燃料電池部件的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2012年8月30日提交的美國臨時申請?zhí)?1/694820的優(yōu)先權(quán)，出 于所有目的將該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及燃料電池的領(lǐng)域，具體地涉及由熱塑性材料制成的燃料電池部件，例 如端板。
【背景技術(shù)】
[0003] 燃料電池是一種通過燃料（例如氫氣）和氧化劑（例如空氣）的反應(yīng)產(chǎn)生電和熱 的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置。在燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計和配置上存在眾多變體，然而，大多數(shù)系統(tǒng) 的整體部分是一種燃料電池堆。燃料電池堆包括一系列通過雙極集電板彼此分開的膜電極 組件，其中該堆在兩端以一個端板組件終止，該端板組件包括一個端板以及典型地一個壓 縮板。該堆還配備有燃料和氧化劑氣體供應(yīng)以及移除的裝置，以及一種使冷卻劑循環(huán)穿過 該堆的裝置。連接裝置（例如，橫拉桿或帶，使該堆保持在一起并且與這些端板組件結(jié)合） 在該堆上施加一個壓縮力使該堆組件緊密。此種緊密要求減少這些膜電極組件和這些雙極 集電板部件之中的接觸電阻并且保護該堆的氣封特性。
[0004] 為了避免堆疊失效并且使電效率最大，這些端板組件必須足夠強以承受施加在該 堆上的力而沒有破壞或翹曲。典型地，該端板組件還需要耐受高達70°C或更高的使用溫度。 附加地，當(dāng)該端板作為歧管起作用時，穿過該歧管引入并且從該堆中去除冷卻劑、燃料、和 氧化劑氣體，該端板可能需要耐受與此類材料接觸而沒有惡化或腐蝕。
[0005] 鑒于機械和耐熱性的要求，包含在這些端板組件中的壓縮板和端板典型地由金 屬、通常由不銹鋼制造。除相對高的成本和易于腐蝕之外，鑒于提供足夠的機械耐受性所要 求的厚度，金屬板可以實質(zhì)性增加燃料電池堆的重量。在汽車和其它應(yīng)用中，通常令人希望 的是使該燃料電池堆的尺寸和重量最小。
[0006] 如與對于這些端板描述的那些類似的問題總體上還適用于燃料電池的其他結(jié)構(gòu) 部件，例如泵殼體，增濕器殼體，冷卻劑、燃料和氧化劑的入口和出口，冷卻劑、燃料和氧化 劑的歧管，堆支撐體以及類似物。
[0007] 已經(jīng)建議了在重量更輕的端板的制造中使用塑料材料。US2002182470 A(泰科納 公司（TICONA LLC)) 12/5/2002披露了由一種長纖維增強的熱塑性樹脂復(fù)合物制成的模制 的燃料電池端板，該復(fù)合物包括一種熱塑性樹脂和至少30wt%具有至少5_纖維長度的長 紗股的玻璃纖維。該熱塑性樹脂可以選自下組，該組由以下各項組成：部分芳香族聚酰胺 類、聚芳砜類、聚芳醚酮類、聚芳醚醚酮類、聚芳醚酰亞胺類、聚芳酰亞胺類、聚亞芳基硫醚 以及熱致性液晶類。提供了長纖維增強的聚苯硫醚端板的實例。
[0008] US 20030152819(松下電器產(chǎn)業(yè)有限公司（MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO.，LTD))8/14/2003披露了由一種樹脂占優(yōu)勢的材料制成的端板，該樹脂占優(yōu)勢的材料選 自：聚丙烯、尼龍樹脂、聚縮醛、聚碳酸酯、改性的聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二酯、超高分子量 聚乙烯、聚甲基戊烯、間規(guī)聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚鄰苯二甲酰胺、聚苯硫醚、聚對苯二甲 酸環(huán)己基二甲酯、聚芳酯、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚酰亞胺、氟碳樹脂、硅酮樹脂和液晶聚 合物。提供了由玻璃纖維增強的聚苯硫醚、玻璃纖維增強的聚砜和玻璃纖維增強的液晶聚 合物制成的端板的實例。
[0009] WO 2005/031904A(R. JEREZ) 4/7/2005披露了一種用于燃料電池的板構(gòu)件，該板構(gòu) 件包括一種選自聚鄰苯二甲酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮和液晶聚合物中的至少一種的聚合 物或結(jié)晶型熱塑性材料。 本發(fā)明的披露
[0010] 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)具備在厚結(jié)構(gòu)件所需要的延展性與機械耐受性、在惡劣環(huán)境中的可提取 物的量以及成本之間的有利平衡的燃料電池部件，具體地端板可以通過利用一種聚合物組 合物（C)獲得，該聚合物組合物（C)包括至少一種聚酰胺聚合物[聚酰胺（A)]、至少一種 增強填充劑[填充劑（F)]和至少一種抗沖擊改性劑[抗沖擊改性劑（IM)]，該聚酰胺聚合 物[聚酰胺（A)]包含源自至少一種苯二甲酸和六亞甲基二胺的縮聚作用的重復(fù)單元和小 于 10%摩爾的源自己二酸和六亞甲基二胺的縮聚作用的重復(fù)單元。
