用于燃料电池的多孔导电流体分配板制造技术

在至少一个实施例中，本发明专利技术提供一种导电流体分配板、制造导电流体分配板的方法和用于利用导电流体分配板的系统。在至少一个实施例中，该板包括板体和聚合物多孔导电层，板体限定了一组流体流动通道，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，聚合物多孔导电层接近于板体，且聚合物多孔导电层具有足以产生小于４０°的水表面接触角的孔隙度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及多孔导电流体分配板、制造多孔导电流体分 配板的方法和利用根据本专利技术的多孔导电流体分配板的系统。更明 确地来讲，本专利技术涉及在解决燃料电池和其它类型的装置中的水输 送难题时多孔导电流体分配板的使用。
技术介绍
正在开发燃料电池作为用于包括车辆用途的许多用途的电源。燃料电池的一种是质子交换膜或PEM燃料电池。PEM燃料电池是本 领域中所公知的并在燃料电池中的每个单元中包括膜电极组件或 MEA。 MEA是具有阳极电极面和阴极电极面的薄质子传导聚合物膜 电解质，阳极电极面在MEA的一个侧面上形成，阴极电极面在MEA 的相对的侧面上形成。膜电解质的一个示例是用离子交换树脂制成 的类型。示范性离子交换树脂包括全氟磺酸(perfluoronated sulfonic acid)聚合物，如可乂人E丄DuPont de Nemeours & Co.得到的 NAFION 。另一方面，阳极面和阴极面通常包括精细分离的碳粒子, 支撑在碳粒子的内表面和外表面上的非常精细地分离的催化粒子， 以及质子传导粒子，如与催化粒子和碳粒子混合的NAFION ;或者 分散在整个聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂中的无碳催化粒子。多单元PEM燃料电池包括多个MEA,这些MEA以电气串联方 式堆叠在一起，并且由称为分隔板或双极板的不透气导电流体分配 板相互分隔。这些多单元燃料电池称为燃料电池组。双极板具有两 个工作面， 一个工作面面对一个单元的阳极，另一个工作面面对电 池组中的相邻的下一个单元上的阴极，并且在相邻的单元之间传导电流。在电池组的端部的导电么t体分配板仅接触端部单元并称为端 板。双极板含有在阳极和阴极的表面上方分配气体反应物(如&和02/空气)的流场。这些流场通常包凌舌多个脊部(land)，这些脊部在它们之 间限定多个流动通道，气体反应物通过这些流动通道在供给集管与 排气集管之间流动，供给集管和排气集管位于流动通道的相对端部。通常将称为"扩散介质"的高度多孑L(即大约60%至80%)的导 电材料(如布、滤网、纸、泡沫等)插在导电流体分配板与MEA之间， 并用于(l)在导电流体分配板的脊部之间和下方在电极的整个面上分 配气体反应物，和(2)从面对凹才曹的电极的面采集电流并将电流输送 到限定该凹槽的相邻的脊部。 一种公知的扩散介质包括具有约70% 的体积孔隙度和约为0J7mm的未压缩厚度的石墨纸，这种石墨纸可 在商业上从Toray Company以Toray 060的名字获得。这种扩散介质 还可包括本领域中所公知的细筛、贵金属滤网等。在&-02/空气PEM燃料电池环境中，导电流体分配板通常可与 含有F-、 S04-、 S03-、 HSCV、 C03-和HCCV等的弱酸溶液(pH3至5) 恒定接触。而且，阴极通常在高度氧化的环境中运行，并且在暴露 给增压空气时被极化至约+ 1V(与标称氢电极相比)的最大值。最后， 阳极通常恒定地暴露给氪。因Jt,导电流体分配板应耐受燃料电池 中的不利环境。一种更普遍类型的适当的导电流体分配板包括用聚合物复合材 料模制的那些导电流体分配板，这些材料通常包括50%至约90%体 积的导电填料(如石墨粒子或丝)，这种导电填料分散在整个聚合物基 料(热塑性或热固性的)中。近期在复合导电流体板的开发中的努力一 直针对具有足够的导电和导热性的材料。材料供应商已开发出高碳 载荷复合板，这些复合板在聚合物基料中包括体积范围在50%至90 %之间的石墨粉，以实现必要的传导率目标。这种类型的板通常能 够耐受腐蚀性燃料电池环境，并且，就大部分而言，满足成本和传 导率目标。目前可得到的一种只又极板是来自West Chicago, III.的BulkMolding Compound, Inc.