]‑
添加剂量、溶剂量、粘合剂量和/或它们在颗粒中的分布。
[0023]所有这些特征能够实现润湿特性的灵活调整并且因此实现水路径在气体扩散层中的可确定的、均匀的分布。所述特征如颗粒大小、颗粒形状和颗粒类型是简单的数值，所述数值可以通过颗粒的选择来确定。所述特征如颗粒成分、添加剂的选择、尤其是溶剂类型和/或粘合剂类型、添加剂量的选择、溶剂量、粘合剂量和/或它们在颗粒中的分布是在制造组成部分期间可以有利地调整的特性。通过这些特征可以进一步提高在调整润湿特性时的灵活性。
[0024]此外，本专利技术可以在用于制造用于燃料电池的气体扩散层的方法中设置为，提供第一组成部分的颗粒和/或第二组成部分的颗粒作为聚集物，所述聚集物具有能导电微粒，例如呈碳微粒和/或石墨微粒的形式，所述微粒借助于粘合剂、例如聚合物颗粒、例如聚四氟乙烯颗粒(PTFE)和/或聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)至少部分地颗粒化和/或聚合。因此，组
成部分可以呈干燥的或近似干燥的预混合物的形式被提供，所述预混合物可以在步骤2)中被混合并且可以在步骤3)被加工成带状材料。通过聚集物的大小、形状和成分不仅可以确定在颗粒内部的确定的润湿特性，而且也可以影响在气体扩散层内部的用于产物水的路径和/或干扰区的大小。此外，可以通过聚集物的大小确定带形材料的材料厚度。
[0025]此外，在本专利技术的框架下可以考虑，第一组成部分的颗粒和/或第二组成部分的颗粒具有作为粘合剂的、优选具有不同的质量分量的聚四氟乙烯颗粒和/或聚偏二氟乙烯颗粒。这种粘合剂具有不同的润湿特性。此外，这种粘合剂实现不同大小的颗粒和/或不同大小的聚集物作为颗粒。另外，通过质量分量的0：1至1：0的比例能够以简单的方式提高在调整润湿特性时的灵活性。
[0026]此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制造用于燃料电池(100)的气体扩散层(GDL)的方法，所述方法具有下列步骤：1)提供颗粒形的组成部分(M1、M2)：a)具有第一润湿角的第一组成部分(M1)，和b)具有第二润湿角的第二组成部分(M2)，所述第二润湿角不同于所述第一润湿角，2)将所述第一组成部分(M1)和所述第二组成部分(M2)混合成不均匀的混合物，3)由所述不均匀的混合物制造带形材料，4)在所述带形材料上裁剪出气体扩散层(GDL)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以2：8至4：6的体积比提供所述第一组成部分(M1)的颗粒和/或所述第二组成部分(M2)的颗粒。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一组成部分(M1)的颗粒与所述第二组成部分(M2)的颗粒通过下列特征中的至少一个特征区分开：
‑
颗粒大小，
‑
颗粒形状，
‑
颗粒类型，
‑
颗粒成分，
‑
添加剂，
‑
添加剂量。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供所述第一组成部分(M1)的颗粒和/或所述第二组成部分(M2)的颗粒作为聚集物，所述聚合物具有能导电微粒，所述能导电微粒借助于粘合剂至少部分地颗粒化和/或聚合。5.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一组成部分(M1)的颗粒和/或所述第二组成部分(M2)的颗粒具有聚四氟乙烯颗粒(PTFE)和/或聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)作为粘合剂。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第一组成部分(M1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：