專利名稱：使用集成流體控制薄層技術(shù)的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，特別是涉及一種由運(yùn)用集成流體控制技術(shù)(IFMT)的薄板疊放構(gòu)成的燃料電池，以及這種集成流體控制電池的制造和使用方法。使用本發(fā)明原理的一個(gè)具體實(shí)施例是一種氫-空氣/氧(hydrogen-air/O2)燃料電池，它使用多個(gè)分隔器，這些分隔器由鈦，鈮，銅，不銹鋼，鋁或塑料制成的板連接形成，分隔器分別配置有反應(yīng)氣體的微通道，制冷和潤(rùn)濕區(qū)，此種電池在約50到150℃范圍內(nèi)工作，以開(kāi)或閉合回路的構(gòu)形用于固定或移動(dòng)式發(fā)電時(shí)有0.25-1.04瓦/千克及0.5-1.0千瓦/升級(jí)的輸出。集成流體控制(IFM)薄板及分隔器的設(shè)計(jì)可在燃料電池疊層中調(diào)整，以適應(yīng)每一電池的變化的熱控制及濕度需求。
直接將氫或碳燃料轉(zhuǎn)化為電的燃料電池理論上是大有希望的，但因技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的原因還未廣泛地在商業(yè)上應(yīng)用。在氫-空氣/氧氣燃料電池的領(lǐng)域，能量密度，也就是每磅產(chǎn)生的千瓦能量比較有限，并且壽命也短得不盡人意，現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池在使用一段過(guò)程后就會(huì)因催化劑式電解液隔膜沾污使得能量下降，以及燃料氣內(nèi)部供給不暢而使得熱量集中，造成電池?fù)p壞和類似的其它后果。
重要的一類用于固定和移動(dòng)發(fā)電的有前途的燃料電池是使用每邊涂敷有貴金屬催化劑的固體聚合質(zhì)子交換隔膜的低溫氫氣/氧氣(H2/O2)燃料電池，其隔膜位于燃料電池電極或電導(dǎo)體分隔器之間。這些燃料電池使用氫氣(H2)作為燃料，氫氣或者直接提供，或者通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在電池中產(chǎn)生，如電解或從金屬氫化物中產(chǎn)生。氧化劑是氧氣或空氣，水用于冷卻及用于潤(rùn)濕隔膜，防止其因變干燥而失效或結(jié)構(gòu)變脆弱直到破裂。典型地，陽(yáng)極因各種原因首先變干，包括從陽(yáng)極到陰極的電滲傳送，超過(guò)電化學(xué)反應(yīng)速率的供氣，陰極面上的空氣或氧氣流吹除了從氫陽(yáng)極穿過(guò)隔膜的反應(yīng)生成的水和水蒸氣。因此，燃料氣要在燃料電池疊層中潤(rùn)濕，以減輕干燥效應(yīng)。冷卻水帶走電池中催化劑催化的電化學(xué)反應(yīng)的緩慢燃燒所產(chǎn)生的多余熱量，并在疊層外部進(jìn)行熱交換。在某些設(shè)計(jì)中，冷卻水也用于潤(rùn)濕反應(yīng)氣體。
有幾種合適的電極隔膜組件(EMA)可用于低溫燃料電池。一種是來(lái)自新澤西拜而維的氫能公司(H Power Corp of Bellville，NewJersey)的產(chǎn)品，在聚合物膜上涂鉑催化劑，如杜邦(du Pont)NAFION牌全氟磺化(perflourosulfonated)的碳?xì)浠衔镒鳛楦裟?。另外，東化學(xué)公司(Dow Chemical)在美國(guó)專利5,316,869中提供的全氟磺化的聚合物可以使得電流密度達(dá)到4000安培/平方英尺，電池電壓超過(guò)0.5伏/每個(gè)單元，其電池疊層能量密度超過(guò)2千瓦/平方英尺。
目前可用的典型的電池疊層設(shè)計(jì)是由35個(gè)電化學(xué)反應(yīng)單元、19個(gè)熱管理單元，及14個(gè)反應(yīng)物濕潤(rùn)單元組成的Ballard燃料電池疊層，反應(yīng)物濕潤(rùn)單元使用涂鉑的以0.25英寸厚的石墨平板層疊的NAFION 117電極隔膜組件。電池疊層體積為0.5立方英尺，重94磅，使用氫氣和氧氣并有3千瓦的輸出。
然而，石墨板必須相對(duì)較厚，以保證結(jié)構(gòu)的的完整性及防止反應(yīng)物混合，這是因?yàn)殡姵丿B層必須被置于壓力下，以使池內(nèi)和池間密封，防止反應(yīng)物泄漏，而這易造成石墨板破碎和開(kāi)裂。因石墨有低的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，造成過(guò)熱點(diǎn)和死點(diǎn)。石墨板還不易制造，尤其是氣體分配通道難以制出。輸出相對(duì)較低，在0.5千瓦/磅的量級(jí)上。在上面的例子中，冷卻或濕潤(rùn)的非反應(yīng)單元的單元數(shù)幾乎等于反應(yīng)的單元數(shù)。這實(shí)際上使需要的密封墊片加倍，因而降低了電池疊層的可靠性和性能。
前述的美國(guó)專利5,316,869也未提供石墨板電池疊層設(shè)計(jì)的解決方案，因?yàn)樗簧婕暗诫姵丿B層外部閉路循環(huán)系統(tǒng)的微處理器控制。
所以，需要提供一種克服背景技術(shù)中問(wèn)題的改進(jìn)的燃料電池的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和使用方法。
本發(fā)明的目的包括，提供一種改進(jìn)的燃料電池的設(shè)計(jì)，制造和使用方法，特別是氫氣和氧氣或空氣型燃料電池，它可較現(xiàn)有石墨電池性能提高3倍或更高。
其它的目的和優(yōu)點(diǎn)包括
提供一種基于多板及疊層技術(shù)的改進(jìn)的燃料電池的制造技術(shù)，其平板上特別布置有由蝕刻，激光燒蝕或切割，沖壓，沖孔或模壓生成的氣和水的配給微通道；提供一種燃料電池制造的集成工藝，包括各平板的光刻，隨后在加熱和加壓情況下蝕刻，模壓，沖壓，沖孔，焊接，硬焊或軟焊疊層板，使部件成形，并在平板和/或極分隔器組件上涂敷防氧化劑。
在燃料電池疊層設(shè)計(jì)中提供集成流體控制技術(shù)(IFMT)，特別是對(duì)于平板裝配成單極或雙極分隔器(單獨(dú)單元)的設(shè)計(jì)，及多單元裝成疊層的設(shè)計(jì)，以改進(jìn)燃料和氧化氣的潤(rùn)濕及配給，在其與隔膜接觸時(shí)，能對(duì)熱及濕度進(jìn)行控制，以防止因干燥引起的熱點(diǎn)及隔膜剝蝕。
對(duì)于燃料電池分隔器組件提供了光刻和蝕刻成形的平板，組件有特殊的邊密封，使得可以密封分隔器之間的電極隔膜組件，以形成單元，單元在壓力下緊固以形成燃料電池疊層；提供燃料電池疊層中可變的集成流體控制平板極分隔器設(shè)計(jì)，以適應(yīng)疊層位置內(nèi)不同的熱環(huán)境和濕度的需求；其它目的在說(shuō)明書(shū)，附圖及發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)中說(shuō)明。
本發(fā)明直接用于改進(jìn)多單元構(gòu)成的燃料電池疊層，每一單元包括一系列內(nèi)部相關(guān)的集成流體控制(IFM)平板。本發(fā)明也包括使平板成為極分隔膜模塊(半電池疊層組件)的設(shè)計(jì)，制造，特性化，組裝和連接的方法，及應(yīng)用集成流體控制技術(shù)平板的燃料電池疊層的使用方法。雖然特別公開(kāi)了本發(fā)明的技術(shù)適用于使用氫氣和氧氣/氣體作為燃料的質(zhì)子交換分隔膜(PEM)燃料電池，但本發(fā)明的技術(shù)同樣也可適用于堿，固體氧化物及熔碳型燃料電池，以及與燃料電池有關(guān)的改進(jìn)?？墒褂酶鞣N各樣的其他燃料/氧化劑組合，如H2/Cl2；NH3/O2；H2/X2(X是鹵素)；CH3OH/O2及其他類似的組合。
本發(fā)明的燃料電池由一個(gè)或多個(gè)單元構(gòu)成，每一單元依次由一對(duì)夾有一個(gè)電極隔膜組件(EMA)的雙極分隔器構(gòu)成。分隔器可以是單極(對(duì)于端平板)或雙極，一面是陽(yáng)極(H2)面，另一面是陰極(O2)面。本發(fā)明的每一極分隔器組件由多個(gè)薄板依次安裝構(gòu)成。平板最好由金屬，塑料，陶瓷或其它適用的材料制成，在其中刻有大量復(fù)雜密紋流體配給通道，通道最好由蝕刻，但也可由激光燒蝕，模壓，沖孔或沖壓工藝形成，成為全深或半深通道。相鄰具有相應(yīng)的半深部(如半通道)的平板相合焊接，生成氣，冷卻液和蒸氣的配給通道，它典型地成圓形或橢圓形截面。由于其連續(xù)，彎曲及分枝的構(gòu)形，用其他方法不能制造出來(lái)。
