專利名稱：燃料電池隔板,其制備方法及包括該隔板的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各方面涉及燃料電池系統(tǒng)，更具體地涉及用于燃料電池的隔板，該隔板可以平穩(wěn)地供給氧化劑和燃料，并可容易地釋放燃料電池電化學(xué)反應(yīng)期間產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物，從而可改進(jìn)燃料電池的性能；以及制備該隔板的方法；和包括該隔板的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是通過氧化劑和烴類物質(zhì)中的氫進(jìn)行電化學(xué)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能的發(fā)電系統(tǒng)，所述烴類物質(zhì)例如甲醇、乙醇或天然氣。這樣的燃料電池是一種能替代化石燃料的清潔能源。燃料電池典型地包括由單位電池組成的電池堆，并產(chǎn)生各種范圍的功率輸出。由于典型的燃料電池具有小型鋰電池四到十倍的能量密度，已重點(diǎn)用作小型便攜能源。
典型的示例性的燃料電池包括聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)和直接氧化燃料電池(DOFC)。直接氧化燃料電池可以是以甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池。
聚合物電解質(zhì)燃料電池雖然具有高能量密度的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)在于需要謹(jǐn)慎處理氫氣，并需要輔助設(shè)備，例如用于重整甲烷或甲醇、天然氣等以產(chǎn)生作為燃料氣的氫氣的燃料重整處理器。
相反，直接氧化燃料電池的能量密度比聚合物電解質(zhì)燃料電池低，但是它的優(yōu)點(diǎn)是燃料易于處理，并且由于其較低的操作溫度因而可在室溫下操作，而且不需額外的燃料重整處理器。
在上述燃料電池中，發(fā)電的電池堆基本包括幾個到幾十個在多層中堆疊的單元電池。每個單元電池由膜電極組件(MEA)和隔板(也稱為雙極板)形成。膜電極組件由陽極(也稱為“燃料電極”或“氧化電極”)和陰極(也稱為“空氣電極”或“還原電極”)構(gòu)成，該陽極和陰極被聚合物電解質(zhì)膜分隔。
燃料被提供到陽極并吸附在陽極催化劑上，該燃料被氧化以產(chǎn)生質(zhì)子和電子。電子通過外部電路移動到陰極，質(zhì)子則通過聚合物電解質(zhì)膜也移動到陰極。此外，氧化劑被提供到陰極，然后氧化劑、質(zhì)子和電子在陰極催化劑上反應(yīng)產(chǎn)生電流和水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的若干方面和實(shí)施方式提供一種用于燃料電池的隔板，該隔板可通過順利釋放在燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)期間產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物來平穩(wěn)地供給氧化劑和燃料，從而改進(jìn)燃料電池的特性；還提供一種制造該隔板的方法；以及一種包括該隔板的燃料電池系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明示例性的實(shí)施方式，提供一種用于燃料電池的隔板，該隔板包括基片，該基片包括液流溝槽和設(shè)置在液流溝槽上的表面處理層。當(dāng)用水測定時，該表面處理層具有30°或更小的接觸角。該實(shí)施方式的一個方面中，接觸角為小于等于20°。
該表面處理層包括含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)。所述親水官能團(tuán)的例子包括至少一個選自由羥基(OH)、氨基(NH2)、羧基(COOH)、羰基(CO)、磺酸基(SO3H)、烷氧基及其組合所組成的組中的官能團(tuán)。
所述基片由至少一種選自由金屬、石墨、碳-樹脂復(fù)合材料及其組合所組成組中的材料制成。該基片可用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化、沙紙?zhí)幚怼㈦姇炋幚?corona treatment)、摩擦、壓制及其組合。
根據(jù)本發(fā)明另一個示例性的實(shí)施例，提供一種用于燃料電池的隔板的制備方法，該方法包括在基片上形成液流溝槽；在該液流溝槽上用含有具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物形成表面處理層；和洗滌并干燥該包括表面處理層的基片。
該基片可用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化、沙紙?zhí)幚怼㈦姇炋幚?、摩擦處理、壓制及其組合。在本發(fā)明的一個示例性的實(shí)施方式中，包括在酸處理后進(jìn)行紫外線輻照的氧化處理可為適合的預(yù)處理。
具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物由如下化學(xué)式1表示[化學(xué)式1]X-Si(R1)3在上述化學(xué)式1中，X是含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)，或被所述該親水官能團(tuán)取代的烷基基團(tuán)；R1是氫、烷基基團(tuán)、烷氧基基團(tuán)或鹵素。
X可為至少一個選自由羥基(OH)、氨基(NH2)、羧基(COOH)、羰基(CO)、磺酸基(SO3H)、烷氧基及其組合所組成的組中的親水官能團(tuán)，或被所述該親水官能團(tuán)取代的烷基基團(tuán)。
具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物包括至少一個選自由3-氨基烷基三烷氧基硅烷、2-(羧基烷基硫代)烷基三烷基硅烷、(3-六氟烷氧基)烷基三鹵代硅烷及其組合所組成組中的化合物。該含有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的濃度為5～500mM。
用至少一種選自由甲苯、丙酮及其組合所組成組中的溶劑進(jìn)行洗滌。干燥在還原氣氛中和20～50℃下進(jìn)行。具有表面處理層的基片在洗滌和干燥后，可用選自由紫外線輻照、等離子體處理及其組合所組成組中的方法進(jìn)行表面后處理。
