包括蒸汽可滲透層的燃料電池部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括蒸汽可滲透層的燃料電池部件。示例性燃料電池部件包括多孔板。蒸汽可滲透層設(shè)置在所述多孔板的至少一部分上。所述蒸汽可滲透層構(gòu)造成允許蒸汽穿過(guò)該層，同時(shí)阻止液體穿過(guò)該層。
【專利說(shuō)明】包括蒸汽可滲透層的燃料電池部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及包括蒸汽可滲透層的燃料電池部件。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池被用作電力源。燃料電池有利于用于產(chǎn)生電力的電化學(xué)反應(yīng)。諸如氫氣和氧氣的反應(yīng)物被供應(yīng)到膜組件，在所述膜組件中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)物典型地利用分配板供應(yīng)到膜組件，該分配板具有用于將反應(yīng)物朝向膜組件引導(dǎo)的通道。
[0003]不同類型的分配板被提出或用于分配反應(yīng)物。一些燃料電池包括固體分配板。與固體分配板相關(guān)聯(lián)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，存在在高溫下膜變干的趨勢(shì)，這導(dǎo)致性能損失。多孔分配板可允許濕氣朝向膜組件移動(dòng)，這傾向于降低在高溫下膜變干的可能性。然而，與多孔分配板相關(guān)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，液態(tài)水可能積聚在反應(yīng)物分配通道中，這能與至膜的期望反應(yīng)物源干涉，尤其在較低溫度下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]示例性燃料電池部件包括多孔板。蒸汽可滲透層被設(shè)置在多孔板的至少一部分上。蒸汽可滲透層構(gòu)造成允許多孔板內(nèi)的蒸汽穿過(guò)該層，同時(shí)阻止液體通過(guò)該層。
[0005]示例性燃料電池包括電極組件。多孔反應(yīng)物分配板定位成鄰近于電極組件。蒸汽可滲透層位于所述多孔反應(yīng)物分配板的至少一部分與電極組件之間。蒸汽可滲透層構(gòu)造成允許蒸汽在多孔反應(yīng)物分配板與電極組件之間傳遞。該蒸汽可滲透層還構(gòu)造成阻止液體在多孔反應(yīng)物分配板與電極組件之間傳慈。
[0006]制造燃料電池的示例性方法包括提供電極組件。多孔反應(yīng)物分配板定位成鄰近于所述電極組件。蒸汽可滲透層定位在所述多孔反應(yīng)物分配板的至少一部分與所述電極組件之間。
[0007]所公開(kāi)示例性實(shí)施方式的各個(gè)特征和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)從下述詳細(xì)說(shuō)明顯而易見(jiàn)。伴隨該詳細(xì)說(shuō)明的附圖可簡(jiǎn)要地描述如下。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式設(shè)計(jì)的燃料電池的選定部分。
[0009]圖2示意性地示出了圖1的示例實(shí)施方式的選定部分。
[0010]圖3示意性地示出了另一示例性實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示意性地示出了燃料電池20的選定部分。膜組件22包括膜和兩個(gè)電極。膜組件22包括用于有助于反應(yīng)物(例如，氫氣和氧氣)之間的電化學(xué)反應(yīng)的已知部件。氣體擴(kuò)散層24和26定位在膜組件22的相反兩側(cè)上。
[0012]第一反應(yīng)物分配板30定位成與氣體擴(kuò)散層24相鄰。反應(yīng)物分配板30包括多孔主體，該多孔主體允許液體滲透多孔板30的主體。多個(gè)肋32以及反應(yīng)物流動(dòng)通道34布置用于將反應(yīng)物通過(guò)氣體擴(kuò)散層24提供至膜電極組件22。
[0013]多孔反應(yīng)物分配板30包括在其至少一部分上的蒸汽可滲透層36。在該示例中，蒸汽可滲透層36位于肋32上以及每個(gè)通道34內(nèi)的表面上。
[0014]在一些示例中，蒸汽可滲透層36包括被施加到多孔反應(yīng)物分配板30的一部分上的涂層。在一些示例性實(shí)施方式中，諸如浸潰涂布或噴射的涂覆方法被用于施加涂層36。在其他示例中，蒸汽可滲透層36包括被施加到板30或者放置在板30內(nèi)的薄膜。包括薄膜層36的實(shí)施方式可該薄膜粘合到板30上。
[0015]用于蒸汽可滲透層36的示例材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯、以及聚乙烯。在給出該說(shuō)明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到這些材料中的哪些(或其他聚合物)將最佳地滿足其特定情況的需要。PDMS具有良好的水蒸氣可滲透性，這使得其在一些實(shí)施方式中是用于蒸汽可滲透層的有用聚合物。PDMS還具有在相對(duì)寬的溫度范圍上的良好的熱穩(wěn)定性。