當(dāng)兩單極分隔器與在中間的電極隔膜組件組裝后，它就形成了電化學(xué)單元。單元成直線排列，當(dāng)通過(guò)焊接或夾緊裝置固定在一起時(shí)，就構(gòu)成了燃料電池疊層，也就是最終的燃料電池，在單元與單元之間可選裝密封墊。
在典型的例子中，構(gòu)成整個(gè)燃料電池疊層的單獨(dú)單元極分隔器子組件的平板數(shù)量可以是3-10片，最好4-7片。EMA置于相鄰極分隔器之間，最好插在陽(yáng)極和陰極的凹槽中?，F(xiàn)有的優(yōu)選的EMA包括一2-17密耳厚的全氟磺隔膜，兩邊涂敷有溶解于溶劑中的細(xì)微鉑黑及碳黑的混合物，并且兩邊覆蓋有10密耳厚的 特氟隆疏水粘合劑的65％開(kāi)孔石黑紙。
本發(fā)明的集成流體控制燃料電池的原理將只根據(jù)例子來(lái)描述，所參考的是雙極氫/空氣或氧氣燃料電池，使用的是鉑黑/NAFION EMA，但也可適用于其它燃料/氧化劑組合，它們可以是液體，氣體或其結(jié)合，工作溫度在50-150℃范圍內(nèi)。
本發(fā)明平板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特點(diǎn)是，氣體和電解液隔膜的濕度和熱量管理顯著改善，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的平極構(gòu)成的燃料電池的能量輸出顯著改進(jìn)。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，電池板由金屬制造，典型地是鋁，銅，不銹鋼，鈮或鈦。薄板成型后，通過(guò)特殊的加熱和壓力過(guò)程接合在一起(如，導(dǎo)電膠粘合，擴(kuò)散焊，焊接，釬焊或軟焊)，形成一極分隔器子部件，然后，如果需要，進(jìn)行防腐涂敷或處理。然后EMA被插入到分隔器平板中被稱作凹槽窗框的可選隔膜凹槽中，形成單獨(dú)的電化學(xué)單元，許多單元層疊在一起形成燃料電池疊層。然后整個(gè)部件在壓力下連接以加強(qiáng)密封，如通過(guò)連接拉桿，螺母及恒壓裝置，以形成一單一整體燃料電池疊層。
可使用各種固體多孔聚合物質(zhì)子交換隔膜，典型的是來(lái)自DowChemical，Asahi Chemical，Gore或duPont公司的氟磺化的隔膜，現(xiàn)在最好是duPont的NAFION。隔膜兩邊涂敷有貴金屬催化劑，如鈀，鉑，銠，釕，貴金屬氧化物或其混合，并與石墨紙電極接合在一起。這種類型的較好的電極隔膜部件可來(lái)自新澤西Bellville的H Power公司。可用的其它類型EMA包括碳或石墨多孔薄板，或涂敷催化劑的聚酰亞胺吡咯(polyimidazole)隔膜。
盡管某特定隔膜類型及其制造商可能要在其性能上有所改進(jìn)，但本發(fā)明并不依賴于任何一種類型的隔膜或EMA。用于本發(fā)明的集成流體控制技術(shù)(IFMT)的薄板也可廣泛適用于各種類型的燃料電池，并且將會(huì)改進(jìn)其性能。
對(duì)于任何外部構(gòu)形的燃料電池，薄板技術(shù)可使得形成各種微通道設(shè)計(jì)，而以其優(yōu)秀的熱交換和濕度控制，使得氣體配給更加有效，不會(huì)缺乏燃料或氧氣，并且電輸出更加穩(wěn)定。
本發(fā)明的IFM薄板技術(shù)的一種重要優(yōu)點(diǎn)是，燃料電池的制造可自動(dòng)化，以及在薄板材料上使用光刻和蝕刻或模壓技術(shù)。分隔器子組件的設(shè)計(jì)可快速改變。一個(gè)工廠就可支持各種范圍的燃料電池的設(shè)計(jì)，而不需要常規(guī)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)所需的高產(chǎn)量。也就是，少量的各種不同設(shè)計(jì)的燃料電池也可進(jìn)行生產(chǎn)，并且仍然經(jīng)濟(jì)上可行。除此之外，資金的投入也可實(shí)質(zhì)性地及明顯地減小，因?yàn)樯a(chǎn)設(shè)備近乎是現(xiàn)成的光刻，掩蔽，及蝕刻或模壓設(shè)備。
舉例來(lái)說(shuō)，分隔器的多個(gè)平板在大尺寸下可精確設(shè)計(jì)，用照相的方法進(jìn)行處理，由連續(xù)的金屬或?qū)щ娝芰掀木碇袥_壓出薄板。另一種方法，并且是現(xiàn)在最好的方式，將薄板以保護(hù)膜遮蔽進(jìn)行光刻，蝕刻形成流體控制微槽，用化學(xué)或物理的方法去除光刻膠掩模層，清洗薄板。完成的薄板然后組裝形成分隔器，置于有擠壓桿的真空爐中，在熱和壓力作用下通過(guò)金屬擴(kuò)散焊接將其連接在一起，形成一內(nèi)部有交錯(cuò)微通道的單一分隔器平板子組件，通道在不同高度互相正交，通道可流通各種氣體和水或其它冷卻液。然后將分隔器平板置于氮?dú)猸h(huán)境升溫，使氮與鈦起反應(yīng)，使其所有暴露的表面上形成一層鈍化或抗蝕的及導(dǎo)電的氮化鈦層，包括氣體和水的通道的內(nèi)部。薄板分隔器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可在一條連續(xù)的生產(chǎn)線上完成，類似于微機(jī)主板生產(chǎn)線。然后再在熱和壓力下將整個(gè)多薄板夾層連接起來(lái)(如，擴(kuò)散、釬焊，焊接或軟焊)，形成整體分隔器。隔膜電極組件然后再插入到各極分隔器薄板之間，然后將分隔器疊置，加入端板形成完整的燃料電池疊層，再用連接拉桿，螺母及恒壓裝置將其壓在一起，以保證反應(yīng)物的密封。裝上導(dǎo)線，反應(yīng)氣和冷卻水，通入氣體和冷卻水，電池即可工作。
在本發(fā)明中典型的七薄板分隔器子組件中，按順序其薄板是1.窗框薄板(以容納EMA)2.陽(yáng)極流場(chǎng)隔離(flow field spacer)板；3.陽(yáng)極流場(chǎng)(分布)薄板；4.冷卻薄板；5.陰極流場(chǎng)(分布)薄板；6.陰極流場(chǎng)隔離板；7.窗框薄板(以容納相鄰電池的EMA)。
有6種不同板，板1和7是相同的，板2-6每一個(gè)都不相同。蝕刻及平板設(shè)計(jì)的詳細(xì)情況，在這里以例子的方式描述出來(lái)，可以清楚地看出，在壓力連接中，微通道沒(méi)有塌陷。在上述雙極分隔器的例子中，板1，2，6和7每一個(gè)有12密耳左右厚(連接前)，板3-5每一個(gè)有20密耳左右厚。擴(kuò)散焊接使得板稍微有點(diǎn)壓縮，其最終形成的整體雙極分隔器疊層總厚度約為100密耳。相對(duì)窗框平板(1號(hào)雙極分隔器的陽(yáng)極窗面及相對(duì)的2號(hào)雙極分隔器陰極窗面)總凹槽深度在20密耳左右量級(jí)。EMA有26密耳左右厚度，可稍微有些偏差。兩邊涂敷有微擴(kuò)散鉑黑催化劑的碳黑的NAFION隔膜的厚度約為4-5密耳，其外部每邊石墨/特氟隆紙層約厚10密耳。這些仔細(xì)地安裝在窗框中，并且，在壓力下極分隔器密封，EMA壓入20密耳深的窗槽中。石墨紙有65％的開(kāi)孔，以使氣體能更好地及均勻地配給。在陽(yáng)極面，石墨紙將電子從隔膜電極上的催化反應(yīng)區(qū)導(dǎo)引向分隔器平板的接點(diǎn)，作為燃料電池的輸出。電子通過(guò)外部電路從陰極流回。在陰極面，石墨紙將電子從分隔器板處導(dǎo)向EMA處的催化反應(yīng)區(qū)。
燃料電池多雙極分隔器疊層在其每個(gè)端面必須以一陽(yáng)極及一陰極單極分隔器端板作為終結(jié)，端板還作為電流收集器。對(duì)于單極陽(yáng)極分隔器，使用上面的薄板1-4，對(duì)于陰極分隔器，使用薄板4-7。然后單極分隔器薄板再用厚點(diǎn)的(4-20密耳)堅(jiān)固端板蓋住，再用壓力拉桿部件壓緊。
另一不需要?dú)怏w潤(rùn)濕的例子，使用4個(gè)雙極分隔器部件，其薄板順序如下1.陽(yáng)極流場(chǎng)(分布)薄板；2.冷卻導(dǎo)管薄板；3.閉合薄板；陽(yáng)極面是整體的，陰極面有管道(微槽)；及4.陰極流場(chǎng)(分布)薄板；除此之外，在每邊也可使用窗框薄板，其中插入EMA作為一6薄板雙極分隔器子組件。需要注意，可以使用雙面墊片代替窗框薄板。因此，依是否使用可選的窗框薄板，潤(rùn)濕的雙極分隔器可包括5或7片薄板，對(duì)于非潤(rùn)濕型的雙極分隔器包括4或6片薄板，后者包括兩窗框薄板。鈦特別有用，因?yàn)樗谶m合的壓力和溫度下可變形在一起，形成一擴(kuò)散連接(變形)型自動(dòng)連接。