根據(jù)本發(fā)明又一個示例性的實(shí)施方式，提供一個燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括至少一個發(fā)電元件、將燃料供給到該發(fā)電元件的燃料供給裝置和將氧化劑供給到該發(fā)電元件的氧化劑供給裝置。所述發(fā)電元件包括膜電極組件和布置在其每一側(cè)的隔板。所述膜電極組件包括相互面對的陰極和陽極，以及插入二者間的聚合物電解質(zhì)膜。該燃料電池系統(tǒng)可為直接氧化燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)可為呼吸型(breathing-type)或被動型(passive-type)直接氧化燃料電池系統(tǒng)。
本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點(diǎn)將部分地在以下描述中陳述，并且部分地將通過描述而顯而易見，或可通過實(shí)踐本發(fā)明而明了。


由以下結(jié)合附圖對實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯和更容易理解，其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的隔板的橫截面示意圖；圖2A是接觸角為0°的基片接觸角的示圖；圖2B是接觸角在0°和90°之間的基片接觸角的示圖；圖2C是接觸角在90°到 180°之間的基片接觸角的示圖；圖2D是接觸角為180°的基片接觸角的示圖；圖3示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖4A是根據(jù)實(shí)施例1的隔板中液體流動的照片；圖4B是根據(jù)對比例1的隔板中液體流動的照片；圖5是顯示包括根據(jù)實(shí)施例1～3的隔板的單電池電壓降的曲線圖；圖6是顯示包括根據(jù)對比例1～3的隔板的單電池電壓降的曲線圖；圖7是顯示包括根據(jù)實(shí)施例1～3的隔板的單電池輸出功率密度的曲線圖；和圖8是顯示包括根據(jù)對比例1～3的隔板的單電池輸出功率密度的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，其實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行說明，其中全文中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。以下描述的實(shí)施方式通過參考附圖來解釋本發(fā)明。
在此說明書中，“烷基”是C1到C20的烷基基團(tuán)，優(yōu)選C1到C10的烷基基團(tuán)的意思。“烷氧基”是C1到C20的烷氧基基團(tuán)，優(yōu)選C1到C10的烷氧基基團(tuán)的意思。
通常，用于燃料電池的隔板分隔每個膜電極組件，并為該膜電極組件的陽極和陰極對燃料電池電化學(xué)反應(yīng)所需的氧化劑和燃料的供應(yīng)提供通路，而且還為由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水和二氧化碳的釋放提供通路。此外，該隔板能防止燃料電池由于反應(yīng)物，即氫和氧化劑的直接接觸導(dǎo)致的例如爆炸和燃燒的危險。因此，該隔板可包括一個具有低反應(yīng)物傳送率和對活躍的電子移動(activeelectron movement)的有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性的基片。
最初的隔板通過機(jī)械加工金屬，或通過模制或壓制石墨而制備。由于金屬具有高強(qiáng)度，因此隔板可制得很薄，但是可使導(dǎo)電性變差，并降低電池組的壽命。另外，由于石墨材料雖具有高導(dǎo)電性，但是強(qiáng)度差而且多孔，因此隔板需要制成至少具有最小的預(yù)定厚度，否則反應(yīng)物可透過該隔板。因此，當(dāng)隔板不能平穩(wěn)地供給燃料或氧化物，或釋放例如水或二氧化碳的反應(yīng)產(chǎn)物的話，燃料電池的功率輸出特性會變差。
本發(fā)明通過在隔板的液流溝槽上形成親水表面處理層來解決這個問題，因而隔板可供給氧化劑和燃料，并可平穩(wěn)釋放由燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)生成的反應(yīng)產(chǎn)物，從而改進(jìn)電池組特性。
圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的隔板的橫截面圖。參考圖1，隔板133包括形成帶有一系列肋板30、液流溝槽40和形成在每個液流溝槽40上的表面處理層50的基片20。
基片20起連接隔板133的支撐物以及串聯(lián)連接的陽極和陰極的導(dǎo)體的作用。液流溝槽40用于向膜電極組件的陽極和陰極提供燃料電池的反應(yīng)所需的氧化劑和燃料。
基片20可包括金屬、石墨、碳-樹脂復(fù)合材料等。所述金屬可包括不銹鋼、鋁、鈦、銅或其合金。此外，所述碳-樹脂復(fù)合材料可包括選自由環(huán)氧類樹脂、乙烯基酯類樹脂、尿醛樹脂及其組合所組成組中的樹脂和諸如石墨等的碳的復(fù)合材料。然而，本發(fā)明的基片20并不限于此。
基片20可用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化處理、沙紙?zhí)幚怼㈦姇炋幚?、摩擦處理、壓制及其組合，使表面處理層50可容易地形成在基片20上。該基片20包括液流溝槽40上的表面處理層50。該表面處理層50設(shè)置在液流溝槽40的內(nèi)部，而不是在肋板30上。
包含親水官能團(tuán)的表面處理層50使諸如二氧化碳和水的反應(yīng)產(chǎn)物容易平穩(wěn)釋放，從而促進(jìn)燃料的氧化和氧化劑的還原。通過測定表面處理層50的接觸角，可以評價該表面處理層50的親水性和它具有的表面能的值。通過測量基片的接觸角，可以定量地確定基片的親水性，以下參考圖2A到2D來描述。
如圖2A到2D所示，在液-固-氣界面的接觸表面和水滴彎曲接觸固體表面的端點(diǎn)的接觸點(diǎn)之間確定接觸角。因此，圖2A中的接觸角是0，圖2B中的接觸角是0＜θ＜90°，圖2C中的接觸角是90°＜θ＜180°，而圖2D中的接觸角是180°。也就是說，如果接觸角大于等于90°，該表面可分類為疏水的，但是如果接觸角小于90°，該表面則被確定為親水表面。
