用于改进水输运的带有微型槽的双极板制造技术

本发明专利技术涉及用于改进水输运的带有微型槽的双极板。本发明专利技术的一个实施例包括具有基底的燃料电池双极板，所述基底包括第一面；限定在所述第一面中的反应物气体流场，所述反应物气体流场包括多个平台和通道；和在所述第一面中形成的多个微型槽。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及的领域包括燃料电池的双极板，且更具体地涉及 具有在其中形成的微型槽的双极板。
技术介绍
氢是非常有吸引力的燃料，因为它是清洁的且可用于在燃料电池中 有效地产生电力。汽车工业在发展氢燃料电池作为车辆动力源中花费了 大量的资源。这种车辆比现在采用内燃机的车辆更有效且产生更少的排放。氢燃料电池是电化学设备，其包括阳极和阴极，电解质位于阳极和 阴极之间。阳极接收富含氢的气体或纯氢且阴极接收氧气或空气。氢气 在阳极中分解产生自由质子和电子。质子通过电解质到阴极，在阴极， 质子与阴极中的氧和电子反应产生水。来自阳极的电子不能通过电解 质。因此，在电子被送给阴极之前，电子引导通过载荷以做功。该功可 用于例如操作车辆。几个料电池通常组合成燃料电池组以产生希望的功率。燃料电池 组包括一连串的双极板。燃料电池双极板包括用于所述组中相邻燃料电 池的阳极側和阴极侧。阳极气体流动通道设置在双极板的阳极侧上，阴 极气体流动通道设置在双极板的阴极侧上。燃料电池双极板也包括用于 冷却流体的流动通道。燃料电池双极板通常由导电材料制成，如碳复合材料或金属，从而 它们将燃料电池产生的电从一个电池传向另 一 电池且传出所述组。燃料 电池双极板从相对薄的金属基底加工或冲压，以提供反应物气体流场和 冷^卩剂流体济u场。如本领域熟知的，燃料电池需要具有一定的相对湿度。在燃料电池 操作期间，湿气可能进入阳极和阴极流动通道。在低电池功率需求时，通常低于0.2A/cm2,水积聚在流动通道内，因为反应物气体的流量太低 而不能强制水离开通道。当水积聚时，它形成液滴，液滴由于板材料的 疏水性继续膨胀。水滴的接触角通常大约90。，因为液滴在大致垂直于反应物气体流动方向的流动通道中形成。随着液滴尺寸增加，该流动通 道封闭，且反应物气体转向其它流动通道，因为所述通道在公用的进口 和出口歧管之间平4亍流动。由于反应物气体不流动通过用水阻塞的通 道，反应物气体不能强制水离开通道。随着越来越多的流动通道被水阻 塞，由燃料电池产生的电力减少。因为燃料电池串连电联接，如果一个 燃料电池停止工作，整个燃料电池组可能停止工作。此外，燃料电池阳 极侧上的通道内的水积聚在一定条件下可能引起燃料电池阴极侧上的 催化剂降级，这最终减少组性能和耐用性。通过周期性地强制反应物气体以较高的流量通过流动通道，通常可 以清洗流动通道中的积聚水。然而，在阴极側上，这增加了应用于空气 压缩机的附加功率，从而减少总体系统效率。此外，存在不使用氢燃料 作为清洗气体的许多理由，包括降低经济性、降低系统效率和增加系统 复杂性以处理排气气流中氢的升高的浓度。在通道中减少积聚水也可以通过减少进口湿度实现。然而，希望在 阳极和阴极反应物气体中提供一 些相对湿度，以便燃料电池的膜保持水 合。干的进口气体对膜具有干燥效应，这可能增加电池的离子电阻，且 限制膜的长期耐用性。
技术实现思路
本专利技术的 一 个实施例包括燃料电池双极板，其包括具有第 一 面的基底；限定在所述第一面中的反应物气体流场，所述反应物气体流场包招「多个平台和通道；和在所述第一面中形成的多个微型槽。本专利技术的其它示范性实施例从其后提供的详细说明显而易见。应当 理解，详细说明和具体示例虽然阐述了本专利技术的示范性实施例，但是仅 为了图示说明且不打算限定本专利技术的范围。附图说明本专利技术的示范性实施例从详细说明和附图更充分理解。 图1图示了根据本专利技术一个实施例的包括燃料电池双极板的产品， 在所述燃料电池双极板的基体部分中包括微型槽。图2图示了截面为正方形或矩形的微型槽。 图3图示了截面为半圓形的微型槽。图4图示了截面为V形(三角形)的微型槽。 图5图示了燃料电池双极板的通道。