組裝好的分隔器(多薄板子組件)厚度在100密耳左右，重量在4-8盎司(110-300克)，依平板及材料的數(shù)目和厚度而定。在燃料電池疊層中使用約10分隔器/千瓦。拉桿組裝后，要用1.5英寸厚的端壓板，整個(gè)燃料電池疊層組件由螺絲拉桿施加200磅/平方英寸的壓力，形成整體燃料電池疊層。電池疊層工作在1-65磅/平方英寸的壓力下，較容易達(dá)到70-150安培的輸出。為密封相鄰的分隔器子組件，在窗框薄板(外表面)蝕刻或壓出高度在1-2密耳左右的聯(lián)鎖密封脊(截面一般成三角形)，因此，密封脊將與相鄰分隔器子組件窗口板密封聯(lián)鎖，或在可能的情況下與相應(yīng)的端壓板密封聯(lián)鎖。
本發(fā)明IFM平板設(shè)計(jì)的燃料電池也可包括任何可適用的碳?xì)渲卣b置(reformer)部分，通過(guò)利用欠氧燃燒器加蒸氣來(lái)產(chǎn)生氫氣，氧氣和二氧化碳的蒸氣轉(zhuǎn)移處理提供氫氣。
本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵特征是蝕刻氣水配給通道的結(jié)合，其由一副對(duì)應(yīng)相配合的板面上半槽相對(duì)齊對(duì)合而形成(也就是疊層中相鄰的平板相配合并相互接觸)，供給管道也相似地蝕刻而成?？蛇x的及最好是在板的四周蝕刻出密封脊以輔助相鄰室的密封。
PEM電池高效工作的關(guān)鍵是適當(dāng)?shù)臒崞胶夂退献饔?，而這可通過(guò)均勻的氣流來(lái)控制。
現(xiàn)有的PEM燃料電池暴露出很差的熱管理和水平衡問(wèn)題，低的石墨導(dǎo)電性和可延展性，有限的可測(cè)量性及反應(yīng)物消耗?，F(xiàn)有的隔膜最高工作溫度在90-98℃，所以PEM電池中正確的熱管理是關(guān)鍵，因?yàn)楦哂诖藴囟葧?huì)損壞微孔結(jié)構(gòu)，造成隔膜永久損壞。由于本發(fā)明的燃料電池在每一雙極分隔器中集成有熱交換部分，與石墨PEM電池中每4-5個(gè)分隔器之間有一個(gè)熱交換部分相比，本發(fā)明的疊層可很容易地?cái)U(kuò)大尺寸，因?yàn)榘l(fā)熱和控制(熱交換)會(huì)隨面積而增大。因?yàn)槲覀兛梢愿鶕?jù)每種隔膜及燃料調(diào)節(jié)熱控制，及疊層中內(nèi)部單元的位置，我們可使用更高性能的EMA，產(chǎn)生更高的能量密度。
關(guān)于水平衡，每一分隔器中集成濕潤(rùn)，維持更好的水平衡，因?yàn)樗鼈兛梢元?dú)立地變化，以適應(yīng)燃料電池陽(yáng)極和陰極面的不同需求。通過(guò)穿過(guò)隔膜電滲透和反應(yīng)氣體干燥，從陽(yáng)極面除水。來(lái)自電滲透?jìng)魉秃头磻?yīng)水產(chǎn)生而在陰極面上聚集的水由空氣/氧氣氣流干燥去除。
與石墨PEM電池相比，本發(fā)明的金屬薄板的導(dǎo)電性約高出30倍，因此減小了高電流密度下疊層中的I2R的損失。這些損失降低了從疊層中可獲得的電壓和功率。金屬分隔器的低內(nèi)阻可使得電流分布更均勻，減小了電池中的熱集中和臨界熱點(diǎn)。石墨分隔器是在壓力下密封，但壓力會(huì)以非線性的形式影響石墨的電阻。這一特性使得難以制出具有均勻輸出的石墨電池。與之相比，金屬分隔器有優(yōu)良的熱和電導(dǎo)性，可消除熱集中及臨界熱點(diǎn)。石墨對(duì)于H2，O2和空氣來(lái)說(shuō)是多孔的，這會(huì)減少石墨疊層的化學(xué)效率，因?yàn)橐恍〩2會(huì)在非生產(chǎn)的直接氧化中被消耗。
石墨隔膜在壓力下形成防止氣體泄漏所必要的密封時(shí)也會(huì)開(kāi)裂，此種電池工作在25-60磅/平方英寸壓力下。開(kāi)裂的趨勢(shì)嚴(yán)重地限制了疊層中單元的數(shù)量和尺寸，疊層中一個(gè)或多個(gè)分隔器產(chǎn)生泄漏，電輸出就會(huì)被危及或顯著減小。金屬薄板因其延展性不會(huì)產(chǎn)生這些問(wèn)題。
而且，本發(fā)明重要的一點(diǎn)是，本發(fā)明IFM技術(shù)允許改變內(nèi)疊層薄板設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)更好的熱管理。也就是，一未致冷疊層中部的單元的熱環(huán)境與其兩端或接近兩端的單元的不同，因此濕度需求也不同。薄板設(shè)計(jì)、即相關(guān)的陽(yáng)極，陰極，冷卻液及濕度微通道設(shè)計(jì)可容易地改變，并確定疊層內(nèi)位置，以適于疊層中各種梯度。同樣，疊層也可設(shè)計(jì)得適于各種外部環(huán)境，北極的設(shè)計(jì)就不同于熱帶的，水下的就不同于空間中的設(shè)計(jì)。
這種設(shè)計(jì)的靈活性，有能力修整分隔器的每個(gè)區(qū)域(陽(yáng)極、陰極、熱交換和潤(rùn)濕)中的微通道的布局和通道長(zhǎng)度與寬度、以及在疊層內(nèi)從分隔器到分隔器(從單元到單元)逐步地和單獨(dú)地進(jìn)行這種修整，來(lái)適應(yīng)疊層內(nèi)環(huán)境和梯度-導(dǎo)致容易得到較高的電能輸出，如大于50-100千瓦。
串行/并行的蛇管設(shè)計(jì)使得反應(yīng)氣體分布更均勻。當(dāng)以空氣工作，隨空氣通過(guò)通道氧氣不斷消耗時(shí)，這一點(diǎn)對(duì)于顯著改善陰極性能尤為重要。在現(xiàn)有的通道設(shè)計(jì)中，空氣進(jìn)入時(shí)富氧，出去時(shí)氧氣被消耗，因?yàn)檠鯕庠陔娀瘜W(xué)反應(yīng)中被消耗。同樣的消耗作用對(duì)于氫氣也一樣。在我們的發(fā)明中，并行有較短的通道，并能將通道設(shè)計(jì)和再設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)和寬度，改進(jìn)了陰極的動(dòng)力學(xué)特性，這也是現(xiàn)有燃料電池主要受限制的地方。在本發(fā)明中，流動(dòng)被分成一系列并行通路，其中可得到準(zhǔn)確的壓降。通過(guò)增加并行通路的數(shù)量，壓降可以隨流率下降而更低，并且由于更短的通道長(zhǎng)度，通道壁的摩擦效應(yīng)就會(huì)減小。
雖然本發(fā)明現(xiàn)有的最好的模式使用具有涂敷有催化劑/碳黑并帶有石墨紙的隔膜，以提供有隨機(jī)氣體分布通道的高度多孔板的窗框薄板，本發(fā)明另一個(gè)重要的替代實(shí)施例是使用一無(wú)碳紙(carbon-paper-less)薄板，其中微孔通過(guò)窗框的“窗單元區(qū)”的蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)，它產(chǎn)生同樣的氣體配給功能。在生產(chǎn)窗框薄板時(shí)，窗框區(qū)被確定在平板的中部區(qū)域，它位于外部平板邊緣的內(nèi)部。(確定窗單元區(qū)域的線可在薄板制造中通過(guò)蝕刻作出，少數(shù)固定窗單元的薄橋除外。橋可隨后切掉，窗單元被去除，或去掉，以完成窗框薄板)當(dāng)在相鄰薄板間加壓整塊隔膜時(shí)，開(kāi)口區(qū)域接觸碳纖維紙。在另一個(gè)實(shí)施例中，代替去除窗單元區(qū)材料，通過(guò)微細(xì)蝕刻，在窗單元區(qū)建立“窗屏”區(qū)，每平方英寸有5000-10,000個(gè)孔。然后涂敷催化劑的石墨無(wú)紙隔膜被壓在相鄰分隔器平板間。
附圖簡(jiǎn)述發(fā)明將參照附圖詳細(xì)描述，在這里

