具有可变表面性质的燃料电池双极板制造技术

本发明专利技术涉及具有可变表面性质的燃料电池双极板。本发明专利技术的一种实施方案包括第一燃料电池元件，其包括第一面、置于该第一面的至少第一部分上方的第一亲水涂层、和置于该第一面的至少第二部分上方的第二较不亲水的涂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来讲涉及的领域包括燃料电池双极板(fuel cell bipolar plate )。
技术介绍
燃料电池是包括阳极和阴极且在该阳极和阴极之间具有电解 质的电化学装置。该阳极接收富氢气体或纯氩气，该阴极接收氧化剂， 例如氧气或空气。氢气在阳极中离解产生游离质子和电子。质子通过电 解质到达阴极，在阴极中质子与阴极中的氧和电子反应，生成水。来自 阳极的电子不能通过该电解质。因此，电子在送到阴极之前被引导通过 负载以 <故功。该功可以用于例如但不局限于开动车辆。通常将数个燃料电池结合在燃料电池堆(fuel cell stack )中， 以产生所需的能量。该燃料电池堆包括一系列双极板。双极板包括用于 该电池堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。在该双才及板的阳极侧上提 供阳极气体流动通道，在该双极板的阴极侧上提供阴极气体流动通道。 该双扭j反也可以包括用于冷却流体的流动通道。该双极板通常是由导电材料，例如碳复合物或金属，制成的 以使其将由燃料电池产生的电力从一个电池传导到下一个电池，直至传场和冷却剂流体流场的较薄的金属基体或薄金属基体加工而成。如本领域中公知的，大多数类型的燃料电池需要具有特定的 相对湿度。在该燃料电池的操作过程中，由于被潮湿化的反应物气体或 由于在阴极处生成的水，因此水分可能进入阳极流动通道和阴极流动通 道。随着水滴尺寸的增大，将该流动通道封闭，反应物气体转向其他的 流动通道，这是因为所述通道在共用的入口和出口歧管之间以通常平行 的方向流动。因为反应物气体可以不流过^皮水堵塞的通道，因此该反应 物气体不能将水推出该通道。随着越来越多的流动通道被水堵塞，该燃 料电池产生的电力随之降低。因为该燃料电池是串联电连接的，因此如 果其中 一个燃料电池停止工作，那么整个燃料电池堆也可能停止工作。4通常能够通过周期性驱动该反应物气体以较高的流速通过流 动通道以吹扫流动通道内累积的水。然而，在阴极侧上，这样提高了施 加到空气压缩机上的寄生功率(parasitic power )，由此降低了系统总效 率。而且，由很多原因造成不使用氩气燃料作为吹扫气，包括降低的经 济、降低的系统效率和提高的用于处理在废气流中氩气浓度升高的系统 复杂性。也可以通过降j氐入口潮湿化来实现通道内累积水的减少。然 而，在阳极和阴极反应物气体中提供某相对湿度(some relative humidity ) 以使该燃料电池中的膜保持水合是适宜的。干燥的入口气体对该膜具有 干燥效应，这样可能提高该电池的离子阻抗(ionic resistance)并限制该 膜的长期耐久性。现有技术中已知用亲水涂层涂覆该双极板以降低水的累积。
技术实现思路
本专利技术的 一种实施方案包括第 一燃料电池元件，所述第 一燃 料电池部件包括基体，所述基体包括第一面、在该第一面的至少第一部 分上方的第一亲水涂层、和在该第一面的至少第二部分上方的第二较不 亲水的涂层。从下文提供的详细描述中，本专利技术的其他示例性的实施方案将变得显而易见。应当理解该详细描述和特别实施例尽管示出了本专利技术 的示例性实施方案，但旨在仅仅是示例目的，而并不意于限制本专利技术的范围。附图说明从详细描述和附图中，本专利技术的示例性实施方案将得到更充分的理解。图1示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括双极板的产 品，该双极板包括亲水涂层。图2示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括双极板的产 品，该双极板包括亲水涂层。图3示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括双极板的产 品，该双极板包括亲水涂层和疏水涂层。5图4示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括双极板的产 品，该双极板包括亲水涂层。