[0011] 因此，本發(fā)明的一個第一目的是一種包括聚合物組合物（C)的燃料電池部件，該 聚合物組合物（C)包括至少一種聚酰胺聚合物[聚酰胺（A)]、至少一種增強填充劑[填充 劑（F)]和至少一種抗沖擊改性劑[抗沖擊改性劑（IM)]，該聚酰胺聚合物[聚酰胺（A)]包 含源自至少一種苯二甲酸和六亞甲基二胺的縮聚作用的重復(fù)單元和小于10%摩爾的源自 己二酸和六亞甲基二胺的縮聚作用的重復(fù)單元。
[0012] 燃料電池部件的非限制性實例是例如端板，泵殼體，增濕器殼體，冷卻劑、燃料和 氧化劑的入口和出口，冷卻劑、燃料和氧化劑的歧管，堆支撐體。
[0013] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，該燃料電池部件是燃料電池端板。
[0014] 源自己二酸和六亞甲基二胺的縮聚作用的重復(fù)單元在聚酰胺（A)中優(yōu)選地小于 5%摩爾、更優(yōu)選地小于3%摩爾并且甚至更優(yōu)選0%摩爾。
[0015] 出于本發(fā)明的目的，術(shù)語"聚酰胺聚合物"指的是包含重復(fù)單元的任何聚合物，這 些重復(fù)單元源自至少一種二羧酸組分或其衍生物與至少一種二胺組分的縮聚，和/或源自 氨基羧酸和/或內(nèi)酰胺的縮聚。表述"其衍生物"，當(dāng)與表述'羧酸'結(jié)合使用時，旨在是指 能夠在縮聚條件下進行反應(yīng)以產(chǎn)生酰胺鍵的任何一種衍生物。形成酰胺的衍生物的實例包 括此種羧酸的單-或二-烷基酯，如單-或二-甲基、乙基或丙基酯；其單-或二-芳基酯； 其單-或二-?；u；以及其單-或二-酰胺，單-或二-羧酸鹽。
[0016] 二羧酸組分和二胺組分總體上以基本上等分子的量包含在聚酰胺（A)中；這意味 著二羧酸組分的-COOH基團的總量與二胺組分的-NH 2基團的總量之間的摩爾比是1.1 : 1 至 0.9 : 1、優(yōu)選 1.075 : 1 至 1 : 0.925。
[0017] 聚酰胺（A)包含源自至少一種苯二甲酸與六亞甲基二胺的縮聚反應(yīng)的重復(fù)單元。 表述"苯二甲酸"用于指間苯二甲酸、對苯二甲酸和鄰苯二甲酸中的任何一種。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該至少一種苯二甲酸選自由間苯二甲酸和對苯二甲酸 組成的組。間苯二甲酸以及對苯二甲酸可以單獨或組合使用。該苯二甲酸優(yōu)選地是對苯二 甲酸與間苯二甲酸組合。
[0019] 除了該至少一種苯二甲酸之外，聚酰胺（A)可包括基于聚酰胺（A)的所有二羧酸 組分的高達40%摩爾、優(yōu)選高達30%摩爾、更優(yōu)選高達25%摩爾的一種不同于苯二甲酸的 二羧酸組分，其條件是源自己二酸和六亞甲基二胺的重復(fù)單元小于10%摩爾。所述不同于 苯二甲酸的二羧酸組分可以選自由芳香族二羧酸和非芳香族二羧酸組成的組。
[0020] 出于本發(fā)明的目的，當(dāng)一種二羧酸包含一個或多于一個芳香族基團時，它被認(rèn)為 是"芳香族的"。合適的芳香族二羧酸的非限制性實例是2,5_吡啶二羧酸、2,4_吡啶二羧 酸、3, 5-吡啶二羧酸、2, 2-雙（4-羧苯基）丙烷、雙（4-羧苯基）甲烷、2, 2-雙（4-羧苯基） 六氟丙烷、2, 2-雙（4-羧苯基）酮、4,4' -雙（4-羧苯基）砜、2, 2-雙（3-羧苯基）丙烷、 雙（3-羧苯基）甲烷、2, 2-雙（3-羧苯基）六氟丙烷、2, 2-雙（3-羧苯基）酮、雙（3-羧基 苯氧基）苯、2,6-萘二羧酸、2, 7-萘二羧酸、1，4-萘二羧酸、2, 3-萘二羧酸、1，8-萘二羧酸、 1，2_萘二羧酸。
[0021] 用于在聚酰胺㈧中適合的非芳香族二羧酸的非限制性實例是草 酸[HOOC-COOH]、丙二酸（HOOC-CH 2-COOH)、己二酸[HOOC-(CH2)4-COOH]' 丁二 酸[HOOC-(CH2) 2-C00H]、戊二酸[HOOC-(CH2) 3-C00H]、2, 2-二甲基-戊二酸 [HOOC-C(CH3)2-(CH2) 2-C00H]、2,4,4-三甲基-己二酸[HOOC-CH(CH3)-CH2-C(CH 3 )2-CH2-C00H]、庚二酸[H00C-(CH2)5-COOH]' 辛二酸[H00C-(CH2)6-COOH]' 壬二酸 [H00C- (CH2) 7-C00H]、癸二酸[H00C- (CH2) 8-C00H]、^-一 烷二酸[H00C- (CH2) 9_C00H]、十二 烷二酸[H00C- (CH2) 1(l-C00H]、十四烷二酸[H00C- (CH2) n-C00H]、順式-和 / 或反式-環(huán)己 烷-1，4-二羧酸和/或順式-和/或反式-環(huán)己烷-1，3-二羧酸。
[0022] 當(dāng)所述不同于苯二甲酸的二羧酸組分選自由非芳香族二羧酸組成的組時，