混合式双极板组件和结合它的装置制造方法及图纸

一种混合式双极板组件，包括金属阳极板、聚合物复合材料阴极板和位于金属阳极板和复合材料阴极板之间的金属层。金属阳极板和复合材料阴极板还可包括施加在外周以防止冷却剂漏出的粘合密封剂。该组件可被结合到包括燃料电池的装置内。此外，该装置可限定用于限定以燃料电池作为动力的车辆的结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合式双极板组件和结合它的装置                        专利技术背景具有双极板的燃料电池系统是已知的。                        专利技术概述燃料电池如质子交换膜(PEM)燃料电池通过氢氧化和氧还原产生电能。这些催化反应的副产物是水。典型的电池包括位于一对气体扩散介质和催化剂层之间的聚合物膜(例如质子交换膜)。阴极板和阳极板位于靠近气体扩散介质层的最外侧处，前述部件被紧密压缩形成电池单元。单个电池单元提供的电压对于有效的应用来说通常太小。因此，一般在“堆”中布置和串联多个电池来增加电化学转化组件或燃料电池的电力输出。在这种布置中，两个相邻的电池单元可共用一个极板，其用作两个串联连接的相邻电池单元的阳极和阴极。这种极板常被称为“双极板”。为了符合目前的制造规范，燃料电池的双极板必须在电化学上稳定、导电和便宜。金属和聚合物(复合材料)双极板都满足这些标准。但是，复合材料板渗氢，这会导致性能和效率的显著损失。通过复合材料板的这种氢渗透会导致冷却剂回路中存在氢，这要求将其排出。这是不实际的，因为冷却剂回路的排出将导致冷却剂的蒸发。与复合材料双极板不同，金属板基本不透过分子氢。但是，金属板与复合材料板相比较昂贵，而且一般与低性能电池有关。术语“低性能电池”这里是指燃料电池堆内表现出比其余电池高的电阻的电池，如例如在约200和约250mOhm-cm2之间。尽管不打算受任何特定理论限制，但认为金属双极板的差的性能与水管理有关，更具体地，与燃料电池阴极侧处的水管理有关，在那里产生水。因此，公认存在对燃料电池堆双极板设计改进的需要。本专利技术通过提供用于燃料电池的混合式双极板组件满足这种需要，该组件结合了金属和复合材料两者的有用性质。尽管本专利技术不限于特定的优点或功能，但注意到混合式双极板组件防止了板到板的氢-->渗透，并消除了通过板到冷却剂的氢渗透。混合式双极板组件提高了燃料电池堆的性能、效率和耐久性。此外，本专利技术消除了泄漏到环境的氢，并通过使用比典型金属双极板少的不锈钢而降低了成本。根据本专利技术的一种实施方案，提供一种混合式双极板组件，包括金属阳极板、聚合物复合材料阴极板、和位于金属阳极板和复合材料阴极板之间的包括金、银和各自的合金中至少一种的第一层。根据本专利技术的另一种实施方案，提供一种装置，包括聚合物膜、第一和第二催化剂层、第一和第二气体扩散介质层、和至少一个混合式双极板组件。聚合物膜在膜的相对侧上限定相对的阴极和阳极面。第一和第二催化剂层在催化剂的相对侧上限定相对的内侧和外侧面。第一催化剂层的内侧面接合聚合物膜的阴极面，第二催化剂层的内侧面接合聚合物膜的阳极面。第一和第二气体扩散介质层在气体扩散介质的相对侧上限定相对的内侧和外侧面。第一气体扩散介质层的内侧面接合第一催化剂层的外侧面，第二气体扩散介质层的内侧面接合第二催化剂层的外侧面。混合式双极板组件接合第一和第二气体扩散介质层中的至少一个。另外，混合式双极板组件包括金属阳极板、复合材料阴极板、和包括金、银和各自的合金中的至少一种的层。金属阳极板在其相对侧上限定相对的第一和第二主面，复合材料阴极板包括聚合物材料。包括金、银和各自的合金中至少一种的层接合金属阳极板的第一和第二主面中的至少一个。装置可包括燃料电池，该装置还可包括限定以燃料电池作为动力的车辆的结构。根据本专利技术的又一实施方案，提供一种混合式双极板组件，包括金属阳极板、复合材料阴极板、位于金属阳极板和复合材料阴极板之间的包括金、银和各自的合金中至少一种的层、和粘合剂。