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 复合导电涂层，所述复合导电涂层具有小于４０°的水接触角并粘附到所述板体上，所述复合涂层包括： 聚合物导电层，所述聚合物导电层粘附到所述板体上，所述聚合物导电层具有外表面；以及 粒子碳层，所述粒子碳层粘附到所述聚合物导电层的所述外表面上。
【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亲水导电流体分配板、制造亲水导电流体分配板的方法和利用根据本专利技术的亲水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亲水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 sulfonicacid)聚合物，如可从E.I.DuPont de Nemeours&Co.得到的NAFIONTM。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NAFIONTM；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，另一个工作面面对堆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流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H2和O2/空气)的流场。这些流场通常包括多个脊部(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”的高度多孔(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(1)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)从面对凹槽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0.17mm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H2-O2/空气PEM燃料电池环境中，导电流体分配板通常可与含有F-、SO4-、SO3-、HSO4-、CO3-和HCO3-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氢。因此，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。目前可得到的一种双极板是来自West Chicago，III.的Bulk-->Molding 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(1)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上。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-cm2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复合聚合物材料，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通常具有80°至90°的水接触角，从而导致可接受的水管理性能，但希望提供一种具有提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复合导电涂层，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板的至少一个侧面分配流体流，这种复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少该实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。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和复合导电涂层，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板的至少一个侧面分配流体流，复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少该实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。在再一个实施例中，提供一种燃料电池。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复合导电涂层，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板的至少一个侧面分配流体流，这种复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少该实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。在至少该实施例中，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】1.一种导电流体分配板，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；以及复合导电涂层，所述复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到所述板体上，所述复合涂层包括：聚合物导电层，所述聚合物导电层粘附到所述板体上，所述聚合物导电层具有外表面；以及粒子碳层，所述粒子碳层粘附到所述聚合物导电层的所述外表面上。2.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述粒子碳层包括分散在所述聚合物导电层的所述外表面上的多个碳黑粒子。3.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述碳黑层的厚度为0.5至10微米，且所述聚合物导电层的厚度为10至40微米。4.如权利要求3所述的板，其特征在于，所述复合涂层包括基于所述复合导电涂层的重量的5至70％重量的碳黑。5.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括金属薄板和复合聚合物导电涂层，所述复合聚合物导电涂层不同于所述复合导电涂层。6.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括金属薄板。7.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括复合材料，所述复合材料包括设置在整个聚合物基料中的导电填料。8.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述碳黑包括乙炔黑、Ravan black、Vulcan blackTM、炉黑、Ketjen blackTM、black pearlTM、RegalTM、AX-21和它们的组合中的至少一种。9.如权利要求8所述的板，其特征在于，所述碳黑的粒子尺寸-->在0.05微米与0.2微米之间。10.如权利要求9所述的板，其特征在于，所述碳黑呈酸性。11.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述碳黑的pH值小于4。12.如权利要求11所述的板，其特征在于，所述碳黑包括Ravanblack。13.如权利要求9所述的板，其特征在于，所述碳黑具有5∶1至40∶1的中孔对微孔之比...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·H·阿布德埃尔哈米德，Y·M·米克海尔，G·维亚斯，钟峰，R·H·布伦克，D·J·利西，M·K·布丁斯基，G·W·弗利，T·J·福勒，B·K·布拉迪，K·E·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：
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