燃料电池电极中的离子清除剂制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池电极中的离子清除剂。燃料电池，其包括：包括阳极侧、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板的阳极，和包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板的阴极侧。该燃料电池还包括定位于阳极侧和阴极侧之间的具有第一侧和第二侧的膜。该燃料电池还包括位于阳极侧和/或阴极侧中的嵌入主体。所述嵌入主体被配置为嵌入由第一和/或第二金属材料形成的金属离子。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电极中的离子清除剂
本公开涉及燃料电池电极中的离子清除剂。所述离子清除剂可被配置为去除由双极板腐蚀而产生的离子(例如金属离子)以减轻燃料电池膜和离聚物降解。
技术介绍
双极板(BPP)是燃料电池的重要部件，其包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)。双极板被配置为分别向燃料电池堆的阳极侧和阴极侧均匀分配燃料(H2)和氧化剂(空气)。BPP还可被配置为集流，为燃料电池提供机械支撑，并促进燃料电池的水和热传输。BPP通常由金属材料形成，因为与石墨或碳-聚合物复合材料BPP相比，它们具有优越的导热性和导电性、机械强度、不透气性、易于制造和/或相对低的成本。金属材料可以是合金。合金可以是奥氏体钢，例如316不锈钢(例如SS316L或SS316)。
技术实现思路
根据一个实施方案，公开了燃料电池。燃料电池包括阳极侧，其包括阳极、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板。燃料电池还包括阴极侧，其包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板。燃料电池还包括定位于阳极侧和阴极侧之间的具有第一侧和第二侧的膜。阳极定位于阳极侧气体扩散层和膜之间。阴极定位于阴极侧气体扩散层和膜之间。阳极侧双极板定位于邻近阳极侧气体扩散层且与膜相对。阴极侧双极板定位于邻近阴极侧气体扩散层且与膜相对。燃料电池还包括位于阳极侧和/或阴极侧中的嵌入主体。嵌入主体被配置为嵌入由第一和/或第二金属材料形成的金属离子。根据一个实施方案，公开了燃料电池。燃料电池包括阳极侧，其包括阳极、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板。燃料电池还包括阴极侧，其包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板。燃料电池还包括定位于阳极侧和阴极侧之间的具有第一侧和第二侧的膜。阳极定位于阳极侧气体扩散层和膜之间。阴极定位于阴极侧气体扩散层和膜之间。阳极侧双极板定位于邻近阳极侧气体扩散层且与膜相对。阴极侧双极板定位于邻近阴极侧气体扩散层且与膜相对。燃料电池还包括被配置为嵌入由第一和/或第二金属材料形成的金属离子的嵌入主体。根据一个实施方案，公开了燃料电池。燃料电池包括阳极侧，其包括阳极、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板。燃料电池还包括阴极侧，其包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板。燃料电池还包括定位于阳极侧和阴极侧之间的具有第一侧和第二侧的膜。阳极定位于阳极侧气体扩散层和膜之间。阴极定位于阴极侧气体扩散层和膜之间。阳极侧双极板定位于邻近阳极侧气体扩散层且与膜相对。阴极侧双极板定位于邻近阴极侧气体扩散层且与膜相对。燃料电池还包括金属离子清除剂，其分别涂覆在阳极阴极气体扩散层和/或阴极气体扩散层与阳极双极板和/或阴极双极板之间且在阳极阴极气体扩散层和/或阴极气体扩散层上，以形成金属离子清除层。金属离子清除剂被配置为清除由第一和/或第二金属材料形成的金属离子。附图说明图1描绘了燃料电池的示意性侧视图。图2描绘了图1中示出的燃料电池的阳极侧的一部分的示意性分解侧视图。图3描绘了燃料电池内的CeO2的已知实现方式的示意性分解侧视图。图4描绘了根据一个实施方案的被并入燃料电池部件(例如阳极)中的离子清除剂的示意性分解侧视图。具体实施方式本文描述了本公开的实施方案。然而应理解，公开的实施方案仅是实例并且其它实施方案可采取各种和替代形式。附图不一定按比例；一些特征可被扩大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，但仅作为教导本领域技术人员以各种各样地采用实施方案的代表性基础。如本领域的那些普通技术人员会理解，例示并参考附图任一描述的各种特征可与一个或多个其它附图中例示的特征组合以产生未明确例示或描述的实施方案。例示的特征的组合提供典型应用的代表性实施方案。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和改变对于特定应用或实施而言可能是希望的。除在实施例中或以其它方式明确指出之处以外，指示材料的量或反应和/或用途条件的本说明书中的所有数字的量应理解为在描述本专利技术的最宽范围中被词语“约”修饰。所述数字限值内的实践通常是优选的。同样，除非明确相反地说明：百分比、“份”和比率值均以重量计；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；出于与本专利技术有关的给定目的将一组或一类材料描述为合适或优选表明该组或类的任何两个或多个成员的混合物是同样合适或优选的；为任何聚合物提供的分子量是指数均分子量；用化学术语对成分的描述是指添加到描述中指定的任何组合时的成分，并且不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用；首字母缩写词或其它缩写词的第一次定义适用于该相同缩写词在本文中的所有后续使用，并且加以必要的修改而适用于最初定义的缩写词的常规语法变体；并且，除非明确相反地说明，否则通过与之前或之后针对同一性能所引用的相同技术来测定性能的测量值。本专利技术不限于以下描述的特定实施方案和方法，因为特定的部件和/或条件当然可以变化。此外，本文所使用的术语仅出于描述本专利技术的实施方案的目的而使用，并不旨在以任何方式进行限制。如说明书和所附权利要求书中所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数对象，除非上下文另外明确指出。例如，以单数形式提及的部件旨在包括多个部件。术语“基本上”在本文中可以用于描述公开或要求保护的实施方案。术语“基本上”可以修饰在本公开中公开或要求保护的值或相对特性。在这种情况下，“基本上”可以表示其修饰的值或相对特性在该值或相对特性的±0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％之内。双极板(BPP)是燃料电池的重要部件，包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)。双极板被配置为分别向燃料电池堆的阳极侧和阴极侧均匀分配燃料(H2)和氧化剂(空气)。BPP也可被配置为集流，为燃料电池提供机械支撑，并促进燃料电池的水和热传输。BPP通常由金属材料形成，因为与石墨或碳-聚合物复合材料BPP相比，它们具有优越的导热性和导电性、机械强度、不透气性、易于制造和/或相对低的成本。金属材料可以是合金。合金可以是奥氏体钢，例如316不锈钢(例如SS316L或SS316)。尽管金属BPP具有以上确定的一个或多个益处，但是金属BPP可能具有一个或多个缺点。在PEMFC的周期性氧化和还原环境中，金属BPP可遭受差的耐腐蚀性。BPP的腐蚀可能导致金属离子从BPP浸出到包括膜(例如聚合物电解质膜)、阳极、阴极和第一和第二气体扩散层(GDL)的膜电极组装件中。浸出的金属离子可包括铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)和/或由BPP合金中存在的金属形成的其它金属离子。阳极侧BPP可能比阴极侧BPP更易于浸出，从而将浸出的金属离子污染物的来源提供到膜和阳极催化剂层中。金属离子污染可通过增加BPP和膜之间的膜电阻和界面电阻来显著降低燃料电池的性能。例如，Fe离子可促进膜材料的降解，例如可从DuPontCompany获得的Nafion离聚物。浸出首先导致Fe3+离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.燃料电池，其包括：/n阳极侧，其包括阳极、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板；/n阴极侧，其包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板；/n定位于阳极侧和阴极侧之间的膜，其具有第一侧和第二侧，所述阳极定位于阳极侧气体扩散层和膜之间，所述阴极定位于阴极侧气体扩散层和膜之间，所述阳极侧双极板定位于邻近阳极侧气体扩散层且与膜相对，所述阴极侧双极板定位于邻近阴极侧气体扩散层且与膜相对；和/n嵌入主体，其位于阳极侧和/或阴极侧中并被配置为嵌入由第一和/或第二金属材料形成的金属离子。/n

