[發(fā)明專(zhuān)利]z軸導(dǎo)電流場(chǎng)隔板

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580045486.X
• 申請(qǐng)日: 2005-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101305486A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷蒙德·P·約翰斯通;馬克·K·德貝;張海燕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/02
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/02;H01M8/24
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 黃啟行;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及一種在z軸方向上導(dǎo)電的流體傳輸膜。

背景技術(shù)

典型的燃料電池系統(tǒng)包括發(fā)電部分，其中一個(gè)或者多個(gè)燃料電池 發(fā)電。燃料電池是在過(guò)程中將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)換成水，產(chǎn)生電和熱的能 量轉(zhuǎn)換裝置。每個(gè)燃料電池單元可以包括位于中間的質(zhì)子交換膜，在 質(zhì)子交換膜的兩側(cè)上具有氣體擴(kuò)散層。陽(yáng)極和陰極催化劑層分別位于 氣體擴(kuò)散層的內(nèi)側(cè)。這種單元稱(chēng)為膜電極組件(MEA)。隔板或者流 場(chǎng)隔板分別位于膜電極組件的氣體擴(kuò)散層的外側(cè)。這種類(lèi)型的燃料電 池通常稱(chēng)作PEM燃料電池。

單個(gè)燃料電池中的反應(yīng)一般產(chǎn)生不到1伏的電壓。可以將多個(gè)燃 料電池堆疊在一起并且串聯(lián)電連接，從而獲得所需要的電壓。從燃料 電池堆中收集電流并且使用電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載。燃料電池可以用于為從汽 車(chē)到膝上型計(jì)算機(jī)的各種應(yīng)用供電。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種流場(chǎng)隔板。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，柔性流場(chǎng)隔板包 括由柔性材料形成并且具有第一和第二表面的基底層。在基底層的第 一表面上限定出結(jié)構(gòu)化的流場(chǎng)圖形。結(jié)構(gòu)化的流場(chǎng)圖形限定出一個(gè)或 多個(gè)流道。隔板包括由一種或者多種金屬形成并且設(shè)置在基底層的第 一表面上的第一層。第一層由導(dǎo)電材料形成。隔板還包括設(shè)置在基底 層的第二表面上的第二層。第二層由柔性導(dǎo)電材料形成。第一層在一 個(gè)或者多個(gè)位置上與第二層接觸，從而限定了第一和第二層之間的電 連接。

另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種制造柔性流場(chǎng)隔板的方法。該方法包括 設(shè)置由柔性導(dǎo)電材料形成的第二層。聚合物基底層的第二表面設(shè)置成 與第二層接觸。在壓力和任意溫度下將第二層和基底層層疊在一起， 使得在聚合物基底層的第一表面上形成結(jié)構(gòu)化的流場(chǎng)圖形。在聚合物 基底層的第一表面上涂覆第一層導(dǎo)電材料，使得第一層在一個(gè)或者多 個(gè)位置上與第二層接觸，從而在第一和第二層之間建立電連接。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種柔性流場(chǎng)隔板，根據(jù)此處說(shuō)明 的韌度測(cè)試，測(cè)量的韌度大于大約20度，并且平均體積密度小于大約 4.5。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及檢修燃料電池堆的方法。燃料電池 堆包括一個(gè)或者多個(gè)流場(chǎng)隔板，該流場(chǎng)隔板具有由柔性材料形成并且 具有第一和第二表面的基底層。在基底層的第一表面上限定出結(jié)構(gòu)化 的流場(chǎng)圖形。結(jié)構(gòu)化的流場(chǎng)圖形限定出一個(gè)或多個(gè)流道。隔板包括由 一種或者多種金屬形成并且設(shè)置在基底層的第一表面上的第一層。第 一層由導(dǎo)電材料形成。隔板還包括設(shè)置在基底層的第二表面上的第二 層。第二層由柔性導(dǎo)電材料形成。第一層在一個(gè)或者多個(gè)位置上與第 二層接觸，從而限定了第一和第二層之間的電連接。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，檢測(cè)有故障的單元電池組件。除去燃料 電池堆中多個(gè)單元電池組件上的壓力，然后更換有故障的單元電池組 件。當(dāng)保持單元電池組件到單元電池組件定位的時(shí)候，適當(dāng)?shù)膲毫υ? 次施加到多個(gè)單元電池組件上。

本發(fā)明的上述概述不是要描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方案或者每一個(gè) 實(shí)施。通過(guò)結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)說(shuō)明和權(quán)利要求，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、 成就以及更完整的理解將變得顯而易見(jiàn)并且明白。

附圖說(shuō)明

圖1a是燃料電池及其構(gòu)成層的圖示；

圖1b圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案構(gòu)造的包括流場(chǎng)隔板的單元電 池組件；

圖2圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的流場(chǎng)隔板的橫截面；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的流場(chǎng)隔板的橫截面的顯微照片；

圖4圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案設(shè)置在鋁基層上的聚丙烯基底的 幾個(gè)溝道/缺口特征的橫截面；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案形成的基底和鋁基層之間的界面的特 寫(xiě)圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在基底中形成的包括缺口的基底溝道 的頂視圖的顯微照片；

圖7圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的在一個(gè)表面上具有冷卻溝道的 流場(chǎng)隔板的橫截面；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的雙極流場(chǎng)隔板的圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有冷卻內(nèi)部溝道的雙極流場(chǎng)隔板 的圖；

圖10和11圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案流場(chǎng)隔板的第一和第二表 面。

圖12圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的通過(guò)示出完整的墊圈的連接 桿孔截取的隔板橫截面；

圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的內(nèi)部連接區(qū)域的可行設(shè)置的更加 詳細(xì)的視圖；

圖14圖示出根據(jù)本發(fā)明具有兩個(gè)MEA的實(shí)施方案的用于燃料電 池應(yīng)用的單元電池組件。