圖1是利用本發(fā)明原理，特別是適用于使用H2和空氣/O2的雙極分隔器的燃料電池疊層的簡(jiǎn)要剖視圖；圖2A和2B是本發(fā)明的制冷，非潤(rùn)濕(圖2A)和潤(rùn)濕及制冷的燃料電池IFMT薄板分隔器的簡(jiǎn)要剖視圖，它示出使用不同數(shù)目薄板的各種可能變化；圖3是用于本發(fā)明IFMT燃料電池的2單元子組件的等距部件分解圖；圖4是用于本發(fā)明IFMT燃料電池的6-7個(gè)分隔器薄板的等距部件分解圖；圖5-10是圖4的6-7個(gè)薄板分隔器的詳圖；圖5A是窗框或窗屏(第1陽(yáng)極和第7陰極)密封薄板的前面及其鏡像和后邊；圖6A和6B陽(yáng)極流場(chǎng)分隔薄板(薄板2)的前面和后面示意圖；圖7A和7B是陽(yáng)極流場(chǎng)薄板(薄板3)的前面和后面示意圖；圖8A和8B是冷卻薄板的前面和后面示意圖，8A是陽(yáng)極面及8B是陰極面(薄板4)；圖9A和9B是陰極流場(chǎng)薄板(薄板5)的前和后面示意圖；圖10A和10B是陰極流場(chǎng)分隔薄板(薄板6)的前和后面示意圖；圖11是兩相鄰對(duì)合的雙極分隔器及隔膜間的流體的入、出路線圖，它示出了水，熱和反應(yīng)氣體的傳送情況；圖12是本發(fā)明PEM IFMT薄板燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)圖；圖13是測(cè)試本發(fā)明的2單元H2/O2燃料電池電壓對(duì)電流密度的曲線圖；圖14是測(cè)試本發(fā)明的2單元H2/空氣燃料電池電壓對(duì)電流密度的曲線圖；圖15是連續(xù)薄板制造過(guò)程的流程圖，其特征由深度及通蝕刻成型；圖16是將本發(fā)明的薄板連接成整體分隔器的工藝流程圖；及圖17是使用本發(fā)明IFMT原理的單獨(dú)薄板設(shè)計(jì)的，適于快速產(chǎn)生光刻布置圖的工藝流程圖；實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例下面以實(shí)施例的方式詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明的原理并不僅限于此。該描述將清楚地使所屬領(lǐng)域的熟練人員能實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明，并且描述了本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)現(xiàn)，適用，變化，替換及使用，包括我們現(xiàn)在相信是完成本發(fā)明的最佳模式。
圖1示出了本發(fā)明燃料電池疊層1的簡(jiǎn)要(簡(jiǎn)圖)剖視圖，它使用了多個(gè)多薄板雙極分隔器2A，B，C，及一對(duì)陰極和陽(yáng)極單極端分隔器，分別是3，4。質(zhì)子交換電極隔膜組件(EMA)5A，B，C及D如圖所示被置于分隔器之間。空氣和或O2通過(guò)管道系統(tǒng)6輸入，H2和/或其它燃料通過(guò)管道7輸入，冷卻和潤(rùn)濕水從管道8輸入，管道9輸出。
圖2是雙極分隔器2的一個(gè)具體實(shí)施例的構(gòu)造剖視簡(jiǎn)圖，對(duì)于圖2A的非潤(rùn)濕形，由薄板10連接而成，對(duì)于圖2B的潤(rùn)濕形，由薄板30連接而成。圖2也示出了各種數(shù)量的平板，可通過(guò)各種深度蝕刻(或深度成型)與貫穿蝕刻(貫穿成型)的結(jié)合來(lái)構(gòu)造分隔器。例如，圖2A示出了如下7平板構(gòu)型10A是窗框或窗屏薄板，10B是陽(yáng)極流場(chǎng)薄板(最好是一對(duì)薄板，一陽(yáng)極分隔薄板及其右側(cè)的陽(yáng)極流場(chǎng)薄板)；10C是閉合薄板；10D是冷卻流場(chǎng)薄板，它可是貫穿蝕刻的或有通過(guò)在相對(duì)面上深度蝕刻但長(zhǎng)度方向上不互通(它們通過(guò)貫穿蝕刻互通)的不同蛇形管道的多個(gè)冷卻劑通道；10F是對(duì)應(yīng)于10B的陰極流場(chǎng)薄板；10G是象10A一樣的窗框或窗單元薄板。圖2A下部示出了5個(gè)平板分組；10-1和10-5是窗框或窗屏薄板；10-2是從陽(yáng)極面深度蝕刻的單獨(dú)薄板；10-3是單一的冷卻薄板；及10-4是與10-2相似的陰極薄板。因此，疊層構(gòu)型可從5塊薄板變化到10塊薄板，在后一種情況下，10B和/或10F是2塊薄板，而10D可以是3塊薄板。
相似地，圖2B范圍可從3或4到20薄板，依所希望的薄板構(gòu)型，示出了7個(gè)(30-1到30-7)，薄板構(gòu)形在很大程度上取決于材料及制造條件，或取決于燃料電池或隔膜的類型，但所有薄板構(gòu)形都可使用本發(fā)明的IFMT原理。因此，30-4示出的是單個(gè)薄板，它也可是3個(gè)薄板，兩個(gè)貫穿蝕刻薄板，一個(gè)中間隔斷或閉合薄板。
圖3是由夾著兩EMA 5A，5B的分隔器2A(或20A)，2B(或20B)，及2C(或20C)構(gòu)成的疊層內(nèi)部中兩單元15A，15B的等距離部件分解圖。在此圖中，只有雙極分隔器的H2(陽(yáng)極)面可見(jiàn)，但正如下部所示的，在隱藏的(陰極)面，有對(duì)應(yīng)的O2區(qū)。大的區(qū)域25A是電池反應(yīng)區(qū)，25A對(duì)應(yīng)陽(yáng)極面，25C對(duì)應(yīng)陰極面。分隔器中35是陽(yáng)極潤(rùn)濕區(qū)，40是陰極潤(rùn)濕區(qū)，下面將詳細(xì)描述。
EMA 5A和5B包括催化劑涂敷區(qū)28A和28C，與反應(yīng)區(qū)25A，25C相對(duì)應(yīng)。區(qū)域37、42沒(méi)有涂敷催化劑，分別與陽(yáng)極和陰極潤(rùn)濕區(qū)35，40相對(duì)應(yīng)。薄板和EMA的邊緣有校準(zhǔn)孔和管道通道。
圖4是本發(fā)明7薄板濕式型IFMT雙極分隔器20的等距部件分解圖，它包括6種不同類型的薄板，薄板30-1和30-7是一樣的窗框或窗屏薄板(窗框已示出)，圍繞著切口，反應(yīng)區(qū)25，潤(rùn)濕區(qū)35、40以及圍繞著橫向貫穿蝕刻的反應(yīng)氣和冷卻液管道，可有密封脊(未示出)，密封脊可模壓或蝕刻在薄板上。
薄板30-2是陽(yáng)極流場(chǎng)分隔膜，它有貫穿蝕刻通道和通路，及深度蝕刻管道和凸起。在所有薄板30-2到30-7中，橫向貫穿蝕刻邊緣通道或管道都與薄板30-1的相對(duì)應(yīng)。薄板30-3是陽(yáng)極流場(chǎng)薄板，它有與薄板30-2貫穿蝕刻通道相對(duì)應(yīng)的深度蝕刻通道。薄板30-4是冷卻板，在其陽(yáng)極面的一半反應(yīng)區(qū)中顯示出有多條并行深度蝕刻蛇形冷卻通道。非可見(jiàn)的正面有陰極冷卻通道，也是深度蝕刻的，覆蓋在另一半反應(yīng)區(qū)上的。薄板30-5是陰極流場(chǎng)薄板，在正面上有深度蝕刻通道，在圖4中不可見(jiàn)，但與薄板30-3相同。薄板30-6是陰極流場(chǎng)分隔膜，它有與板30-5對(duì)應(yīng)的貫穿蝕刻通道，貫穿蝕刻通路，及與薄板30-2相同的深度蝕刻凸起。薄板30-7是陰極窗框(或窗屏)薄板，在其正面有與薄板30-1一樣的密封脊。
圖5至圖10是一系列平面圖，顯示了依照本發(fā)明IFM原理的圖4的7薄板雙極分隔器的貫穿及深度蝕刻特征的一種實(shí)施例的每塊板的表面細(xì)節(jié)。應(yīng)注意到，板的遞增順序如圖4所示，符號(hào)A表示從圖4中陽(yáng)極面看到的板的前面。B面是圖4中各板不可見(jiàn)的一面。所有示圖都是布置圖或正向視圖。除了使用密封脊時(shí)，薄板1和7基本相同，圖5是薄板1的前面及薄板7的后面，而圖5的鏡像可以是薄板1的后面及薄板7的前面。圖5示出了使用墊片將雙極分隔器密封到EMA上的實(shí)施例。在不使用墊片的場(chǎng)合，陽(yáng)極薄板的前面可以有單脊，它與陰極薄板后面的兩脊間的槽對(duì)齊并互鎖定。圖5示出了陽(yáng)極密封薄板30-1及陰極密封薄板30-7，也稱作窗框或窗屏薄板的陽(yáng)極面表面。此表面可有1-2密耳的密封脊，環(huán)繞著內(nèi)部管道通路(圓角矩形)及流動(dòng)區(qū)。此板的主要特征是三個(gè)大矩形區(qū)。這些矩形區(qū)空間可容納壓入的隔膜電極組件的石墨紙。矩形25是陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)流動(dòng)域開(kāi)口(或屏域)。左上角矩形35是燃料(氫氣)濕潤(rùn)流動(dòng)域。右上角矩形40是陰極潤(rùn)溫水流區(qū)開(kāi)口。橫向貫穿蝕刻的反應(yīng)氣管道(12，14，16，18)及冷卻液管道(22，24)被安排穿過(guò)薄板的上部，下部和兩側(cè)邊。最小的管道用于燃料(氫氣)，12是輸入管道，14是輸出管道。兩中等尺寸的管道用于冷卻水和濕潤(rùn)回路，22A，22C，24A輸入，24C輸出。兩大的管道用于空氣(氧氣)，16輸入，18A，18B輸出。