金属阳极板包括耐腐蚀的铁-铬合金，复合材料阴极板包括聚合物材料和约10wt％至约90wt％的石墨粉。聚合物材料可选自热固性树脂、热塑性树脂或它们的组合。热固性树脂可包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、脲树脂、乙烯酯、液晶聚合物和它们的组合中的至少一种。另外，热塑性树脂可包括苯乙烯、丙烯酸树脂、纤维素树脂、聚乙烯、聚丙烯、液晶聚合物、乙烯类、尼龙类、碳氟化合物、聚苯硫醚和它们的组合中的至少一种。另外，金属阳极板的腹板(web)厚度小于复合材料阴极板的腹板厚度。配置粘合剂在混合式双极板组件的外圆周-->周围密封金属阳极板和复合材料阴极板，从而防止了冷却剂从金属阳极板和复合材料阴极板之间漏出。任选地，混合式双极板组件可包括设计用于防止冷却剂从金属阳极板和复合材料阴极板之间漏出的垫圈。根据本专利技术的还一实施方案，提供一种混合式双极板组件，包括阳极板，阳极板包括第一层和第二层，第一层包括第一金属，第二层包括第二金属，其中第二层在冷却剂存在下在化学上是稳定的。组件还包括复合材料阴极板，并且阳极板在第一层上基本不含任何氧化物。阳极板可包括冷却剂面，第一金属可包括铁和Cr，其中已从冷却剂面基本除去Cr的任何氧化物。第二金属可包括金、银和各自的合金中的至少一种。从结合附属权利要求的本专利技术的以下详细描述中将能更充分地理解本专利技术的这些和其它特征和优点。注意权利要求的范围由其中的叙述限定，而不是由本专利技术中阐述的特征和优点的具体讨论来限定。                       附图简述当结合下面的附图阅读时，可最好地理解本专利技术实施方案的以下详细描述，其中相同的结构用相同的标记指示，其中：图1为根据本专利技术原理的混合式双极板组件(阳极侧向上)的等比分解图；图2为根据本专利技术原理布置在堆中的混合式双极板组件的横截面局部视图；图3为图2所示的混合式双极板组件的放大截面图；和图4为结合了根据本专利技术原理的电化学转化组件的车辆的示意图。熟练的技术人员能认识到图中的元件是为了简单和清楚而示出，不必按比例绘制。例如，图中部分元件的尺寸可相对于其它元件被扩大以帮助理解本专利技术的实施方案。                 部分专利技术实施方案详述根据本专利技术的一种实施方案，提供混合式双极板组件1，该组件1可用在电化学转化组件(例如燃料电池)中。组件1包括金属阳极板2、-->复合材料阴极板4和位于金属阳极板2和复合材料阴极板4之间的第一层3，该混合式双极板组件1图示在图1、2和3中。第一层3可包括金、银和各自的合金中的至少一种。通过利用金属和复合材料两者的有用性能，混合式双极板组件1克服了完全由金属或复合材料构成的常规双极板通常遇到的许多缺陷。更特别地，本专利技术的混合式双极板组件1利用金属板提供的较大机械强度和较低厚度，以及与金属板相比由复合材料板提供的改善的水管理。此外，与复合材料双极板不同，金属板基本不能透过分子氢，因此，不会使氢进入冷却剂回路，氢进入冷却剂回路会导致燃料电池性能和效率的显著损失。金属阳极板2可包括耐腐蚀的铁-铬合金材料(例如不锈钢)，复合材料阴极板4可包括聚合物材料如热固性树脂、热塑性树脂或它们的组合。热固性树脂可选自环氧树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、脲树脂、乙烯酯、聚酯和它们的组合，热塑性树脂可选自苯乙烯、丙烯酸树脂、纤维素树脂、聚乙烯、聚丙烯、液晶聚合物(聚酯)、乙烯类、尼龙类、碳氟化合物、聚苯硫醚和它们的组合。典型地，复合材料阴极板4包括约10和约90wt％之间的石墨粉末，石墨粉末可选自合成石墨、天然石墨或它们的组合。石墨提高了复合材料阴极板4的导电率。图1为根据本专利技术一种实施方案的混合式双极板组件1的展开图。组件1提供特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式双极板组件，包括：金属阳极板；复合材料阴极板，其中所述复合材料包括聚合物材料；和位于所述金属阳极板和所述复合材料阴极板之间的包括金、银和各自的合金中的至少一种的第一层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-3 10/837,9361.一种混合式双极板组件，包括：金属阳极板；复合材料阴极板，其中所述复合材料包括聚合物材料；和位于所述金属阳极板和所述复合材料阴极板之间的包括金、银和各自的合金中的至少一种的第一层。2.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述金属阳极板包括耐腐蚀的铁-铬合金材料。3.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述聚合物材料包括热固性树脂、热塑性树脂或它们的组合。4.权利要求3的混合式双极板组件，其中所述热固性树脂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、脲树脂、乙烯酯、聚酯和它们的组合中的至少一种。5.权利要求3的混合式双极板组件，其中所述热塑性树脂包括苯乙烯、丙烯酸树脂、纤维素树脂、聚乙烯、聚丙烯、液晶聚合物、乙烯类、尼龙类、碳氟化合物、聚苯硫醚和它们的组合中的至少一种。6.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述复合材料阴极板包括约10-约90wt％的石墨粉。7.权利要求6的混合式双极板组件，其中所述石墨粉包括合成石墨、天然石墨和它们的组合中的至少一种。8.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述金属阳极板在所述金属阳极板的相对侧上限定相对的第一和第二主面，并且其中所述第一层接合所述金属阳极板的所述第一和第二主面中的至少一个。9.权利要求8的混合式双极板组件，其中所述复合材料阴极板接合所述第一层。10.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述金属阳极板包括一个或多个阳极通道，所述阳极通道设计用于通过H2。11.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述复合材料阴极板包括一个或多个阴极通道，所述阴极通道设计用于通过O2或空气。12.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述金属阳极板和所述复合材料阴极板各自包括一个或多个用于通过液体的冷却剂通道。13.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述金属阳极板和所-->述复合材料阴极板各自限定腹板厚度，并且所述金属阳极板的所述腹板厚度小于所述复合材料阴极板的所述腹板厚度。14.权利要求13的混合式双极板组件，其中所述金属阳极板的所述腹板厚度在约0.1和约0.15mm之间。15.权利要求13的混合式双极板组件，其中所述复合材料阴极板的所述腹板厚度在约0.3和约0.8mm之间。16.权利要求1的混合式双极板组件，其中所述第一层厚度在约2和约50nm之间。17.权利要求1的混合式双极板组件，还包括被设计用于在所述混合式双极板组件外周密封所述金属阳极板和所述复合材料阴极板的粘合剂。18.权利要求17的混合式双极板组件，其中所述粘合剂被设计用于防止冷却剂在所述金属阳极板和所述复合材料阴极板之间漏出。19.权利要求17的混合式双极板组件，其中所述粘合剂为不导电的。20.权利要求17的混合式双极板组件，其中所述粘合剂为导电的。21.权利要求17的混合式双极板组件，其中所述粘合剂包...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH阿布德埃尔哈米德，RH布伦克，YM米克海尔，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]