[0016]在一些示例中，用于蒸汽可滲透層36的材料包括至少一個(gè)導(dǎo)電成分，例如碳。一個(gè)示例包括作為填料添加到用于建立蒸汽可滲透層36的材料中的炭黑。添加諸如炭黑的成分還有助于在燃料電池內(nèi)實(shí)現(xiàn)期望導(dǎo)熱性。諸如PTFE或FEP的疏水添加劑在一些實(shí)施方式中最小化液態(tài)水運(yùn)輸，所述疏水添加劑包括碳添加劑，以補(bǔ)償碳添加劑吸液態(tài)水的趨勢(shì)。
[0017]另一多孔反應(yīng)物分配板40定位在與氣體擴(kuò)散層26相鄰的膜電極組件22的相反側(cè)上。多孔反應(yīng)物分配板40包括多個(gè)肋42和通道44，其用于將反應(yīng)物分配到膜電極組件
22。多孔反應(yīng)物分配板40包括蒸汽可滲透層46。在所示的示例中，蒸汽可滲透層46被設(shè)置在肋42上以及在每個(gè)通道44內(nèi)的表面上。
[0018]圖2示出了來(lái)自示例多孔反應(yīng)物分配板30的通道34之一和肋32中的兩個(gè)。反應(yīng)物氣體在50處示意性地示出在通道34內(nèi)。箭頭示意性地代表反應(yīng)物氣體朝向膜電極組件22的運(yùn)動(dòng)。蒸汽可滲透層36阻止處于板30的主體的孔內(nèi)的液態(tài)水(或其他冷卻劑)穿過(guò)該層36。換言之，層36阻止液體在多孔反應(yīng)物分配板30和膜電極組件22之間傳遞。
[0019]如在52處示意性地示出的，蒸汽可滲透層36允許諸如水蒸氣的蒸汽穿過(guò)層36。蒸汽在圖2中在52處示意性地示出，以代表蒸汽從多孔板30內(nèi)朝向膜電極組件22的傳遞。在52處示意性地示出的蒸汽用于濕化反應(yīng)物氣體50。被濕化氣體在圖2中在54處示意性地示出。在54處示意性地示出的被濕化氣體在其被供應(yīng)到膜電極組件22時(shí)穿過(guò)氣體擴(kuò)散層24。被濕化氣體54有助于在高溫狀況期間避免膜變干。
[0020]圖3示出了多孔板60的另一示例實(shí)施方式。在該示例中，多個(gè)肋62和通道64被設(shè)置用于有助于反應(yīng)物在燃料電池內(nèi)的流動(dòng)和分配。蒸汽可滲透層66被嵌入在板60的主體內(nèi)。這與圖1和圖2的示例的不同，在圖1和圖2的示例中，蒸汽可滲透層36被施加到多孔板的外表面上。蒸汽可滲透層66在板60內(nèi)的位置可取決于具體情況的需要而變化。
[0021]在圖3的示例中，蒸汽可滲透層66定位成使得不允許液態(tài)冷卻劑完全穿過(guò)板60，其中，液態(tài)冷卻劑會(huì)進(jìn)入通道64。例如，肋72和通道74設(shè)置用于有利于冷卻劑在燃料電池內(nèi)流動(dòng)。通道74內(nèi)的液態(tài)冷卻劑由于蒸汽可滲透層66而不被允許自由地穿過(guò)多孔板60，所述蒸汽可滲透層阻止液體朝向通道64傳遞。然而，同時(shí)，與液態(tài)冷卻劑相關(guān)聯(lián)的蒸汽被允許穿過(guò)層66，使得通道64內(nèi)的反應(yīng)物可被濕化。[0022]在給出該說(shuō)明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到將蒸汽可滲透層與多孔板相關(guān)聯(lián)的各種其他布置，以用于控制在燃料電池內(nèi)的各個(gè)位置處的蒸汽和液體傳遞。在給出該說(shuō)明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員還將能夠確定是否借助施加涂層或包括薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸汽可滲透層將最好地滿足其特定需求。
[0023]所述示例布置提供實(shí)現(xiàn)多孔反應(yīng)物分配板的積極方面的能力，這是因?yàn)樗鼈冇欣谙蚰る姌O組件22提供濕化反應(yīng)物氣體。所示布置還實(shí)現(xiàn)固態(tài)反應(yīng)物分配板的積極方面，這是因?yàn)樗鼈冏柚顾e聚在反應(yīng)物分配通道34中。同時(shí)，所示布置避免與固態(tài)反應(yīng)物分配板相關(guān)聯(lián)的在其它情況下的膜變干。換言之，所示布置允許實(shí)現(xiàn)利用多孔反應(yīng)物分配板的積極方面以及利用固體反應(yīng)物分配板的積極方面，而不經(jīng)歷與這些類型的反應(yīng)物分配板中的任何分配板相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)。
[0024]前述說(shuō)明本質(zhì)上是示例性而非限制性的。所公開(kāi)示例的變形和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以是顯而易見(jiàn)的，不必要偏離于本發(fā)明的本質(zhì)。