本发明专利技术涉及具有侧链全氟磺酸部分的基于全氟环丁烷的水蒸气转移膜。更具体涉及膜湿化器组件，包括第一流场板，它用于促进第一气体流向它，和第二流场板，后者用于促进第二气体流向它。该聚合物膜被布置在第一流场和第二流场之间并用于允许水从第一流场板转移到第二流场板。该聚合物膜包括具有全氟环丁基和具有供质子基团的侧挂的侧链的聚合物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，更特别地涉及燃料电池的湿化。
技术介绍
燃料电池在许多应用中用作电源。尤其，燃料电池建议用于汽车中替代内燃机。通 常使用的燃料电池设计使用固体聚合物电解质(“SPE”)膜或质子交换膜(“PEM”)，以便 在阳极和阴极之间提供离子迁移。在质子交换膜型燃料电池中，将氢气作为燃料提供给阳极和将氧气作为氧化剂提 供给阴极。氧气能够呈现纯形式(O2)或是空气(02和队的混合物)形式。PEM燃料电池 典型地具有膜电极组件(“MEA”)，其中固态聚合物膜在一个面上具有阳极催化剂，在背面 上具有阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极层和阴极层是由多孔传导性材料如织造石 墨、石墨化片材或碳纸形成的，以使得燃料能分散在面对燃料供应电极的膜表面上。各电极 具有担载于碳颗粒上的细散催化剂颗粒(例如钼颗粒)，以促进在阳极处的氢气的氧化和 在阴极处氧气的还原。质子从阳极流过离子传导聚合物膜流到阴极，在这里它们与氧结合 形成水，该水从电池中排出。该MEA夹在一对多孔气体扩散层(“GDL”)之间，它们进而夹 在一对的无孔的导电性元件或板之间。该板用作阳极和阴极的集流器，并且含有在其中所 形成的合适的通道和开口以便将燃料电池的气态反应剂分布在各个阳极催化剂和阴极催 化剂的表面上。为了有效地产生电能，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须是薄的、化学稳 定的、质子透过性的、非导电性的和不透气的。在典型的应用中，燃料电池以许多单个燃料 电池堆的阵列形式提供以便提供高水平的电能。用于燃料电池中的内膜典型地维持在湿条件下。这帮助避免对膜的损害或避免 缩短膜的寿命，以及维持所希望的工作效率。例如，膜的较低水含量导致更高的质子传导 阻抗，因此导致更高的欧姆电压损失。原料气的湿化，尤其阴极入口的湿化，是令人想望 的，以便在膜中、尤其在该入口区中维持足够的水含量。在燃料电池中的湿化已在共同拥 有的美国专利申请系列号No. 10/797，671 (Goebel等人)、共同拥有的美国专利申请系列号 No. 10/912，298 (Sennoun等人)和共同拥有的美国专利申请系列号No. 11/087, 911 (Forte) 中进行讨论，它们中的每一件以全部内容通过引用结合进来。为了维持所希望的水分含量，空气湿化器常常用于湿化在燃料电池中使用的空气 物流。该空气湿化器正常由安装在外壳内的圆形或盒子型空气湿化模块组成。这一类型的 空气湿化器的例子显示和描述在美国专利申请系列No. 10/516，483 (Tanihara等人)和美 国专利No. 6，471，195中，因此它们中的每一件以全部内容通过引用结合进来。膜湿化器也已经用于满足燃料电池湿化需求。对于车用燃料电池湿化应用，此类 膜湿化器需要是紧凑的，显示出低的压降，和具有高的工作性能。设计膜湿化器要求质量传递阻力和压降的平衡。为了穿过膜从湿侧传输至干侧， 水分子必须克服下列阻力的一些组合在湿和干流动通道中的对流质量传输阻力；穿过该 膜的扩散传输阻力；和穿过该膜载体材料的扩散传输阻力。紧凑和高性能膜湿化器典型地需要具有高的水传输速率(即，在10000-12000范围的GPU)的膜材料。GPU或气体透过单 位是分压标称化的通量，其中1 GPU=10_6Cm3(STP)/(Cm2*sec*cm#)。结果，将在湿和 干流动通道以及膜载体材料中的传输阻力降低至最低变成了设计的焦点。因此，仍然需要用于湿化燃料电池的改进的材料和方法。
技术实现思路
