包括聚合物添加剂的燃料电池阴极和燃料电池系统技术方案

提供了一种被配置用于燃料电池系统中的阴极。阴极包括阴极基板。阴极还包括设置在阴极基板上并且包括被配置用于在低于200℃的温度下烧结的碳氟聚合物添加剂的涂层。碳氟聚合物添加剂可与催化剂油墨涂层混合或可单独地施加为面层。施加为面层。施加为面层。

【技术实现步骤摘要】
包括聚合物添加剂的燃料电池阴极和燃料电池系统
[0001]关于联邦资助研究的声明本专利技术是在政府支持下根据美国能源部授予的合同号：US;DE
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EE0008821 ;HD Truck MEA完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。


[0002]本公开一般涉及一种燃料电池阴极和一种包括聚合物添加剂的燃料电池系统。

技术介绍

[0003]燃料电池是一种电化学装置，通常由多个接收氢气（H2）的阳极电极、多个接收氧气（O2）的阴极电极和每个阳极和阴极之间的多种电解质或电解质溶液构成。引发电化学反应以在阳极氧化氢分子以产生自由质子（H+），然后通过电解质在阴极用氧化剂（诸如氧气）还原该质子。此反应在阳极产生电子，其中一些通过负载重新定向，诸如车辆的牵引马达或需要固定发电的非车辆负载，然后再发送到阴极。这种燃料电池可与其它燃料电池组合使用以形成燃料电池组。此燃料电池的组或燃料电池组可彼此电连接，例如串联，使得由每个燃料电池供应的电压被添加到下一个，使得由燃料电池组供应的总电压为每个堆叠式燃料电池的电压的和。
[0004]混合动力和全电动（统称为“电力驱动”）动力系统采用各种架构，其中一些利用燃料电池系统为一个或多个电动牵引马达供电。