根據(jù)本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式，當(dāng)用水測量時，包含在隔板133中的表面處理層50可具有不大于30°的接觸角。根據(jù)本發(fā)明另一個示例性的實(shí)施方式，表面處理層50可具有不大于20°的接觸角。根據(jù)本發(fā)明又一個示例性的實(shí)施方式，表面處理層50的接觸角在0到10°范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明再一個示例性的實(shí)施方式，表面處理層50的接觸角在0.001°到5°范圍內(nèi)。當(dāng)表面處理層50具有大于30°的接觸角時，其親水特性變差，阻礙液體流動。根據(jù)本發(fā)明另一個示例性的實(shí)施方式，可采用水，特別合適的是去離子水。
表面處理層50可通過處理具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物而形成。因此，該表面處理層50可包括含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)。該表面處理層50包括選自由羥基(OH)、氨基(NH2)、羧基(COOH)、羰基(CO)、磺酸基(SO3H)、烷氧基及其組合所組成組中的親水官能團(tuán)。根據(jù)本發(fā)明一個示例性實(shí)施方式，親水官能團(tuán)選自由羥基、氨基及其組合所組成組中的基團(tuán)是合適的。
具有上述結(jié)構(gòu)的隔板133可用以下方法制備在基片20上形成液流溝槽40；通過使用包括具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物在液流溝槽40的表面設(shè)置表面處理層50；洗滌該具有表面處理層50的基片20；和干燥該具有表面處理層50的基片20。
基片20與以上所描述的一樣。基片20可用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化處理、沙紙?zhí)幚?、電暈處理、摩擦處理、壓制及其組合，使表面處理層50可容易地形成在基片20上。根據(jù)本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式，氧化可用于形成表面處理層50。
具體地，可通過酸處理后的紫外線輻照來進(jìn)行氧化?？赏ㄟ^將基片20浸入諸如硫酸、過氧化氫等的常規(guī)酸溶液中來進(jìn)行酸處理。
當(dāng)酸溶液包括硫酸和過氧化氫的混合溶液時，硫酸和過氧化氫以10∶90到40∶60的體積比混合。根據(jù)本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式，硫酸和過氧化氫以30∶70的體積比混合。酸處理后，干燥基片20。干燥過程可在氫、氮等還原氣氛下進(jìn)行。
然后，酸處理過的基片20用紫外線輻照以在其表面上形成羥基，從而提高親水性。在此，UV輻照可進(jìn)行10分鐘到10小時。此外，UV輻照可在50～70℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。基片20表面的預(yù)處理可在其上形成液流溝槽40之前在基片20上進(jìn)行，或在基片20上形成液流溝槽40后在液流溝槽40上進(jìn)行。
隨后，具有液流溝槽的基片20可用包括具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物處理，以在其上形成表面處理層。所述具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物可包括由以下化學(xué)式1表示的化合物[化學(xué)式1]X-Si(R1)3其中，在上述化學(xué)式1中，X是含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)，或被所述該親水官能團(tuán)取代的烷基基團(tuán)；R1是氫、烷基基團(tuán)、烷氧基基團(tuán)或鹵素。
X可為至少一個選自由羥基(OH)、氨基(NH2)、羧基(COOH)、羰基(CO)、磺酸基(SO3H)、烷氧基及其組合所組成的組中親水官能團(tuán)，或被所述該親水官能團(tuán)取代的烷基基團(tuán)。
具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物包括至少一個選自由3-氨基烷基三烷氧基硅烷、2-(羧基烷基硫代)烷基三烷基硅烷、(3-六氟烷氧基)烷基三鹵代硅烷及其組合所組成組中的化合物。具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的更具體的例子包括至少一種選自由(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、2-(羧甲基硫代)乙基三甲基硅烷、(3-六氟異丙氧基)丙基三氯硅烷及其組合所組成組中的化合物。
含有硅烷化合物的組合物包括選自水、有機(jī)溶劑或混合溶劑的溶劑。所述有機(jī)溶劑可包括與水具有相溶性的溶劑選自由諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等的醇溶劑；諸如甲基CELLOSOLVE(溶纖劑)(陶氏化學(xué)公司的子公司UnionCarbide Corp.)的CELLOSOLVE(溶纖劑)類溶劑；二甲基甲酰胺；或丙酮所組成的組中。所述有機(jī)溶劑可為混合溶劑。
該包括具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物包括5～500mM的硅烷化合物。根據(jù)本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式，該包括具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物包括5～20mM的硅烷化合物。當(dāng)組合物中硅烷化合物的濃度小于5mM時，難以實(shí)現(xiàn)均勻的表面處理層50的涂層。相反，當(dāng)硅烷化合物濃度大于500mM時，表面厚度可能難以控制。
可通過在基片20的液流溝槽40上涂布包括具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物，或用遮蔽膠帶纏住不需涂布的部分后通過把基片20浸入包括硅烷化合物的組合物中來布置該親水涂層。該涂層可用通常的稀漿涂布方法來涂布。
然后，具有表面處理層50的基片20可被洗滌和干燥以制備用于燃料電池的隔板133?？刹捎弥辽僖环N選自由甲苯、丙酮及其組合所組成組中的溶劑來進(jìn)行洗滌。根據(jù)本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式，甲苯適于該洗滌過程。此外，洗滌可在超聲處理下進(jìn)行。超聲處理可容易地去除雜質(zhì)，形成純凈的表面處理層50。
干燥在氮?dú)?、氬氣、其混合氣體等的還原氣氛下進(jìn)行。干燥在20～50℃的溫度下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式，干燥在40～50℃的溫度下進(jìn)行。當(dāng)干燥時的溫度低于20℃時，干燥過程過長。相反，當(dāng)干燥時的溫度高于50℃時，溶劑蒸發(fā)過快從而導(dǎo)致不均勻的涂層。
洗滌具有表面處理層50的基片20并干燥后，可用選自由UV輻照、等離子體處理及其組合所組成組中的方法對該具有表面處理層50的基片20進(jìn)行表面后處理，以增加表面處理層的親水性。該表面后處理可采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法。
一旦用以上方法制備的用于燃料電池的隔板133包括表面處理層50，該隔板133就能將氧化劑和燃料平穩(wěn)地供給到該燃料電池，并能容易地釋放來自燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。
此外，隔板133可用于燃料電池的陽極和陰極中的至少一個。由于隔板133因?yàn)槠渖系谋砻嫣幚韺?0而可平穩(wěn)地釋放反應(yīng)產(chǎn)物，因此可以理想地用于陽極。
換句話說，隔板133可促進(jìn)燃料的氧化和氧化劑的還原，因此可改進(jìn)燃料電池的功率輸出特性。該改進(jìn)效果在直接氧化燃料電池中可被最大化，特別是在呼吸型(稱為半被動型)或被動型直接氧化燃料電池中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施方式，提供一種包括上述隔板的燃料電池系統(tǒng)。這樣的燃料電池系統(tǒng)包括至少一個發(fā)電元件、燃料供給裝置和氧化劑供給裝置。
發(fā)電元件包括膜電極組件和布置在該膜電極組件兩側(cè)的隔板，以通過燃料的氧化和氧化劑的還原發(fā)電。一個或更多個發(fā)電元件可根據(jù)需要堆疊，堆疊的發(fā)電元件的數(shù)量可根據(jù)所需的輸出電壓來控制。
膜電極組件包括聚合物電解質(zhì)膜，以及設(shè)置在該聚合物電解質(zhì)膜每一側(cè)的陰極和陽極。聚合物電解質(zhì)膜通過將在陽極產(chǎn)生的質(zhì)子轉(zhuǎn)移到陰極而起到交換離子的作用。因此，聚合物電解質(zhì)膜包括高質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物。所述質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物可為任何在其側(cè)鏈具有選自如下組中的陽離子交換基團(tuán)的聚合物樹脂磺酸基團(tuán)、羧酸基團(tuán)、磷酸基團(tuán)、膦酸基團(tuán)及其衍生物。
所述聚合物樹脂的非限制性例子包括至少一種選自如下組中的質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物含氟聚合物、苯并咪唑類聚合物、聚酰亞胺類聚合物、聚醚酰亞胺類聚合物、聚苯硫醚類聚合物、聚砜類聚合物、聚醚砜類聚合物、聚醚酮類聚合物、聚醚醚酮類聚合物和聚苯基喹噁啉類聚合物。在本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方式中，質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物是至少一種選自如下組中的聚合物聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、四氟乙烯和含有磺酸基的氟代乙烯基醚共聚物、脫氟的聚醚酮硫化物、聚(芳基酮)、聚(2，2′-(間-亞苯基)-5，5′-二苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)、其共聚物及其混合物。
在質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物的陽離子交換基團(tuán)中的H可被Na、K、Li、Cs或四丁基銨取代。當(dāng)質(zhì)子傳導(dǎo)基團(tuán)的末端的離子交換基團(tuán)中的H被Na取代時，用的是NaOH。當(dāng)H被四丁基銨取代時，用的是氫氧化四丁基銨。K、Li、or Cs也可通過適當(dāng)?shù)幕衔锒〈鶫。取代H的方法是相關(guān)領(lǐng)域中已知的，因而不再在此詳述。
陰極和陽極設(shè)置在聚合物電解質(zhì)膜的每一側(cè)。陽極包括催化劑層和用于燃料轉(zhuǎn)移的電極基板。在陽極催化劑層上，燃料通過隔板被供給以通過燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生電子和質(zhì)子。陰極也包括催化劑層和用于氧化劑轉(zhuǎn)移的電極基板。在陰極催化劑層上，通過隔板被供給的氧化劑與通過聚合物電解質(zhì)膜被供給的質(zhì)子反應(yīng)以通過氧化劑的還原反應(yīng)產(chǎn)生水。
陽極和陰極的催化劑層催化地幫助燃料的氧化反應(yīng)和氧化劑的還原反應(yīng)。催化劑代表性的例子是那些基于鉑或類似金屬的物質(zhì)。這樣的催化劑包括鉑、釕、鋨、鉑-釕合金、鉑-鋨合金、鉑-鈀合金、鉑-M合金或其組合，其中M是選自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh、Ru及其組合中的過渡元素。陽極和陰極可包括同樣的催化劑。然而，在直接氧化燃料電池中，由于陽極催化劑可被CO毒化，因此耐CO的鉑-釕合金催化劑適于用作陽極催化劑。催化劑的代表性的例子包括至少一種選自如下組中的催化劑Pt、Pt/Ru、Pt/W、Pt/Ni、Pt/Sn、Pt/Mo、Pt/Pd、Pt/Fe、Pt/Cr、Pt/Co、Pt/Ru/W、Pt/Ru/Mo、Pt/Ru/V、Pt/Fe/Co、Pt/Ru/Rh/Ni、Pt/Ru/Sn/W及其組合。
這樣的催化劑可在負(fù)載在載體上時使用。所述載體可包括諸如石墨、登卡黑(denkablack)、科琴黑(ketjenblack)、乙炔黑、碳納米管、碳納米纖維、碳納米線、碳納米球、活性碳等的碳類材料，或諸如氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦等的無機(jī)材料微粒。
該陽極和陰極的催化劑層可進(jìn)一步包括粘合劑樹脂以改進(jìn)其粘附性和質(zhì)子移動性。該粘合劑樹脂可以是質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物樹脂，所述聚合物在側(cè)鏈上具有選自由磺酸基團(tuán)、羧酸基團(tuán)、磷酸基團(tuán)、膦酸基團(tuán)及其衍生物所組成組中的陽離子交換基團(tuán)。
所述聚合物的非限制性例子包括至少一種選自如下組中的質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物含氟聚合物、苯并咪唑類聚合物、聚酰亞胺類聚合物、聚醚酰亞胺類聚合物、聚苯硫醚類聚合物、聚砜類聚合物、聚醚砜類聚合物、聚醚酮類聚合物、聚醚醚酮類聚合物和聚苯基喹噁啉類聚合物。在本發(fā)明一個示例性的實(shí)施方式中，質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物是至少一種選自如下組中的聚合物聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、四氟乙烯和具有磺酸基的氟代乙烯基醚共聚物、脫氟的聚醚酮硫化物、聚(芳基酮)、聚(2，2′-(間-亞苯基)-5，5′-二苯并咪唑)和聚(2，5-苯并咪唑)及其共聚物。
粘合劑樹脂可單獨(dú)使用或以混合物的方式使用?；蛘?，粘合劑樹脂可以與非導(dǎo)電化合物一起使用以改進(jìn)聚合物電解質(zhì)膜和催化劑層之間的粘附性。粘合劑樹脂的用量可根據(jù)其用途來調(diào)整。
非傳導(dǎo)化合物的非限制性例子包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、乙烯/四氟乙烯(ETFE)共聚物、乙烯一氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)、十二烷基苯磺酸、山梨醇及其組合。
陽極和陰極的催化劑層設(shè)置在電極基板上。電極基板支撐陽極和陰極，并提供用于使燃料和氧化劑轉(zhuǎn)移到催化劑層的通路。
在本發(fā)明一個示例性實(shí)施方式中，電極基板由諸如炭紙、炭布、炭氈或金屬布(形成在多孔布膜或由聚合物纖維構(gòu)成的布的表面的金屬膜)之類的材料形成。所述電極基板不限于此。
此外，電極基板可用含氟樹脂處理，以使其防水，這樣它可防止由于陰極催化劑層電化學(xué)地產(chǎn)生的水導(dǎo)致反應(yīng)物擴(kuò)散效率變差。所述含氟樹脂可包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰氟烷氧基乙烯基醚、聚氟化乙烯丙烯、聚一氯三氟乙烯或它們的共聚物。
在前述電極基板和催化劑層之間可增加微孔層(MPL)，以增加反應(yīng)物的擴(kuò)散效果。該微孔層通常包括具有特定粒徑的導(dǎo)電粉末。所述導(dǎo)電材料可包括但不限于碳粉、碳黑、乙炔黑、活性碳、碳纖維、富勒烯、納米級碳或其組合。所述納米級碳可包括例如碳納米管、碳納米纖維、碳納米線、碳納米角、碳納米環(huán)或其組合的材料。
通過在電極基板上涂布包括導(dǎo)電粉末、粘合劑樹脂和溶劑的組合物而形成微孔層。所述粘合劑樹脂可包括但不限于聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰氟、聚氟代烷氧基乙烯基醚、聚乙烯醇、醋酸纖維素或它們的共聚物。所述溶劑可包括但不限于諸如乙醇、異丙醇、正丙醇或丁醇等的醇類，水，二甲基乙酰胺，二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮和四氫呋喃。涂布方法根據(jù)組合物的不同粘度可包括但不限于絲網(wǎng)印刷、噴涂和刮刀法。
如上所述，在膜電極組件的每一側(cè)設(shè)置隔板。該隔板與上述隔板相同。
燃料供給裝置將諸如氫氣的燃料供給到發(fā)電元件，氧化劑供給裝置起到將諸如氧氣或空氣的氧化劑供給到發(fā)電元件的作用。所述燃料包括液態(tài)或氣態(tài)的氫，或諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或天然氣的烴類燃料。
該燃料電池系統(tǒng)可應(yīng)用于聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEMFC)，或直接氧化燃料電池(DOFC)中。該燃料電池的效果可在陽極具有較少流動性的直接氧化燃料電池，特別是呼吸型直接氧化燃料電池或被動型直接氧化燃料電池中得到最大化。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)示意性的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，燃料電池系統(tǒng)100，其中燃料和氧化劑分別通過泵151和171被提供到發(fā)電元件130，但本發(fā)明并不限于這樣的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)或者可包括燃料和氧化劑通過擴(kuò)散方式提供的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在看圖3，燃料電池系統(tǒng)100包括由至少一個通過燃料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的發(fā)電元件130、用于將燃料供給到發(fā)電元件130的燃料供給裝置150和用于將氧化劑供給到發(fā)電元件130的氧化劑供給裝置170構(gòu)成的電池堆110。
此外，燃料供給裝置150裝配有貯存燃料的罐153和與其相連接的泵151。燃料泵151以預(yù)定的泵功率提供貯存在罐153中的燃料。
將氧化劑供給到電池堆110的發(fā)電元件130的氧化劑供給裝置170裝配有至少一個泵171用于以預(yù)定的泵功率提供氧化劑。
發(fā)電元件130包括氧化氫或燃料并還原氧化劑的膜電極組件131，和分別設(shè)置在膜電極組件131相背對的側(cè)面的隔板133和135以分別供給氫或燃料，和氧化劑。
以下實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。然而應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1用石墨制成的基片浸入硫酸與過氧化氫以體積比為30∶70混合的混合溶劑中30分鐘。該經(jīng)酸處理的基片用蒸餾水洗滌，并在氮?dú)鈿夥障赂稍?。然后，用紫外線輻照10分鐘以氧化其表面。通過將其放入帶有內(nèi)置短波(254nm)光束燈的紫外臭氧箱中以完成紫外處理。氧化的基片浸入10mM的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液中12小時來進(jìn)行化學(xué)吸附。然后，在超聲浴中用甲苯洗滌該基片。在30℃下，氮?dú)鈿夥罩懈稍?，這樣就制備了用于燃料電池的包括100nm厚的表面處理層的隔板。
實(shí)施例2實(shí)施例1中制備的包括表面處理層的隔板在200W，O2等離子體中后處理3分鐘以制備用于燃料電池的隔板。
實(shí)施例3在實(shí)施例1中制備的包括表面處理層的隔板用紫外線輻照5分鐘以制備用于燃料電池的隔板。通過將其放入帶有內(nèi)置短波(254nm)光束燈的紫外臭氧箱中以完成紫外處理。
實(shí)施例4以實(shí)施例2同樣的方法制備用于燃料電池的隔板，區(qū)別在于用10mM的2-(羧甲基硫代)乙基三甲基硅烷溶液代替10mM的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液來進(jìn)行表面處理。
實(shí)施例5以實(shí)施例3同樣的方法制備用于燃料電池的隔板，區(qū)別在于用10mM的(3-六氟異丙氧基)丙基三氯硅烷溶液代替10mM的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液來進(jìn)行表面處理。
實(shí)施例6以實(shí)施例3同樣的方法制備用于燃料電池的隔板，區(qū)別在于用10mM的3-氨基丙基三乙氧基硅烷和(3-六氟異丙氧基)丙基三氯硅烷的混合溶液代替10mM的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液來進(jìn)行表面處理。
實(shí)施例7以實(shí)施例1同樣的方法制備用于燃料電池的隔板，區(qū)別在于用沙紙對不銹鋼金屬制成的基片進(jìn)行預(yù)處理。
對比例1具有液流溝槽的石墨板用作隔板。
對比例2在室溫下，石墨制成的基片用聚丙烯腈和二甲基甲醛以重量比為30∶70混合的混合溶液涂布，并在氮?dú)鈿夥障赂稍镆灾苽溆糜谌剂想姵氐陌ㄍ繉拥母舭濉?br> 對比例3在室溫下，石墨制成的基片用聚四氟乙烯涂布，并在氮?dú)鈿夥障赂稍镆灾苽溆糜谌剂想姵氐陌ㄊ杷砻嫣幚韺拥母舭濉?br> 用測量接觸角的測量設(shè)備(KRSS，DSA100)和去離子水對根據(jù)實(shí)施例1～3和對比例1～3制備的隔板上的表面處理層的接觸角和在表面處理層上形成的親水官能團(tuán)進(jìn)行評價。結(jié)果示于表1中。
表1

如表1所示，根據(jù)對比例1～3制備的石墨板其表面的接觸角大于30°，而根據(jù)實(shí)施例1～3制備的隔板具有有30°或更小的接觸角的表面處理層。因此，它們的表面處理層是親水性的。
檢驗(yàn)根據(jù)實(shí)施例1和對比例1制備的隔板的液體流動特性，結(jié)果示于圖4A和4B中。圖4A是根據(jù)實(shí)施例1的隔板中液體流動的照片，圖4B是根據(jù)對比例1的隔板中液體流動的照片。
如圖4A所示，根據(jù)實(shí)施例1制備的隔板由于液體浸潤隔板中的液流溝槽的表面因而可容易地供給流體。而如圖4B所示，其表面接觸角大于30°的根據(jù)對比例1制備的隔板由于流體不能接觸隔板中液流溝槽的表面，并容易凝聚而阻礙液體流動，因此不能很好地供給流體。
用根據(jù)實(shí)施例1～3和對比例1～3制備的隔板制造單電池。檢測單電池的特性。
首先，Pt黑(HiSPEC1000，Johnson Matthey Co.)和Pt/Ru黑(HiSPEC6000，Johnson Matthey Co.)以5∶5的重量比混合，以制備混合的催化劑。將10重量份混合的催化劑加入以10∶80的重量比混合的水和異丙醇的混合溶劑中。接著，將40重量份的10wt％NAFION(杜邦公司)水基分散溶液加入上述溶劑中。然后，混合物用超聲波輻照，并均勻地攪拌在一起，以制備用于催化劑層的組合物。
然后，該用于催化劑層的組合物噴涂在用TEFLON(杜邦公司的聚四氟乙烯)處理的炭紙基板上(該用于陰極和陽極的基板可以是SGL Carbon Group公司的SGL31BC/10DA)，從而制備陰極。以前述同樣的方法用Pt/Ru黑制備陽極。在此，陽極涂布6mg/cm2厚的催化劑層，陰極涂布4mg/cm2厚的催化劑層，從而制備電極。
接著，制備好的電極分別堆疊在用于燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜(杜邦公司的NAFION115 Membrane)兩側(cè)，從而制備膜電極組件。
將上述膜電極組件插入墊圈之間。然后，將根據(jù)實(shí)施例1～7和對比例1～3制備的隔板放置在插入墊圈之間的膜電極組件的兩側(cè)，此后，將它們壓在銅端板之間，從而制造單電池。
分別向單電池供給空氣和1M的甲醇，在70℃下運(yùn)行10小時，然后測量電壓。結(jié)果示于表2中。
表2

以上述同樣的方法制造單電池，區(qū)別在于陽極涂布8mg/cm2厚的Pt/Ru催化劑層，陰極涂布4mg/cm2厚的Pt催化劑層，從而制備電極。分別向所述單電池供給空氣和1M的甲醇，在70℃下運(yùn)行10小時，然后測量電壓。結(jié)果示于表3和圖5至8中。
表3

如表2和3所示，包括根據(jù)實(shí)施例1～3制備的隔板的單電池的操作電壓高于包括根據(jù)對比例1～3制備的隔板的單電池的操作電壓。結(jié)果，根據(jù)實(shí)施例1～7的單電池具有優(yōu)異的輸出特性。
圖5是包括根據(jù)實(shí)施例1～3的隔板的單電池電壓降的曲線圖，圖6是包括根據(jù)對比例1～3的隔板的單電池電壓降的曲線圖。如圖5和6所示，包括根據(jù)實(shí)施例1～3制備的隔板的單電池與包括根據(jù)對比例1～3制備的隔板的單電池相比，顯示出降低的電壓降的性能。
圖7是包括根據(jù)實(shí)施例1～3制備的隔板的單電池輸出功率密度的曲線圖，圖8是包括根據(jù)對比例1～3制備的隔板的單電池輸出功率密度的曲線圖。如圖7和8所示，包括根據(jù)實(shí)施例1～3制備的隔板的單電池與包括根據(jù)對比例1～3制備的隔板的單電池相比，顯示出改進(jìn)的功率密度。
本發(fā)明的用于燃料電池的隔板通過順利地釋放在燃料電池電化學(xué)反應(yīng)期間產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物從而可平穩(wěn)地供給氧化劑和燃料，因此改進(jìn)燃料電池的性能。