本發(fā)明被賦予的法律保護(hù)范圍可僅通過(guò)研究下述權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池部件，所述燃料電池部件包括: 多孔板；以及 位于所述多孔板的至少一部分上的蒸汽可滲透層，所述蒸汽可滲透層構(gòu)造成允許蒸汽穿過(guò)該層同時(shí)阻止液體穿過(guò)該層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池部件，其中，所述多孔板是包括多個(gè)通道的反應(yīng)物分配板，所述通道構(gòu)造成有利于氣體反應(yīng)物流動(dòng)，使得所述氣體反應(yīng)物可用于電化學(xué)反應(yīng)中，以用于在燃料電池中產(chǎn)生電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池部件，其中: 所述蒸汽可滲透層位于多孔板的包括所述通道的一側(cè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池部件,其中: 所述蒸汽可滲透層被嵌入在所述多孔板內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池部件，其中，所述蒸汽可滲透層包括涂層或薄膜中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池部件，其中，所述蒸汽可滲透層包括聚二甲基硅氧燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池部件，其中，所述蒸汽可滲透層包括導(dǎo)電添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池部件，其中，所述導(dǎo)電添加劑包括碳并且包括疏水添加劑以最小化液態(tài)水傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池部件，其中，所述蒸汽可滲透層包括聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、或聚乙烯中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池部件，其中，所述蒸汽可滲透層包括具有聚合物和碳的復(fù)合材料。
11.一種燃料電池，所述燃料電池包括: 電極組件； 鄰近于所述電極組件的多孔反應(yīng)物分配板；以及 蒸汽可滲透層，所述蒸汽可滲透層位于所述多孔反應(yīng)物分配板的至少一部分與所述電極組件之間，所述蒸汽可滲透層構(gòu)造成允許蒸汽在所述多孔反應(yīng)物分配板與所述電極組件之間傳遞，同時(shí)阻止液體在所述多孔反應(yīng)物分配板與所述電極組件之間傳遞。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中，所述蒸汽可滲透層位于所述多孔反應(yīng)物分配板上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池，其中: 所述蒸汽可滲透層位于所述多孔反應(yīng)物分配板的面對(duì)所述電極組件的一側(cè)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中: 所述多孔反應(yīng)物分配板包括多個(gè)反應(yīng)物分配通道以及在這些通道之間的多個(gè)肋；并且 所述蒸汽可滲透層位于所述肋和所述通道上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中，所述蒸汽可滲透層被嵌入在所述多孔板內(nèi)，或者定位在將氣流場(chǎng)和冷卻劑流場(chǎng)分離的界面處。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池，其中，所述蒸汽可滲透層包括涂層或薄膜中的至少一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中，所述蒸汽可滲透層包括聚二甲基硅氧烷。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池，其中，所述蒸汽可滲透層包括導(dǎo)電添加劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料電池，其中，所述導(dǎo)電添加劑包括碳并且包括疏水添加劑以最小化液態(tài)水傳輸。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中，所述蒸汽可滲透層包括聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、或聚乙烯中的一種。
21.一種制造燃料電池的方法，所述方法包括以下步驟: 提供電極組件； 將多孔反應(yīng)物分配板定位成鄰近于所述電極組件；以及 將蒸汽可滲透層與所述多孔反應(yīng)物分配板的至少一部分相關(guān)聯(lián)，所述蒸汽可滲透層構(gòu)造成允許蒸汽在所述多孔反應(yīng)物分配板與所述電極組件之間傳遞，同時(shí)阻止液體在所述多孔反應(yīng)物分配板與所述電極組件之間傳遞。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，包括借助下述操作中的至少一種來(lái)建立所述蒸汽可滲透層: 將蒸汽可滲透薄膜粘合到所述多孔反應(yīng)物分配板；或 用蒸汽可滲透 材料來(lái)涂覆所述多孔反應(yīng)物分配板的至少一部分。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103594720SQ201310357771
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】S.A.哈蒂布拉扎克 申請(qǐng)人:Utc 電力公司