密封脊可在環(huán)繞每一橫向管道及口(切口或屏25，35，40)位置27。管道及流動(dòng)區(qū)密封脊可在薄板連接處理過(guò)程中模壓成型。另一種密封脊的成型處理方法是二次深度蝕刻成型。第一次蝕刻出管道，區(qū)域，對(duì)齊和拉桿孔。第二次蝕刻出脊。
圖5也描述出了貫穿蝕刻的疊層對(duì)齊孔32及貫穿拉桿連接孔34。疊層孔用于在連接處理中準(zhǔn)確對(duì)齊薄板。此板的背面是不帶密封脊的前面的鏡象，而不論其使用密封脊或是墊片。薄板30-7的前面是圖5的鏡象，并且薄板30-7的背面是圖5，帶或不帶上面所述的相互配合的密封脊。
圖6示出了陽(yáng)極流區(qū)分隔薄板，貫穿蝕刻的系列并行燃料(氫氣)流區(qū)44，燃料(氫氣)潤(rùn)濕區(qū)46，及用于在隔膜陰極面潤(rùn)濕O2的陰極水區(qū)49。這些通道被設(shè)計(jì)得使裝置的流率及壓降為最佳。此圖也描述出了用于燃料(氫)，空氣(氧)及冷卻水的輸入和輸出的連續(xù)貫穿蝕刻的橫向管道，分別是12，14，16，18，22和24。
此圖還示出了本發(fā)明的一個(gè)重要方面，深度蝕刻的凸起50相對(duì)于貫穿蝕刻的通道52(在這一薄板上)凸起，并由分隔42相互連在一起。如圖6B所示，凸起不可見(jiàn)，但通道52和分隔54可見(jiàn)。凸起僅在后面圖(圖6B)被深度蝕刻去掉，而在前面保留。深度蝕刻接近于全板厚度的60％。貫穿蝕刻是通過(guò)適當(dāng)?shù)恼诒危瑥谋“宓膬擅嫔疃任g刻而成。深度蝕刻僅是從一面。對(duì)于潤(rùn)濕區(qū)46和48也是一樣。圖6B后面也繪有連續(xù)的貫穿蝕刻流動(dòng)區(qū)通道52，及各種管道，對(duì)齊孔及連接拉桿孔，此板未示出H2，O2及水的進(jìn)出管道。
圖7A繪出了陽(yáng)極流區(qū)薄板的前面，它有一系列的深度蝕刻并行通道，形成氫氣反應(yīng)區(qū)流域44，氫氣潤(rùn)濕區(qū)46及在區(qū)49中的陰極水通道91。這些通道52及分隔54與圖6A，B中陽(yáng)極流區(qū)隔膜的流區(qū)通道及分隔精確對(duì)齊及配合。在此薄板上也示出了進(jìn)入和離開(kāi)氫氣潤(rùn)濕流區(qū)46的深度蝕刻配給通道擴(kuò)展段56。(使H2流入此區(qū)，也可參見(jiàn)圖8A。)H2從橫向進(jìn)口12流入配給管道60(圖8A)，進(jìn)入入口通道61(圖7A和7B)，到達(dá)H2潤(rùn)濕通道62(圖7A)，氫氣潤(rùn)濕區(qū)46由3組并行蛇形通道組成。氫氣可以近100％的潤(rùn)度通過(guò)出口通道63(圖7A，7B)離開(kāi)該區(qū)，進(jìn)入出口收集管道64(圖8A)，到達(dá)方形通道65(圖7B和圖8A)，并且回到陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)44的氫氣配給入口管道66。在此反應(yīng)區(qū)中有6組并行蛇形管道67。此區(qū)域中剩余的H2通過(guò)延伸段68，從那里通過(guò)排出管69流出到橫向出口14。管道和通道被設(shè)計(jì)得氫氣在流動(dòng)域里配給均勻。通道61，63按一定的尺寸制成，使之起到計(jì)量孔的作用。配給及收集管道的設(shè)計(jì)使得壓降及流率可被精確控制。在系列板中(圖7B和8A)的通道61，63，65及管道可以疊置得容易區(qū)分出薄板間流路。
圖7B繪出了陽(yáng)極流區(qū)薄板的背面，它有貫穿蝕刻的計(jì)量孔(通路)61，用于調(diào)節(jié)從橫向H2燃料入口12和深度蝕刻管道60(圖8A)進(jìn)入H2(陽(yáng)極)潤(rùn)濕區(qū)46(圖7A)的燃料(氫)流。通孔(通路)63是到深度蝕刻管道64(圖8A)的出口，深度蝕刻管道64通過(guò)方形入料孔(通路)65與反應(yīng)區(qū)44的入口管道66相連。H2輸出通過(guò)深度蝕刻管道69連接至橫向輸出口14。
在圖7B中，陰極冷卻水在橫孔(管道)22C進(jìn)入，并且熱水從通路70，72輸出至潤(rùn)濕區(qū)49(圖7A)，然后通過(guò)通路72，73從區(qū)49流出到管道74(圖8A)并輸出到橫向管道24C。類似地，空氣/O2從橫向管道16進(jìn)入到深度蝕刻配給管道77，并通過(guò)深度蝕刻管道78下到陰極反應(yīng)區(qū)98(圖9B和10A)。用完的空氣由排出管道79收集，并且通過(guò)橫向管道孔18A和18B流出。
圖8A繪出了陽(yáng)極和陰極冷卻薄板的前面，它有兩組深度蝕刻的蛇形冷卻液管道81，每組三條管道，覆蓋反應(yīng)流區(qū)的一半面積，以控制熱載荷的一半。水通過(guò)口22C進(jìn)入蛇管81并由管道83流出。然后熱水流過(guò)通路70，71(見(jiàn)圖7B)進(jìn)入到陰極水區(qū)49(見(jiàn)圖7A)。水分子擴(kuò)散通過(guò)隔膜，潤(rùn)濕隔膜另一面的氧氣。水通過(guò)通道72，73(圖7A，7B)排出，并由管道74收集并通過(guò)橫管通路24C排出疊層。
此板也示出了空氣/O2入口管道76及空氣配給管道77和78，它們通過(guò)貫穿蝕刻連接在一起，如圖8B所示。同樣地，剩余氣體收集管道79在此薄板中是貫穿蝕刻的(圖4中薄板30-4)，但在薄板7B的正面，所有三管僅是深度蝕刻的。
圖8B繪出了陽(yáng)極和陰極冷卻板的背面，其背面是陰極邊，特征相同，只是沒(méi)有深度蝕刻的H2配給管道60，64，也沒(méi)有通路65。因?yàn)檫@是陰極邊，水入口是22A，蛇管是80，熱水收集管道是82，出水口管道是75。管道82通過(guò)熱水通路84，85與陽(yáng)極水區(qū)48相連，水通過(guò)通孔86、87流出區(qū)域48進(jìn)入管道75。蛇管80控制反應(yīng)區(qū)44的另一半熱載荷。
圖9A繪出了陰極流區(qū)薄板的前面，它有深度蝕刻O2進(jìn)入分配管道78，排出收集管道79，還有H2(12入；14出)，O2(16入；18出)，水(22A，C入；24A，C出)的貫穿蝕刻橫向管道。還有一列對(duì)于O2進(jìn)入到O2潤(rùn)濕區(qū)47(圖9B)的O2入口通道88，以及一列從O2潤(rùn)溫區(qū)輸出的通道90。潤(rùn)濕的O2的進(jìn)入管道與O2陰極反應(yīng)區(qū)通道92(圖9B)相連，而剩余的O2通過(guò)通道96(圖9B)排出到排出收集管道79并輸出到O2橫管18A，18B。
圖9B繪出了陰極流區(qū)薄板的背面(圖4的薄板30-5)，它與陽(yáng)極流區(qū)薄板(圖4的薄板30-3)前面相同，只是在O2潤(rùn)濕區(qū)47中的O2蛇管89及在陰極O2反應(yīng)區(qū)98中的O2蛇管94較短，這是由于與氫氣相比空氣/O2的粘度增加了。注意對(duì)于H2的三條蛇管，氧氣的蛇管有18條。O2從橫向入口16進(jìn)入入口管道76(圖8A)，再由入口通道88(圖9A和9B)，進(jìn)入到區(qū)域47，并由通道90輸出到配給管道77，78(圖8A)，并從那里通過(guò)通道96(圖9B)進(jìn)入陰極反應(yīng)區(qū)98蛇管。消耗完的空氣/O2通過(guò)通道100輸出到排出收集管道79(圖9A)，并從那里輸出到橫向管道出口18A，18B。如上所述的，區(qū)域47，48及49由深度蝕刻出通道及中間隔離。
圖10A繪出了陰極流區(qū)分隔膜的前面，它有如上所述的貫穿蝕刻通道流區(qū)47，48和98。此平板與陽(yáng)極流區(qū)分隔膜(圖4中薄板30-2)相同，除了蛇管被設(shè)計(jì)得對(duì)于O2而言壓降最小及流率最大。
圖10B繪出了陰極流區(qū)分隔膜(圖4的薄板30-6)的后面，它與陽(yáng)極隔膜(圖4中的30-2)的前面相同，其中深度蝕刻而成的凸起50支持陰極反應(yīng)區(qū)98中相鄰貫穿蝕刻通道94之間，陽(yáng)極水區(qū)48的通道93之間的和O2潤(rùn)濕區(qū)47的氧氣通道89之間的表面102。所述表面，通道及凸起以前述的形式成型。
圖11示出通過(guò)一對(duì)分隔器的氫氣，氧氣和潤(rùn)濕和冷卻水的通路，第一分隔器的陽(yáng)極面被標(biāo)以“陽(yáng)極”，而疊層中下一分隔器的陰極面被標(biāo)以“陰極”，在此兩者之間有一可透水的EMA 5。部件標(biāo)號(hào)以圖3和5-10中的編排。通過(guò)橫管12進(jìn)入的氫氣首先在潤(rùn)濕區(qū)46的氫氣潤(rùn)濕通道52中被熱水分子潤(rùn)濕，熱水分子是從陽(yáng)極水通道93(在區(qū)或48的陰極面)擴(kuò)散穿過(guò)潤(rùn)濕隔膜區(qū)37到達(dá)區(qū)域46的通道52中的。潤(rùn)濕的氫氣然后通過(guò)反應(yīng)電極隔膜區(qū)28的反應(yīng)區(qū)44中的通道67，余量的氫氣及潤(rùn)溫水通過(guò)出口管道14排出。
陽(yáng)極水通過(guò)進(jìn)口橫管22A進(jìn)入，在蛇管熱交換器80中加熱，吸取來(lái)自反應(yīng)區(qū)28的通道80內(nèi)的反應(yīng)的H2和O2的一半熱量，并且把熱水從區(qū)域48的通道93傳送到隔膜37，相應(yīng)地，陰極水來(lái)自管道22C，在熱交換器81的蛇管內(nèi)得到熱量，并且把熱水從區(qū)域49的管道91傳送到隔膜42，而這些熱水?dāng)U散穿過(guò)管道或隔膜，并由來(lái)自隔膜另一邊的區(qū)域47內(nèi)的管道89的陰極空氣帶走。
陰極空氣通過(guò)進(jìn)口橫管16進(jìn)來(lái)，在區(qū)域47的管道89中被區(qū)域49中管道91中的熱陰極水變?yōu)檎魵饣蚍肿哟┻^(guò)隔膜區(qū)42而潤(rùn)濕。潤(rùn)濕的陰極空氣然后通過(guò)反應(yīng)區(qū)98中的通道94，并且消耗掉O2的空氣及反應(yīng)產(chǎn)生的水通過(guò)管道18A，B排出。
綜合效果是潤(rùn)濕用的水蒸氣從陰極穿過(guò)隔膜的第一區(qū)域以潤(rùn)濕隔膜陽(yáng)極面的H2，而水蒸氣從陽(yáng)極面穿過(guò)隔膜第二區(qū)域以潤(rùn)濕來(lái)自陰極面的陰極空氣。隔膜第三區(qū)域是反應(yīng)區(qū)，在這兒進(jìn)行反應(yīng)，而每邊的水用于帶走一半的熱量，并且在這一區(qū)域產(chǎn)生的水是從陽(yáng)極邊流向陰極邊。
圖12的中部描繪了燃料電池的整個(gè)工作情況，在這里，陽(yáng)極面的H2被催化氧化，在石墨電極(陽(yáng)極)上產(chǎn)生兩個(gè)電子(以2e-示出)由此產(chǎn)生的兩個(gè)水合質(zhì)子擴(kuò)散，并被電滲透作用泵浦過(guò)濕的電解隔膜(在隔膜上以H+/H2O示出)，到達(dá)陰極催化區(qū)，在這里它們與O2及兩個(gè)電子(以2e-示出)結(jié)合生成H2O。圖12上部及下部描繪出了對(duì)流的濕潤(rùn)機(jī)制，這是本發(fā)明的中心要素。電解隔膜起電解及潤(rùn)濕隔膜的雙重作用。上部分示出了在陰極邊的氧氣被陽(yáng)極邊的水潤(rùn)濕。相反陽(yáng)極邊的氫氣被陰極邊的水潤(rùn)濕。
圖13-14是一采用本發(fā)明原理的IFMT薄板的實(shí)際試驗(yàn)燃料電池疊層的電池電壓輸出對(duì)電流密度的圖。在兩次試驗(yàn)中，使用了中圖4-10的7薄板分隔器的2單元電池。反應(yīng)總面積為129平方厘米。使用了來(lái)自HPower公司的涂敷有有鉑黑的碳黑的NA FION隔膜電極部件。工作參數(shù)是T＝95℃；P H2/O2＝15/25磅/平方英寸；燃料H2和O2；如圖13所示，電池電壓對(duì)電流密度在50mA/cm2，0.9伏及830mA/cm2，0.4V之間基本上是線性的。電池以此比率工作8小時(shí)。試驗(yàn)被終止是由于時(shí)間的限制，而非因?yàn)殡姵厥А?br> 圖14示出了同樣電池以H2和空氣工作在25/30磅/平方英寸壓力，95℃下的結(jié)果。其輸出在0.9V，10mA/cm2與0.4V，460mA/cm2之間也基本成線性。電池以此比率工作8小時(shí)。試驗(yàn)因時(shí)間限制而終止，而非因燃料電池疊層失效。
圖15是一流程圖，它示出薄板制造過(guò)程中的主要步驟，包括化學(xué)銑(蝕刻)特性成型，這些步驟如下A.薄板原料檢驗(yàn)對(duì)進(jìn)來(lái)的薄板原料進(jìn)行檢驗(yàn)，以檢查金屬類型，滾壓硬度，滾壓厚度，表面均勻度，相關(guān)供應(yīng)商的情況。
B.薄板原料的清潔和干燥，為使用光刻膠，通過(guò)清洗，除油及使自動(dòng)機(jī)械化學(xué)清洗以清潔析料。這一過(guò)程除去原料板滾壓過(guò)程中殘余的油脂和油污。去油后，薄板在室溫下通過(guò)稀釋的蝕刻劑進(jìn)行溫和的化學(xué)清潔以除去氧化物及表面雜質(zhì)。對(duì)鈦的清潔溶劑是3％-9％的HF和10％-18％的HNO3。對(duì)于其它金屬，30-45度Baume氯化鐵在室溫下作清洗溶劑。在使用光刻膠前的最后步驟是用干燥器強(qiáng)制干燥。
根據(jù)光刻膠是濕的還是干的，光刻膠可采用如下步驟C-1和C-2或步驟C-3進(jìn)行施加。
C-1·施加光刻膠的濕處理由于光刻膠層可很薄，所以光刻膠濕處理可達(dá)到細(xì)節(jié)的最好清晰度。濕光刻膠通常由浸泡箱施加，135。小的薄板可利用半導(dǎo)體工業(yè)用的旋壓涂敷機(jī)旋壓涂敷。
C-2·光刻膠烘烤濕的光刻膠在烘烤中被烘干(固化)，以形成硬的彈性層。
C-3·施加光刻膠的干處理干的光刻膠可用于要求不高的地方。燃料電池分隔器是干光刻膠的典型應(yīng)用。干光刻膠從背板上剝下，并用熱滾壓施加上，139。滾壓相似于印刷電路工業(yè)所使用的。滾壓自動(dòng)從光刻膠上剝掉后背材料。典型的干光刻膠材料是杜邦公司制造的2密耳“Riston 4620”。
D.光刻膠掩模UV(紫外)曝光薄板利用接觸UV曝光機(jī)曝光，140。要仔細(xì)注意以精確調(diào)整布圖的兩邊。定位目標(biāo)可用于幫助這一過(guò)程。
E.圖像顯影曝光的薄板通過(guò)顯影劑和烘干處理，145。濕處理光刻膠在碳?xì)浠衔镲@影劑中顯影，去掉未處理的光刻膠。典型的顯影劑是“Stoddard的溶劑”，部件號(hào)GW325，由Grent Western Chemical和Butyl Acetate制造，部件號(hào)CAS104-46-4，可從Van Waters和Rogers得到。濕處理顯影在室溫下要使用全濃度的這些溶劑。曝光顯影后，剩余的光刻膠重新烘干，以形成彈性層。干處理顯影使用杜邦的“液體濃縮顯影劑”，部件號(hào)D-4000，制成在80°F下1.5％的溶液。
F.噴射蝕刻箱化學(xué)加工顯影后的薄板在噴射蝕刻箱中蝕刻，150。噴射箱勝于蝕刻浸箱之處在于生產(chǎn)率較高。在某些情況下，用蝕刻浸箱可獲得比從噴射蝕刻機(jī)更細(xì)的分辨率。蝕刻處理對(duì)蝕刻溶劑濃度，傳送機(jī)皮帶速度，噴射壓力和處理濕度非常敏感。在生產(chǎn)中通過(guò)連續(xù)處理中檢測(cè)152，保持這些參數(shù)的處理反饋155。典型地，是改變線速度來(lái)得到希望的蝕刻結(jié)果。氯化鐵或HF/硝酸溶液用作蝕刻劑。氯化鐵用于銅，鋁及不銹鋼。HF/硝酸用于鈦。對(duì)于鈦，典型的蝕刻劑是3％-10％的HF和10％-18％HNO3。鈦的蝕刻溫度范圍是80-130°F。特定的濃度和溫度條件可根據(jù)使用的不同金屬來(lái)控制。線速度是蝕刻反應(yīng)箱數(shù)目的函數(shù)。典型的蝕刻機(jī)由一共同的傳送機(jī)將單獨(dú)的多個(gè)蝕刻箱連接而成。典型的蝕刻機(jī)有來(lái)自O(shè)H，Maumee的Schmid Systems公司及PA，State College的Atotech Chemcut。薄板在最后一蝕刻箱后在連續(xù)清洗機(jī)中清洗。連續(xù)清洗機(jī)在檢測(cè)之前除去剩余的蝕刻劑。
G.處理中檢測(cè)薄板在152處檢測(cè)，以將蝕刻率及線速度信息反饋回蝕刻過(guò)程。處理中檢測(cè)一般目視進(jìn)行。
H.去除光刻膠濕處理光刻膠在200°F下用碳?xì)浠衔锶コ齽┏艄饪棠z。一種可用的產(chǎn)品是“Chem Stip”，部件號(hào)PC 1822，由California，Carson的Alpha Metals制造。干處理光刻膠用商用去除劑去除，如“Ardrox”，部件號(hào)PC4055，由California，La Mirada的Ardrox制造。Ardrox稀釋到1-3％并在130°F下使用。除膠后的薄板再在連續(xù)清洗機(jī)中清洗。