【技术特征摘要】
20191220 US 16/7240621.燃料电池，其包括：
阳极侧，其包括阳极、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板；
阴极侧，其包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板；
定位于阳极侧和阴极侧之间的膜，其具有第一侧和第二侧，所述阳极定位于阳极侧气体扩散层和膜之间，所述阴极定位于阴极侧气体扩散层和膜之间，所述阳极侧双极板定位于邻近阳极侧气体扩散层且与膜相对，所述阴极侧双极板定位于邻近阴极侧气体扩散层且与膜相对；和
嵌入主体，其位于阳极侧和/或阴极侧中并被配置为嵌入由第一和/或第二金属材料形成的金属离子。


2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述阳极和/或阴极包含一种或多种活性材料、一种或多种导电剂、一种或多种聚合物粘合剂和/或一种或多种其它组分。


3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述嵌入主体被并入所述阳极和/或阴极中。


4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，被并入所述阳极和/或阴极中的嵌入主体的负载量在0.01至100mg/cm2的范围内。


5.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，所述嵌入主体被配置为与标准氢电极相比在-0.5至1.5V范围内的水稳定性窗口内工作。


6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述嵌入主体是层状双氢氧化物。


7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述嵌入主体是普鲁士蓝或其类似物。


8.燃料电池，其包括：
阳极侧，其包括阳极、阳极侧气体扩散层和由第一金属材料形成的阳极侧双极板；
阴极侧，其包括阴极、阴极侧气体扩散层和由第二金属材料形成的阴极侧双极板；
定位于阳极侧和阴极侧之间的膜，其具有第一侧和第二侧，所述阳极定位于阳极侧气体扩散层和膜之间，所述阴极定位于阴极侧气体扩散层和膜之间，所述阳极侧双极板定位于邻近阳极侧气体扩散层且与膜相对，所述阴极侧双极板定位于邻近阴极侧气体扩散层且与膜相对；和
嵌入主体，其被配置为嵌入由第一和/或第二金属材料形成的金属离子。


9.根据权利要求8所述的燃料电池，其中，所述嵌入主体安置在分别位于所述阳极气体扩散层和/或阴极气体扩散层与所述阳极双极板和/或阴极双极板之间的嵌入主体层中。


10.根据权利要求8所述的燃料电池，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·库潘，M·梅茨格，M·M·贝斯利，S·赫尔斯特伦，T·莱勒，J·克里斯滕森，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE