[發(fā)明專利]一種具有高排水能力的燃料電池堆及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010572055.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111900428A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴昱;涂序國(guó);袁博;時(shí)丕宏;魏燕;李國(guó)強(qiáng);侯向理
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江高成綠能科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/0258
• 分類號(hào): H01M8/0258;H01M8/04119;H01M8/2404
• 代理公司: 上海智晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 陶柳濤

本發(fā)明涉及一種具有高排水能力的燃料電池堆及其制備方法，其中，該電池堆包括兩端的電極板以及位于兩塊電極板之間的膜電極及密封墊，所述電極板的流場(chǎng)表面涂有氟硅油。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以使得燃料電池堆的陽(yáng)極以及陰極流場(chǎng)表面更為疏水，使得燃料電池堆的排水能力得到提高，從而避免了燃料電池堆發(fā)生水淹現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高排水能力的燃料電池堆及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池堆工作時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為例。以氫氣作為燃料，PEMFC的電極反應(yīng)如下所示：

陽(yáng)極：H₂→2H⁺+2e^-

陰極：¹/₂O₂+2H⁺+2e^-→H₂O

諸多因素影響著燃料電池堆的性能。其中燃料電池堆的水管理是其中最為復(fù)雜的問題之一。一方面，質(zhì)子交換膜必須保證足夠的潤(rùn)濕程度以減小電池的歐姆損失，另一方面，過多的水會(huì)引起電池內(nèi)部的水淹現(xiàn)象，阻礙反應(yīng)物的傳輸。在電池運(yùn)行過程中，水不斷的在陰極催化層中產(chǎn)生。同時(shí)，H⁺陽(yáng)極到陰極側(cè)的移動(dòng)會(huì)對(duì)水產(chǎn)生電滲拖拽作用，使得相當(dāng)數(shù)量的水從陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)到陰極。這些水一部分在膜中反向擴(kuò)散到陽(yáng)極，一部分蒸發(fā)為氣態(tài)以水蒸汽的形式傳輸，其余的將以液態(tài)的形式傳輸。

質(zhì)子交換膜燃料電池的水淹以流道水淹為主，為了避免水淹現(xiàn)象的產(chǎn)生，現(xiàn)有技術(shù)一般采取兩種措施：第一類是與CN109524684A或CN109301282A等專利類似，在流場(chǎng)板上布置微孔道或特殊形狀流道，加快水的排出。第二類是與CN110112425等專利類似，在流道內(nèi)設(shè)置疏水物質(zhì)，且目前采用的疏水物質(zhì)大多為聚四氟乙烯。但是，上述兩種方法，對(duì)于解決水淹現(xiàn)象效果不夠穩(wěn)定，且操作較為復(fù)雜。

因此，本領(lǐng)域急需一種穩(wěn)定性好、制備簡(jiǎn)單的具有高排水能力的燃料電池堆及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有高排水能力的燃料電池堆。

本申請(qǐng)之目的還在于提供上述燃料電池堆的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┮韵录夹g(shù)方案。

在第一方面中，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有高排水能力的燃料電池堆，所述電池堆包括兩端的電極板以及位于兩塊電極板之間的膜電極及密封墊，所述電極板的流場(chǎng)表面涂有氟硅油。氟硅油作為一種疏水劑在雙極板的流場(chǎng)表面的附著力很大，更容易將流場(chǎng)表面的水聚成水滴，因此，更容易排水。氟硅油作為一種疏水劑具有耐腐蝕性、電絕緣性能好、低的表面張力，并且可以在-60℃-250℃較大的工作區(qū)間內(nèi)保持穩(wěn)定性。

在第一方面的一種優(yōu)選方式中，所述電極板的流場(chǎng)表面涂覆含有氟硅油的混合溶劑，所述混合溶劑中含有氟溶劑。氟硅油易溶于氟溶劑，加入氟溶劑可以降低氟硅油的粘度，增強(qiáng)其在各種工況下的適應(yīng)性。

在第一方面的一種優(yōu)選方式中，所述氟硅油與氟溶劑的重量比為1：(1～5)。

在第一方面的一種優(yōu)選方式中，所述混合溶劑中含有水。加入水之后可以進(jìn)一步降低氟硅油的黏度，增強(qiáng)其適應(yīng)性。

在第一方面的一種優(yōu)選方式中，所述氟溶劑和氟硅油的總質(zhì)量與水的質(zhì)量之比為(1～5)：1。

在第一方面的一種優(yōu)選方式中，所述氟溶劑包括四氟化碳。由于四氟化碳在常溫常壓下為氣態(tài)，因此本申請(qǐng)的四氟化碳在使用時(shí)，需經(jīng)過高壓液化。

在第一方面的一種優(yōu)選方式中，所述氟硅油選用杜邦公司生產(chǎn)的氟硅油。