I.最后檢測(cè)通過(guò)測(cè)量并與在CAD設(shè)計(jì)過(guò)程中選定的臨界尺寸相比較162，進(jìn)行最后目視檢測(cè)。此信息被反饋，以控制蝕刻和設(shè)計(jì)過(guò)程。
最后的薄板的母板172被按類型或分組放置在倉(cāng)庫(kù)中。原料卷一般是4-25密耳厚的鈦(依薄板設(shè)計(jì)需求而不同)，36英寸寬，而薄板的尺寸是6英寸×8英寸，因此在上面所述的連續(xù)饋入處理中，薄板被排列為6塊，也就是在板材寬度方向上排6塊薄板。所有薄板可是同一類型，為2號(hào)薄板(圖4中30-2)，或分組系列，薄板1-7(30-1到30-7)。
圖16是處理流程圖，描繪了現(xiàn)今最好的將薄板裝成整體極分隔器組件的方法。薄板母板材172在需要時(shí)從倉(cāng)庫(kù)170中取出，并進(jìn)行如下處理A.化學(xué)清洗在室溫下用全濃度蝕刻劑清洗薄板，175，保證用于連接的無(wú)氧化表面。清洗后將薄板烘干。
B.薄板分離器(Singulator)通過(guò)切除將被形成的薄板支持于母板的橋接件將薄板母板分離(singulate)180。這在疊前做，以簡(jiǎn)化連接處理。
C.疊層處理及噴連接連接防護(hù)涂層薄板在水平方向上放置(以其正確的順序)，并按順序垂直堆疊(190)在有兩對(duì)齊柱182的熱臺(tái)板上。薄板對(duì)齊孔(圖5中孔32)套在柱上，以精確對(duì)齊薄板，使相配合的薄板特征關(guān)聯(lián)，以形成通路，分隔，管道及通道。堆疊前，熱臺(tái)板要涂敷上商用連接防護(hù)涂層195，以防止薄板粘接在臺(tái)板上。連接防護(hù)涂層組分依連接的金屬類型而各種各樣。氧化釔用于鈦，氧化鋁用于其它金屬。防護(hù)涂層也可用于薄板疊層部件之間，防止相鄰疊層粘接。在薄板疊層間放置小臺(tái)板，以保證載荷傳遞及使連接容易。在這種方式下，在上下臺(tái)板間一次可連接到100個(gè)分隔器。
D.擴(kuò)散連接裝好的薄板疊層190(臺(tái)板未示出)被置于真空熱壓下，以擴(kuò)散連接200。不同的金屬需要不同的連接條件。連接條件由所使用的壓頭及溫度來(lái)確定。在起動(dòng)連接時(shí)，壓力機(jī)關(guān)閉，抽真空至10-6乇，以防止加熱時(shí)氧化，并抽去薄板間的空氣。當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)恼婵諘r(shí)，爐子開(kāi)始加熱，并且裝好的薄板疊層要達(dá)到熱平衡。在某些情況下，在加熱過(guò)程中要施加部分壓頭壓力。當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，按特定的程序施加連接壓力，此程序依要連接的金屬不同而不同。在某些情況下，依部件類型及要連接金屬的類型，還要在減壓后進(jìn)行壓接熱處理。一般的連接時(shí)間是10到60分，900°F到1700°F，壓力2000磅/英寸到4000磅/英寸，依所要連接的金屬及薄板的設(shè)計(jì)而不同。一般對(duì)于鈦的熱處理是在約1500°F到約1600°F，在100磅/英寸壓力下約60分鐘。當(dāng)爐室溫度達(dá)到100°F到200°F時(shí)，去除真空并卸載真空壓力。
E.防漏和/或泄漏檢查連接后的薄板分隔器進(jìn)行泄漏檢查，205，使用試驗(yàn)設(shè)備在通道，管道和通路上施加內(nèi)壓，以檢查連接完整性，也就是無(wú)邊泄漏及內(nèi)部通道短路。
F.連接后清洗泄漏檢查后，連接防護(hù)涂層被清除210，形成薄板分隔器，清洗使用清洗機(jī)，然后酸蝕，連續(xù)清洗并進(jìn)行壓縮空氣烘干。
G.最后整理例如控制窗框和薄板的序列號(hào)(在薄板邊上形成)等的輔助部分在最后處理215中被去除(除掉)，以生產(chǎn)出前面所描述的，有復(fù)雜的內(nèi)部微通道區(qū)的整體連接的薄板分隔器220。
H.鈍化完成的鈦分隔器在真空爐中被置于氮中。分隔器被置于真空爐中，抽成10-6乇真空，引入干燥氮?dú)?，達(dá)到1磅/英寸的壓力。重復(fù)此循環(huán)。當(dāng)最終壓力達(dá)到1磅/英寸時(shí)，爐子被加熱到1200°F和1625°F之間，保持20到90分鐘。特定的時(shí)間和溫度依所希望的氮化鈦的厚度而定。爐子冷卻，再加壓，最后生產(chǎn)出準(zhǔn)備好裝入EMA形成各單元的氮化(鈍化)薄板分隔器230，多個(gè)單元裝成燃料電池疊層，用拉桿(穿過(guò)圖5中的孔34)將其連在一起，裝入螺母，使疊層處于壓力下，使得它在加上氣壓后不泄漏。電池的安裝操作在上文已結(jié)合圖11-14加以說(shuō)明。
圖17.描繪了用于圖15和圖16描述的濕或干的光刻蝕刻的薄板設(shè)計(jì)布圖準(zhǔn)備的過(guò)程。其步驟如下A薄板繪圖薄板部件繪圖由CAD系統(tǒng)240在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)繪制完成。繪圖尺寸是其凈尺寸。每一薄板的兩邊最終繪成視圖245。這些圖被電子化傳送給薄板掩模布圖生成CAD系統(tǒng)250。在CAD繪圖中，生成一檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)162。此檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括生成布圖及制造過(guò)程中需要檢驗(yàn)的臨界尺寸。布圖和薄板在制造過(guò)程中檢查。
B.掩模布圖生成對(duì)于每一薄板，薄板CAD圖要在掩模布圖CAD系統(tǒng)250中被轉(zhuǎn)換為光學(xué)加工的掩模。蝕刻因素在每一圖中被加入到每一特征中。蝕刻因素將光學(xué)加工掩模寬度調(diào)整到特性寬度，以補(bǔ)償在用于切削單獨(dú)薄板的化學(xué)蝕刻過(guò)程中出現(xiàn)的切下部分。這使得減小在光學(xué)加工掩模中的通道尺寸以補(bǔ)償切下部分。蝕刻系數(shù)依金屬類型，化學(xué)銑設(shè)備類型，蝕刻速度，所用蝕刻劑濃度及類型而不同。在掩模產(chǎn)生過(guò)程中，加入輔助制造的手段。輔助制造包括目標(biāo)對(duì)齊，薄板號(hào)及控制窗框以輔助疊層及連接處理。
C.布圖光繪用自動(dòng)光繪機(jī)255將薄板布圖繪制在放大一倍的膠片上。
D.正片檢查完成的布圖要進(jìn)行視頻檢查，260，利用在薄板CAD繪圖過(guò)程中產(chǎn)生的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)162進(jìn)行，檢查完頂部(前面)和底部(后面)，薄板布圖被連在一起，270，精確對(duì)齊。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明典型的IFMT薄板燃料電池展示出下列工作數(shù)據(jù)。
帶有PEM EMA的消耗H2和O2或空氣的兩單元試驗(yàn)電池疊層，在95℃時(shí)，顯示出線性輸出，范圍從0.4伏(對(duì)空氣460mA/cm2，對(duì)氧氣830mA/cm2)至0.9伏(對(duì)空氣10mA/cm2，對(duì)氧氣50mA/cm2)。對(duì)于100個(gè)IFMT薄板單元的全尺寸燃料電池疊層，其能量密度將超過(guò)522mW/cm2，相當(dāng)于6.79千瓦，電池重量小于50磅，尺寸小于13英寸長(zhǎng)×6英寸寬×8英寸高。與此相比，一輸出范圍在5-7千瓦的石墨板燃料電池的重量在100-500磅范圍內(nèi)。對(duì)于小汽車要用輸出10-40千瓦的燃料電池，對(duì)于大客車需要100-150千瓦。所以，本發(fā)明的IFMT薄板燃料電池可以滿足當(dāng)前電動(dòng)汽車的需求。
對(duì)于本發(fā)明的100個(gè)IFMT薄板的全尺寸電池疊層，以H2-O2/空氣(依壓力而定)工作在0.7V并且EMA電流密度750mA/cm2，能量密度可達(dá)326瓦/千克，其比功率為743千瓦/米3(743瓦/升)。與能量密度范圍在50-125瓦/千克的石墨/NAFION H2/O2及H2/空氣電池相比，這些結(jié)果是顯著的。這就是說(shuō)，本發(fā)明的IFMT薄板電池要比現(xiàn)有石墨燃料電池的能量密度高3-6倍。這意味著本發(fā)明的IFMT薄板H2/空氣燃料電池可產(chǎn)生6.79千瓦的功率，電池重量?jī)H21千克(46磅)，體積僅為0.009米3(0.323英尺3)，也就是12.9英寸長(zhǎng)×5.6英寸寬×7.6英寸高。這是非?？捎^的，還可小到用于混合型汽車中。