在此已說明和描述了被認(rèn)為是本發(fā)明的示例性的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，可進(jìn)行各種變化、修飾以及其元件的等同替換，而不背離本發(fā)明真正的范圍?？蛇M(jìn)行許多修改以適合在具體條件下本發(fā)明的教導(dǎo)，而不離開其范圍。例如，圖1中的基片20可用沒在本說明書中列舉的其它材料制成。圖1中的液流溝槽40可具有不同的形狀。圖1中的表面處理層50可用不同于本說明書中列舉的材料和方法來形成。可形成賦予不同特性，例如疏水性的類似的表面處理層。最后，可使用與圖1所示類似的結(jié)構(gòu)以改進(jìn)任何液體通過小溝槽的流動性。因此，本發(fā)明不限于所公開的各種示例性的實(shí)施方式，而包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的隔板，包括包含液流溝槽的基片；和設(shè)置在該液流溝槽上的表面處理層，其中，當(dāng)用水測量時，所述表面處理層的接觸角不大于30°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中，當(dāng)用水測量時，所述表面處理層的接觸角不大于20°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔板，其中，當(dāng)用水測量時，表面處理層的接觸角不大于10°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔板，其中，當(dāng)用水測量時，表面處理層的接觸角范圍為0.001°～5°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之一所述的隔板，其中所述水為去離子水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中所述表面處理層包括含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中所述表面處理層包括選自由羥基OH、氨基NH2、羧基COOH、羰基CO、磺酸基SO3H、烷氧基及其組合所組成組中的親水官能團(tuán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中所述基片由至少一種選自由金屬、石墨、碳-樹脂復(fù)合物及其組合所組成組中的材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中所述基片用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化、沙紙?zhí)幚?、電暈處理、摩擦處理、壓制及其組合。
10.一種制備用于燃料電池的隔板的方法，包括在基片上形成液流溝槽；用包括具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的組合物在液流溝槽上形成表面處理層；和洗滌并干燥所述包括表面處理層的基片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述基片用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化、沙紙?zhí)幚?、電暈處理、摩擦、壓制及其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述基片用包括氧化的方法進(jìn)行表面預(yù)處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述基片用包括在酸處理后進(jìn)行紫外輻照的方法進(jìn)行表面預(yù)處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述酸處理包括浸入硫酸和過氧化氫的溶液中，其中硫酸和過氧化氫以10∶90～40∶60范圍內(nèi)的體積比進(jìn)行混合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中硫酸和過氧化氫以30∶70的體積比進(jìn)行混合。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述紫外輻照在50℃～70℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行10分鐘到10小時。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物由如下化學(xué)式1表示[化學(xué)式1]X-Si(R1)3其中，在上述化學(xué)式1中，X是含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)，或被所述該親水官能團(tuán)取代的烷基基團(tuán)；R1是氫、烷基、烷氧基或鹵素。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中X是至少一種選自由羥基OH、氨基NH2、羧基COOH、羰基CO、磺酸基SO3H、烷氧基及其組合所組成的組中親水官能團(tuán)，或被所述該親水官能團(tuán)取代的烷基基團(tuán)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物是至少一種選自由3-氨基烷基三烷氧基硅烷、2-(羧基烷基硫代)烷基三烷基硅烷、(3-六氟烷氧基)烷基三鹵代硅烷及其組合所組成組中的化合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物是至少一種選自由(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、2-(羧甲基硫代)乙基三甲基硅烷、(3-六氟異丙氧基)丙基三氯硅烷及其組合所組成組中的化合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述硅烷化合物包括選自水、有機(jī)溶劑或混合溶劑的溶劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述有機(jī)溶劑包括與水具有相溶性的選自如下組中的溶劑諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等的醇溶劑；諸如甲基溶纖劑CELLOSOLVE(陶氏化學(xué)公司的子公司Union Carbide Corp.)的溶纖劑CELLOSOLVE類溶劑；二甲基甲酰胺；或丙酮。
23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的濃度在5～500mM的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述具有親水官能團(tuán)的硅烷化合物的濃度在5～20mM的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述洗滌采用至少一種選自由甲苯、丙酮及其組合所組成組中的溶劑進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述干燥在還原氣氛下進(jìn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述干燥在20～50℃的溫度下進(jìn)行。
28.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括洗滌所述具有表面處理層的基片，并干燥所述具有表面處理層的基片；和對所述具有表面處理層的基片進(jìn)行表面后處理，其中所述后處理采用選自由紫外輻照、等離子體處理及其組合所組成組中的方法。
29.一種燃料電池系統(tǒng)，包括用于供給燃料的燃料供給裝置；用于供給氧化劑的氧化劑供給裝置；和一個或更多個發(fā)電元件，每個發(fā)電元件包括被布置以供給燃料和氧化劑的隔板；和設(shè)置在所述隔板間的膜電極組件，以氧化燃料并還原氧化劑，其中每個隔板包括含有液流溝槽的基片，和設(shè)置在液流溝槽上的表面處理層，當(dāng)用水測量時，所述表面處理層具有不大于30°的接觸角。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)用水測量時，所述表面處理層具有不大于20°的接觸角。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)用水測量時，表面處理層具有不大于10°的接觸角。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)用水測量時，表面處理層具有0.001°～5°范圍的接觸角。
33.根據(jù)權(quán)利要求29～32之一所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述水為去離子水。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述表面處理層包括含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述表面處理層包括選自由羥基OH、氨基NH2、羧基COOH、羰基CO、磺酸基SO3H、烷氧基及其組合所組成組中的親水官能團(tuán)。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述基片由至少一種選自由金屬、石墨、碳-樹脂復(fù)合物及其組合所組成組中的材料制成。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述基片用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化、沙紙?zhí)幚?、電暈處理、摩擦、壓制及其組合。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池系統(tǒng)是直接氧化燃料電池系統(tǒng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池系統(tǒng)是呼吸型或被動型直接氧化燃料電池系統(tǒng)。
40.一種發(fā)電元件，包括被布置以供給燃料和氧化劑的隔板；和設(shè)置在所述隔板間的膜電極組件，以氧化燃料并還原氧化劑，其中每個隔板包括含有液流溝槽和設(shè)置在液流溝槽上的表面處理層的基片，當(dāng)用水測量時，所述表面處理層具有不大于30°的接觸角。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)電元件，其中所述的發(fā)電元件是用于燃料電池的發(fā)電元件。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的發(fā)電元件，其中所述燃料電池是直接氧化燃料電池。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的發(fā)電元件，其中所述燃料電池是呼吸型或被動型直接氧化燃料電池。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)電元件，其中，當(dāng)用水測量時，所述表面處理層具有不大于20°的接觸角。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的發(fā)電元件，其中，當(dāng)用水測量時，表面處理層具有不大于10°的接觸角。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的發(fā)電元件，其中，當(dāng)用水測量時，表面處理層具有0.001°～5°范圍的接觸角。
47.根據(jù)權(quán)利要求40、44、45、或46所述的發(fā)電元件，其中所述水為去離子水。
48.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)電元件，其中所述表面處理層包括含有選自由氧、氮、硫及其組合所組成組中的元素的親水官能團(tuán)。
49.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)電元件，其中所述表面處理層包括選自由羥基OH、氨基NH2、羧基COOH、羰基CO、磺酸基SO3H、烷氧基及其組合所組成組中的親水官能團(tuán)。
50.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)電元件，其中所述基片由至少一種選自由金屬、石墨、碳-樹脂復(fù)合物及其組合所組成組中的材料制成。
51.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)電元件，其中所述基片用選自如下組中的方法進(jìn)行表面預(yù)處理使用放射線的極化、氧化、沙紙?zhí)幚?、電暈處理、摩擦、壓制及其組合。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的用于燃料電池的隔板包括具有液流溝槽和設(shè)置在液流溝槽上的表面處理層的基片。當(dāng)用水測量時，所述表面處理層具有不大于30°的接觸角。該用于燃料電池的隔板可平穩(wěn)地提供氧化劑和燃料，并可順利地釋放燃料電池電化學(xué)反應(yīng)期間產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物，從而改進(jìn)燃料電池的性能。
文檔編號H01M8/00GK101064365SQ20071010200
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者申贊均, 孫寅赫, 韓相日 申請人:三星Sdi株式會社