[發明專利]用于PEMFC雙極板水管理的穩定超級疏液涂層

有效

• 申請號: 201210147262.1
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102780015A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: R·H·布倫克;R·R·奎爾;A·P·諾瓦克;D·W·戈爾基維奇
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;林森

技術領域

本發明主要涉及電化學轉換電池例如燃料電池的，且更特別地涉及對燃料電池中陽極和/或陰極的出口區域處水積聚的控制。

背景技術

本發明涉及電化學轉換電池，通常稱為燃料電池，其通過處理第一和第二反應物產生電能。例如，通過含氧氣體的還原和含氫氣體的氧化在燃料電池中產生電能。通過闡述而并不加以限制，典型的電池包括設置在一對容納(accommodating)分別的各反應物的流場之間的膜電極組件(MEA)。更特別地，陰極流場板和陽極流場板可設置在MEA的相對側上。對于有用的應用，由單個電池單元提供的電壓通常太小，因此通常將多個電池以能導電地耦合“堆(stack)”進行布置以增加電化學轉換組件的電輸出。

MEA典型地包括分隔MEA的陽極層和陰極層的質子交換膜。MEA典型地以在潮濕條件下增強的質子導電性為特征。為了描述本發明的內容，應指出燃料電池和燃料電池堆(fuel?cell?stack)的通常配置和操作超出了本發明的范圍。對于燃料電池和燃料電池堆通常的配置和操作，申請人參考了覆蓋其中配置燃料電池“堆”和該堆的各種組件的方式的大量教導。例如，多項U.S.專利和公布的申請直接涉及燃料電池配置和相應的操作方法。更特別地，U.S.專利No.6,974,648的圖1和2以及所附的正文給出了一種類型的燃料電池堆的組件的詳細闡述且這一特定主題通過參考特別地引入。

圖1闡述了陽極側雙極板5(陰極側將具有類似的區域)的區域。雙極板的陽極側包括活性區域(active?area)10、饋送區域(feed?regions)15、管道區域(tunnel?region)20以及歧管25。在燃料電池工作過程中，液態水積聚在雙極板的陽極(和陰極)出口區域中。在燃料電池堆關閉之前需要清除水以防止在隨后的亞冷凍溫度下燃料電池堆啟動時水冷凍而阻止陽極流動(陽極饑餓(anode?starvation))。

發明概述

本發明的一個方面是電極板。在一個實施方案中，電極板包括板，該板具有活性區域、與該活性區域流體連通的饋送區域以及與饋送區域和歧管區域流體連通的管道/端口區域，至少一部分的在管道區域、至少一部分的饋送區域以及管道區域與歧管區域之間的界面中的一個或多個上的超級疏液涂層。

本發明的另一個方面是燃料電池組件。在一個實施方案中，該燃料電池組件包括多個膜電極組件，各膜電極組件包括配置成接受含氫反應物(hydrogen-bearing?reactant)的陽極和配置成接受含氧反應物(oxygen-bearing?reactant)的陰極，陽極和陰極被質子可透過的電解質膜隔開；以及多個電極板，各電極板布置在多個膜電極組件的一對(a?pair?of?the?plurality?of?membrane?electrode?assemblies)之間，各板限定反應物通道，該反應物通道與相鄰面對所述膜電極組件中的一個對應的一個陽極或陰極(corresponding?one?of?the?anode?or?the?cathode?of?an?adjacently?facing?one?of?the?membrane?electrode?assemblies)流體連通，各板在至少一側上具有活性區域、與活性區域流體連通的饋送區域、以及與饋送區域和歧管區域流體連通的管道/端口區域，各板的至少一側具有在至少一部分的管道區域、至少一部分的饋送區域以及管道區域與歧管區域之間的界面中的一個或多個上的超級疏液涂層。

本發明的另一方面是制造在電極出口區域具有減少的水積聚的燃料電池的方法。在一個實施方案中，該方法包括提供多個板，各板在板的至少一側上具有活性區域、與活性區域流體連通的饋送區域、以及與饋送區域和歧管區域流體連通的管道/端口區域；在該板的至少一側上的至少一部分的管道區域、至少一部分的饋送區域以及管道區域與歧管區域之間的界面的一個或多個上沉積超級疏液涂層；提供多個薄膜電極組件，各包括配置成接受含氫反應物的陽極以及配置成接受含氧反應物的陰極，該陽極和陰極被質子可透過的電解質膜隔開；以及在多個膜電極組件的一對之間放置所述多個板的每一個，所述板的側面具有與陽極或陰極流體連通的超級疏液涂層。

本發明包括以下方面：

1.電極板，包含：

板，該板具有活性區域、與該活性區域流體連通的饋送區域以及與饋送區域和歧管區域流體連通的管道區域，

超級疏液涂層，該超級疏液涂層在至少一部分的管道區域、至少一部分的饋送區域以及管道區域與歧管區域之間的界面的一個或多個上。