的BMC板。或者，分立的导电纤维已在降低碳载荷并提高板韧度的尝试中 用在复合板中。参看于2003年8月19日公告的专利技术人为Blunk等人 的共同待审的(copending)美国专利No. 6,607,857,该美国专利转让给本专利技术的受让人并通过引用结合在本文中。与导电粉末相比，纤维 材料在轴向方向上的导电率通常要大十至一千倍。参看于2004年12 月7日公告的专利技术人为Lisi等人的美国专利No. 6,827,747,该美国 专利转让给本专利技术的受让人并通过引用结合在本文中。另一种更普遍类型的适当的导电流体分配板包括用聚合物复合 材料涂覆的金属制成的那些导电流体分配板，这些聚合物复合材料 含有约30%至约40%的体积的导电粒子。就此方面而言，见于2002 年4月16日公告的专利技术人为Fronk等人的美国专利No. 6,372,376， 该专利(l)转让给本专利技术的受让人，(2)通过引用结合在本文中，并且(3) 公开了导电流体分配板，这些导电流体分配板用金属薄板制成，这 些金属薄板涂有抗腐蚀导电层，这种抗腐蚀导电层包括多个导电抗 腐蚀(即抗氧化和抗酸)填料粒子，这些填料粒子分散在抗酸、不溶于 水、抗氧化聚合物的整个基料中，这种聚合物将这些粒子粘结在一 起并粘结到金属薄板的表面。根据涂层的成分、电阻率和完整性，Fronk 等人类型的复合涂层优选具有不大于约50ohm-cm的电阻率和介于约 5微米和75微米之间的厚度。优选较薄的涂层来实现整个燃料电池 组的较低IR降。正如前面所讨论的那样，大部分导电流体分配板要么包括聚合 物复合材料，要么包括涂有导电聚合物复合材料的金属基础层。虽 然这些类型的板目前具有可接受的水管理性能，但希望提供一种具 有^R高的水管理性能的导电流体分配板。
技术实现思路
在至少一个实施例中，提供一种导电流体分配板，这种导电流体分配板包括板体和聚合物多孔导电层，这种板体具有限定了 一组 流体流动通道的表面，这些流体流动通道构造成经过板的至少 一 个 侧面分配流体流，这种聚合物多孔导电层接近于板体并具有足以产 生小于40。的水表面接触角的孔隙度。在又一个实施例中，提供一种制造流体分配板的方法，这种方 法包括提供板体，这种板体具有限定了一组流体流动通道的主体， 这些流体流动通道构造成经过寺反的至少 一 个侧面分配流体流，以及 在主体上提供聚合物多孔导电层，这种聚合物多孔导电层具有足以产生小于40。的水表面接触角的孔隙度。在再一个实施例中，提供一种燃料电池。在至少一个实施例中，这种燃料电池包括第一导电流体分配板，这种第一导电流体分配板 包括板体和聚合物多孔导电层，这种板体限定了一组流体流动通道， 这些流体流动通道构造成经过玲反的至少 一个侧面分配流体流，这种 聚合物多孔导电层接近于板体并具有足以产生小于40°的水表面接 触角的孔隙度。这种燃料电池还包括第二导电流体分配板和膜电极 组件，这种膜电极组件将第 一导电流体分配板和第二导电流体分配 板分开。膜电极组件包括电解质膜、阳极和阴极，电解质膜具有第 一侧面和第二侧面，阳极邻近于电解质膜的第一侧面，阴极邻近于 电解质膜的第二侧面。从下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行的描述就会更全面 地了解本专利技术。应注意到，权利要求的范围由权利要求所引述的内 容所限定，而不是由在本说明书中所列出的特征和优点的特定描述 所限定。附图说明在结合下面的附图阅读时就会很好地理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电流体分配板，包括：板体，所述板体限定了一组流体流动通道，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流；以及聚合物多孔导电层，所述聚合物多孔导电层接近于所述板体，所述聚合物多孔导电层具有足以产生小于４０°的水表面接触角的孔隙度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH阿布德埃尔哈米德，钟峰，RH布伦克，YM米克海尔，G维亚斯，DJ利西，MK布丁斯基，GW弗利，TJ福勒，BK布拉迪，KE纽曼，
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[]