非常明顯，本發(fā)明改進(jìn)的IFMT燃料電池將有很廣闊的工業(yè)應(yīng)用，作為電站電源，特別是在遙遠(yuǎn)的家中，工業(yè)或建筑工地，作為小型化的單一電源設(shè)備，及用于運(yùn)輸工具電源，特別是重型建筑設(shè)備，卡車，火車及輪船。用于本發(fā)明IFMT燃料電池制造的“印刷”技術(shù)可為光刻及清洗，組裝，連接，鈍化，出售和服務(wù)等方面提供大量的工作。在能量輸出，重量/千瓦輸出的減小，易于制造及快速應(yīng)用等方面至少有3倍的改進(jìn)，這里所披露的特定的燃料電池設(shè)計(jì)是本發(fā)明廣泛適用的一個(gè)重要基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種極性燃料電池分隔器，包括多個(gè)薄板材的薄板；每一薄板都有單獨(dú)成型的部件，所述部件為計(jì)量孔，通道，通路及管道中的至少一個(gè)；所述部件要在薄板與薄板間相對(duì)應(yīng)，以提供至少一個(gè)微通道有效域；所述的薄板被連接在一起以形成一整體分隔器，用于在一燃料電池疊層中與一電解膜組件相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性燃料電池分隔器，包括形成至少一個(gè)構(gòu)成潤(rùn)濕燃料或氧化劑的區(qū)域的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極性燃料電池分隔器，包括至少一個(gè)冷卻液區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的極性燃料電池分隔器，其中所述冷卻液區(qū)與至少一個(gè)所述潤(rùn)濕區(qū)相連，以給所述的潤(rùn)濕區(qū)提供熱的潤(rùn)濕液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性燃料電池分隔器，其中所述部件由深度蝕刻(depth etching)和貫穿蝕刻(through etching)結(jié)合而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的極性燃料電池分隔器，其中所述薄板以粘接或在熱和壓力下以擴(kuò)散，焊接，釬焊或軟焊而連接起來(lái)，以形成所述的整體分隔器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的極性燃料電池分隔器，其中所述分隔器是雙極分隔器，包括一陽(yáng)極面和一陰極面，使所述區(qū)域通道在長(zhǎng)度，微通道截面尺寸以及蛇形構(gòu)形上適應(yīng)氣體組分和粘度的條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的極性燃料電池分隔器，其中所述分隔器區(qū)域包括一H2潤(rùn)濕區(qū)，及一空氣/O2潤(rùn)濕區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的極性燃料電池分隔器，其中所述分隔器區(qū)域包括至少一個(gè)冷卻液區(qū)。
10.一種燃料電池疊層，包括多個(gè)單元，包括I)在一疊層陣列中的極分隔器和隔膜電極組件；II)在所述疊層的一端有一陽(yáng)極分隔器端板，它與一所述的隔膜電極組件相接觸；及III)在所述疊層第二端上有一陰極分隔器端板，它與一隔膜電極組件相接觸；所述的雙極分隔器，及所述的陽(yáng)極和陰極分隔器是權(quán)利要求1中的分隔器；及所述單元在壓力下按順序組裝在一起，以形成一可工作電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池疊層，其中所述部件包括至少一個(gè)用于燃料或氧化劑的潤(rùn)濕區(qū)，及至少一個(gè)與所述潤(rùn)濕區(qū)相連的冷卻液區(qū)，以向所述潤(rùn)濕區(qū)提供熱液體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池疊層，其中所述的區(qū)域在長(zhǎng)度，微通道截面尺寸以及蛇形構(gòu)形上適應(yīng)用H2作燃料及用空氣/O2作氧化劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池疊層，其中所述的分隔器由金屬擴(kuò)散連接而形成，金屬可從鈦，鋁，銅，鎢，鈮，不銹鋼，合金，層壓金屬片，電鍍金屬及其組合物中選擇；所述隔膜電極部件可從碳紙涂敷的PEM及無(wú)碳紙PEM中選擇，并且所述分隔器包括一窗框(Windowframe)薄板與所述碳紙涂敷的PEM接觸，或一窗屏(Window screen)薄板與所述無(wú)碳紙PEM接觸。
14.一種生產(chǎn)燃料電池分隔器組件的方法，包括在薄原料板中形成多個(gè)不同的單獨(dú)薄板的步驟，每一薄板有與其相應(yīng)的，從微通道，通路及管道中選擇出的部件，所述部件與一隔膜電極組件接觸形成至少一個(gè)氧化劑或燃料消耗的有效區(qū)；堆疊所述薄板，所述單獨(dú)薄板的部件要與對(duì)應(yīng)的相鄰薄板的對(duì)應(yīng)部件精確對(duì)齊，以提供所述氧化劑或燃料的連續(xù)流通通路；連接所述對(duì)齊的薄板，以形成一有內(nèi)部微通道及進(jìn)口管道的整體分隔器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的生產(chǎn)燃料電池分隔器的方法，其中所述原料板材是金屬，并且所述成形步驟包括通過(guò)深度蝕刻與貫穿蝕刻相結(jié)合使所述部件蝕刻成形的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)燃料電池分隔器的方法，其中所述貫穿蝕刻包括在所述原料板材所選區(qū)域的兩面進(jìn)行深度蝕刻，深度蝕刻深度超過(guò)板材厚度的50％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)燃料電池分隔器的方法，其中所述金屬?gòu)拟?，鋁，銅，鎢，鈮，不銹鋼及合金，層壓金屬，鍍金屬和其組合物中選擇。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)燃料電池分隔器的方法，其中所述成形步驟包括將光刻膠涂敷在所述金屬原料板材上，以確定其部件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)燃料電池分隔器的方法，包括所述分隔器連接后的鈍化步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的生產(chǎn)燃料電池分隔器的方法，其中所述連接包括在熱和壓力下的擴(kuò)散連接，所述金屬是鈦，及所述鈍化包括在高溫下暴露于氮?dú)庵小?br> 全文摘要
包括疊層分隔器/隔膜電極組件單元的燃料電池疊層，其中分隔器包括一系列堆疊的薄板，薄板上分別配置有蛇形微通道反應(yīng)氣潤(rùn)濕區(qū)，作用區(qū)和冷卻區(qū)。單獨(dú)薄板堆疊，并且部件與相鄰的薄板相應(yīng)的部件精確地對(duì)齊接觸，并連接形成一整體分隔器。后連接處理包括純化，如氮化。最好的薄板材料是4-25密耳厚的鈦，其上的部件，蛇形通道，凸起，分隔，通路，管道及孔，以化學(xué)或激光蝕刻，切割，壓或模壓成型，最好是深度和貫穿蝕刻相結(jié)合。薄板的生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)的和快速的。通過(guò)使用以CAD為基礎(chǔ)的薄板設(shè)計(jì)和光刻，可在部件設(shè)計(jì)上快速改變，以適應(yīng)各種熱管理和潤(rùn)濕技術(shù)。這種集成流體控制技術(shù)薄板設(shè)計(jì)的100單元H
文檔編號(hào)H01M8/02GK1164296SQ95196322
公開(kāi)日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1995年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月10日
發(fā)明者小萊吉納爾德·G·斯皮爾, H·哈里·米根博格, 萊克斯·霍奇 申請(qǐng)人:H動(dòng)力公司