本专利技术通过在至少一个实施方案中提供用于燃料电池的膜湿化器组件(membrane humidifier assembly)来解决现有技术的一个或多个问题。本实施方案的膜湿化器组件包 括第一流场板(flow fieldplate)(它适于促进第一气体向其流动)和第二流场板(它适 于促进第二气体向其流动)。该聚合物膜被布置在第一流场和第二流场之间并适于允许水 的转移。聚合物膜包括具有包括聚合物链段1的聚合物链段的第一聚合物权利要求1.燃料电池用的膜湿化器，该膜湿化器包括第一流场板，它用于促进第一气体流向它；第二流场板，它用于促进第二气体流向它；布置在所述第一流场板和所述第二流场板之间的聚合物膜，该膜用于允许水的转移，该聚合物膜包括具有包含聚合物链段1的聚合物链段的第一聚合物2.权利要求1的湿化器，其中第一气体和第二气体包括选自02，N2,H2O,H2，和它们的组 合的组分。3.权利要求1的湿化器，其中该聚合物膜具有大于6000GPU的渗透率。4.权利要求1的湿化器，其中所述第一流场板和所述第二流场板各自独立地包括周界 密封性区段。5.权利要求1的湿化器，其中聚合物链段1重复1-10，000次。6.燃料电池系统，包括具有阴极侧和阳极侧的燃料电池堆； 膜湿化器，包括第一流场板，用于从所述燃料电池堆的所述阴极侧接收第一气体； 第二流场板，用于促进第二气体流向它；布置在所述第一流场板和所述第二流场板之间的聚合物膜，该膜适于允许水的转移， 该聚合物膜包括具有包含聚合物链段1的聚合物链段的第一聚合物7.权利要求6的燃料电池系统，其中所述第一气体和所述第二气体包括选自由02，N2, H2O, H2,和它们的组合所构成的组的组分。8.权利要求6的燃料电池系统，其中该聚合物膜具有大于6000GPU的渗透率。9.权利要求6的燃料电池系统，其中所述第一流场板和所述第二流场板各自独立地包 括周界密封性区段。10.权利要求6的燃料电池系统，其中聚合物链段1重复1-10，000次。全文摘要本专利技术涉及具有侧链全氟磺酸部分的基于全氟环丁烷的水蒸气转移膜。更具体涉及膜湿化器组件，包括第一流场板，它用于促进第一气体流向它，和第二流场板，后者用于促进第二气体流向它。该聚合物膜被布置在第一流场和第二流场之间并用于允许水从第一流场板转移到第二流场板。该聚合物膜包括具有全氟环丁基和具有供质子基团的侧挂的侧链的聚合物。文档编号H01M8/24GK102005587SQ201010267470公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月27日 优先权日2009年8月28日专利技术者A·M·布伦纳, S·M·麦金农, T·J·富勒 申请人:通用汽车环球科技运作公司本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃料电池用的膜湿化器，该膜湿化器包括：第一流场板，它用于促进第一气体流向它；第二流场板，它用于促进第二气体流向它；布置在所述第一流场板和所述第二流场板之间的聚合物膜，该膜用于允许水的转移，该聚合物膜包括具有包含聚合物链段１的聚合物链段的第一聚合物：－＊↓［１］－Ｐ↓［１］－Ｑ↓［１］－Ｐ↓［２］－１其中：Ｚ↓［１］是－ＳＯ↓［２］Ｘ，－ＰＯ↓［３］Ｈ↓［２］，或－ＣＯＸ；Ｅ↓［１］是含芳族的部分；Ａ不存在或是Ｏ或是具有碳骨架的增链部分；Ｘ是－ＯＨ，卤素，酯，或＊＊＊；Ｐ↓［１］，Ｐ↓［２］各自独立地是：不存在，－Ｏ－，－Ｓ－，－ＳＯ－，－ＳＯ↓［２］－，－ＣＯ－，－ＮＨ－，ＮＲ↓［２］－，或－Ｒ↓［３］－，和Ｒ↓［２］是Ｃ↓［１－２５］烷基，Ｃ↓［１－２５］芳基或Ｃ↓［１－２５］亚芳基；Ｒ↓［３］是Ｃ↓［１－２５］亚烷基，Ｃ↓［１－２５］全氟亚烷基，或Ｃ↓［１－２５］亚芳基；Ｒ↓［４］是三氟甲基，Ｃ↓［１－２５］烷基，Ｃ↓［１－２５］全氟亚烷基，Ｃ↓［１－２５］芳基，或另一Ｅ↓［１］基团；和Ｑ↓［１］是氟化的环丁基部分。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SM麦金农，TJ富勒，AM布伦纳，
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]
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