技术实现思路

[0005]提供了一种被配置用于燃料电池系统中的阴极。阴极包括阴极基板。阴极还包括设置在阴极基板上并且包括被配置用于在低于200℃的温度下烧结的碳氟聚合物添加剂的涂层。
[0006]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂被配置用于在低于150℃的温度下烧结。
[0007]在一些实施例中，涂层还包括催化剂油墨。催化剂油墨和碳氟聚合物添加剂混合在一起然后设置在阴极基板上。
[0008]在一些实施例中，涂层包括被配置为面层的第一涂层。阴极还包括包含催化剂油墨的第二涂层。第二涂层设置在阴极基板和第一涂层之间。
[0009]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂为与氟化脂环族单体的无定形聚四氟乙烯共聚物。
[0010]在一些实施例中，与氟化脂环族单体的无定形聚四氟乙烯共聚物选自包括以下的组：四氟乙烯、4,5
‑
二氟
‑
2,2
‑
双(三氟甲基)
‑
1,3二氧杂环戊烯和2,2
‑
双三氟甲基
‑
4,5
‑
二氟
‑
1,3二氧杂环戊烯。
[0011]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂是官能化全氟聚醚。
[0012]在一些实施例中，官能化全氟聚醚选自包括以下的组：三乙氧基硅烷封端的双官能全氟聚醚；基于线性全氟聚醚主链的二磷酸酯衍生物；和基于全氟聚醚主链的阴离子聚
氨酯的水性分散体。
[0013]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂是聚偏二氟乙烯半结晶共聚物。
[0014]在一些实施例中，聚偏二氟乙烯半结晶共聚物选自包括以下的组：偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯:六氟丙烯共聚物乳胶和半结晶聚偏二氟乙烯:四氟乙烯共聚物。
[0015]根据一个替代的实施例，提供了一种燃料电池系统。燃料电池系统包括阳极、阴极和设置在阳极和阴极之间的燃料电池膜。阴极包括阴极基板和设置在阴极基板上的涂层。涂层包括被配置用于在低于200℃的温度下烧结的碳氟聚合物添加剂。
[0016]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂被配置用于在低于150℃的温度下烧结。
[0017]在一些实施例中，涂层还包括催化剂油墨。催化剂油墨和碳氟聚合物添加剂混合在一起然后设置在阴极基板上。
[0018]在一些实施例中，涂层包括被配置为面层的第一涂层。阴极还包括包含催化剂油墨的第二涂层。第二涂层设置在阴极基板和第一涂层之间。
[0019]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂为与氟化脂环族单体的无定形聚四氟乙烯共聚物。
[0020]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂是官能化全氟聚醚。
[0021]在一些实施例中，碳氟聚合物添加剂是聚偏二氟乙烯半结晶共聚物。
[0022]根据一个替代的实施例，提供了一种车辆。车辆包括动力系统和燃料电池系统，所述燃料电池系统被配置成向动力系统提供电能。燃料电池系统包括阳极、阴极和设置在阳极和阴极之间的燃料电池膜。阴极包括阴极基板和设置在阴极基板上的涂层。涂层包括被配置用于在低于200℃的温度下烧结的碳氟聚合物添加剂。
[0023]在一些实施例中，涂层还包括催化剂油墨。催化剂油墨和碳氟聚合物添加剂混合在一起然后设置在阴极基板上。
[0024]在一些实施例中，涂层包括被配置为面层的第一涂层。阴极还包括含有催化剂油墨的第二涂层。第二涂层设置在阴极基板和第一涂层之间。
[0025]本专利技术包括以下方案。
[0026]方案1. 一种被配置用于燃料电池系统中的阴极，所述阴极包括：阴极基板；和设置在所述阴极基板上并且包括被配置用于在低于200℃的温度下烧结的碳氟聚合物添加剂的涂层。
[0027]方案2. 根据方案1所述的阴极，其中所述碳氟聚合物添加剂被配置用于在低于150℃的温度下烧结。
[0028]方案3. 根据方案1所述的阴极，其中所述涂层还包括催化剂油墨；并且其中所述催化剂油墨和所述碳氟聚合物添加剂混合在一起然后设置在所述阴极基板上。
[0029]方案4. 根据方案1所述的阴极，其中所述涂层包括被配置为面层的第一涂层；其中所述阴极还包括包含催化剂油墨的第二涂层；并且其中所述第二涂层设置在所述阴极基板和所述第一涂层之间。
[0030]方案5. 根据方案1所述的阴极，其中所述碳氟聚合物添加剂为与氟化脂环族单体的无定形聚四氟乙烯共聚物。
[0031]方案6. 根据方案5所述的阴极，其中与所述氟化脂环族单体的所述无定形聚四氟乙烯共聚物选自由以下物质组成的组：四氟乙烯、4,5
‑
二氟
‑
2,2
‑
双(三氟甲基)
‑
1,3二氧杂环戊烯和2,2
‑
双三氟甲基
‑
4,5
‑
二氟
‑
1,3二氧杂环戊烯。
[0032]方案7. 据方案1所述的阴极，其中所述碳氟聚合物添加剂为官能化全氟聚醚。
[0033]方案8. 根据方案7所述的阴极，其中所述官能化全氟聚醚选自由以下物质组成的组：三乙氧基硅烷封端的双官能全氟聚醚；基于线性全氟聚醚主链的二磷酸酯衍生物；和基于全氟聚醚主链的阴离子聚氨酯的水性分散体。
[0034]方案9. 根据方案1所述的阴极，其中所述碳氟聚合物添加剂为聚偏二氟乙烯半结晶共聚物。
[0035]方案10. 根据方案9所述的阴极，其中所述聚偏二氟乙烯半结晶共聚物选自由以下物质组成的组：偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯:六氟丙烯共聚物乳胶和半结晶聚偏二氟乙烯:四氟乙烯共聚物。
[0036]方案11. 一种燃料电池系统，其包括：阳极；阴极，所述阴极包括：阴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被配置用于燃料电池系统中的阴极，所述阴极包括：阴极基板；和设置在所述阴极基板上并且包括被配置用于在低于200℃的温度下烧结的碳氟聚合物添加剂的涂层。2. 根据权利要求1所述的阴极，其中所述碳氟聚合物添加剂被配置用于在低于150℃的温度下烧结。3.根据权利要求1所述的阴极，其中所述涂层还包括催化剂油墨；并且其中所述催化剂油墨和所述碳氟聚合物添加剂混合在一起然后设置在所述阴极基板上。4. 根据权利要求1所述的阴极，其中所述涂层包括被配置为面层的第一涂层；其中所述阴极还包括包含催化剂油墨的第二涂层；并且其中所述第二涂层设置在所述阴极基板和所述第一涂层之间。5.根据权利要求1所述的阴极，其中所述碳氟聚合物添加剂为与氟化脂环族单体的无定形聚四氟乙烯共聚物。6.根据权利要求5所述的阴极，其中与所述氟化脂环族单体的所述无定形聚四氟乙烯共聚物选自由以下物质组成的组：四氟乙烯、4,5
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二氟

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：