图5示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括双极板的产 品，该双极板包括亲水涂层。图6示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括双极板的产 品，该双拟^反包括亲水涂层和疏水涂层。图7示出了依照本专利技术的一种实施方案的包括多个双极板和 纺织品部分(a soft goods portion)的产品。图8示出了燃料电池，所述燃料电池具有其中从平台(land) 上除去亲水SiOx涂层的区域和其中在所述平台上具有亲水SiOx涂层的区域。图9示出了如下双极板的液态水分布曲线在通道和平台上 具有亲水涂层的双极板、从所有平台上除去亲水涂层的双极板、和在流 场的入口和出口附的平台上除去亲水涂层的双极 一反。具体实施例方式以下对实施方案的描述本质上仅为示例性的，绝不意于限制 本专利技术、其应用或用途。本专利技术的一种实施方案包括双极板，所述双极板具有可变表 面性质以使低电阻和低累积水质量的有益效果最大化，其中该双极板具 有超亲水性的通道底部和/或侧壁以及较不亲水的(或疏水的)平台，从 而使产物水最大化地从扩散介质输送到通道中而不使电阻增大。在另一中心更亲水。图1示出了产品10的一种实施方案，其可以是双极板12。 该双才及板12包括第一面20和第二面20'。在一种实施方案中，该双极 板12可以包括两个片材19和21。该两个片材19和21可以是机械加工 的或沖压的。该两个片材19和21可以例如通过焊接而彼此连接。该双 极板12可以包括多种材料，包括但不局限于金属、金属合金和/或电导 性复合物。该双极板12包括至少一部分由第一面20和第二面20，中的 多个平台16和通道18限定的反应物气体流场。通道18可以由侧壁22 和底壁24限定。可以在例如但不局限于该双极板12的中心提供冷却通道26。该冷却通道的部分可以由该双极板12的第三面28和第四面28， 限定。在另一种实施方案中(未示出)，该双极板12可以是单件式双 极板(a single piece bipolar plate ),具有通过中间钻出的冷却通道孔。第一涂层30形成在该双极板12的至少一部分上。该第一涂 层30可以形成在该双极板的整个表面(包括平台16和通道18)上，或 者该涂层30可以选才奪性沉积在该双极板的部分上，例如仅在通道18上。 该第一涂层30可以是亲水涂层，例如金属氧化物涂层，包括但不局限 于二氧化硅(Si02) 、 二氧化铪(Hf〇2) 、 二氧化锆(Zr02)、氧化铝 (A1203 )、 二氧化锡(Sn02 )、五氧化二钽(Ta205 )、五氧化二铌(Nb205 )、 二氧化钼(Mo02) 、 二氧化铱(Ir02) 、 二氧化钌(Ru02)、亚稳态氧 氮化物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物及其混合物，如美国专利 申请号2006/0216571A1中所述。该第 一涂层30可以是如美国专利申请 号2006/0194095A1中所述的导体材料和金属氧化物的组合。该第一涂 层30也可以是SiOx涂层。该第一涂层30可以通过例如物理气相沉积方 法、化学气相沉积(CVD)方法、等离子体增强的CVD方法、热喷涂 方法、溶胶-凝胶、喷涂、浸涂、刷涂、旋涂或丝网印刷方法形成。该第 一涂层30的厚度以及由此的亲水性可以随着多次浸涂而提高。该第一 涂层30的厚度可以为约50纳米~约1微米。在低负载时，阳极和阴极流场板中的通道水累积可以显著影 响燃料电池性能。在各种实施方案中，该涂层30是可以利用细节距流 场(fine-pitch flow field)降低或消除低负载时的电压不稳定性的亲水涂 层，这是由于产物本文档来自技高网...

【技术保护点】
产品，包括：　第一燃料电池元件，包括第一面、位于所述第一面的至少第一部分上方的第一亲水涂层、和位于所述第一面的至少第二部分上方的第二较不亲水的涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JP奥维简，TA特拉博德，TW蒂赫，RL达塔，GV达希奇，
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]