图6图示了根据本专利技术一个实施例的包括燃料电池双极板的产品， 在叠置在所述燃料电池双极板的基体部分上的亲水性层中包括微型槽。图7图示了根据本专利技术一个实施例的包括燃料电池双极板的产品， 所述燃料电池双极板包括叠置在所述燃料电池双极板的基体部分的至 少部分上的亲水性层和叠置在所述燃料电池双极板的基体部分上的微 型槽。图8A图示了根据本专利技术一个实施例的包括在其中具有微型槽的燃 料电池双极^反的矩形截面通道的产品。图8B图示了根椐本专利技术一个实施例的包括在其中具有微型槽的燃 料电池双相j反的U形截面通道的产品。图8C图示了根据本专利技术一个实施例的包括在其中具有微型槽的燃 料电池双极^反的V形截面通道的产品。图9图示了根据本专利技术一个实施例的包括燃料电池双极板的产品， 在所述燃料电池双极板的基体部分中包括微型槽。图10图示了根据本专利技术一个实施例的包括具有微型槽的燃料电池 双招j反的产品。图n图示了根据本专利技术一个实施例的包4会燃料电池双极^i的产品， 所述燃料电池双极板包括在叠置所述燃料电池双极板的基体部分的至 少部分上的亲水性层和在叠置在所述燃料电池双极板的基体部分上的 一个或更多的层中的微型槽。图12图示了根据本专利技术 一个实施例的包括燃料电池双极板的产品， 所述燃料电池双极板包括叠置在所述燃料电池双极板的基体部分的至 少部分上的亲水性层和在叠置在所述燃料电池双极板的基体部分上的 一个或更多的层中的微型槽。图13图示了根据本专利技术一个实施例的包括多个燃料电池双极板和 软物品部分的产品。图14A图示了在带有微型槽的燃料电池双极板通道中的水滴。图14B是沿图14A的线B-B截取的截面图，图示了在带有微型槽 的燃料电池双极4反通道中的水滴。图15图示了根据本专利技术一个实施例的制造产品的过程，包括在其 部分上选择性地沉积掩模材料和在叠置在燃料电池双极板的基体部分 上的一个或更多的层中形成微型槽。图16A图示了制造产品的过程，包括在叠置在燃料电池双极板的基 体部分上的一个或更多的层中形成微型槽和在基体部分上沉积或形成 一个或更多的导电层。图16B图示了制造产品的过程，包括在叠置在燃料电池双极板的基 体部分上的一个或更多的层中形成微型槽和在基体部分上沉积或形成 一个或更多的导电层。图16C图示了制造产品的过程，包括在叠置在燃料电池双极板的基 体部分上的一个或更多的层中形成微型槽和在基体部分上沉积或形成 一个或更多的导电层。具体实施例方式下面的实施例描述实质上仅仅是示意性的，而不是限制本专利技术、及 其应用或使用。现在参考图1,本专利技术一个实施例包括具有燃料电池双极板12的产 品10。燃料电池双极板12包括基底29。基底29包括基体部分28和可 选的在基体部分28上的一个或更多的层。基体部分28包括多种材料， 所迷材料包括但不限于金属、金属合金和/或导电复合材料。基体部分 28可包括一个或更多的层。燃料电池双极板12包括第一面100和相对的第二面102。燃料电池 双极板12包括至少部分由第一面100中的多个平台14和通道16限定 的反应物气体流场。通道16由侧壁22和底面24限定。冷却通道26可 在第二面102中形成。燃料电池双极板12包括在其中形成的微型槽20。在此使用的术语 "微型槽"意味着这样的槽，其中槽的至少一维具有显著小于通道特征长 度的长度，通道长度通常小于lO(Him。微型槽可形成为多种形状，如图 2-4所示。截面为V形(三角形)的微型槽具有小于50nm的宽度和/或 深度；截面为正方形或矩形的微型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产品，其包括：　燃料电池双极板，其包括具有第一面的基底；限定在所述第一面中的反应物气体流场，所述反应物气体流场包括多个平台和通道；和在所述第一面中形成的多个微型槽。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA特拉博德，GV达希奇，MH阿布德埃尔哈米德，Y张，KE纽曼，JA罗克，SJ斯潘塞，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]