亲水性的且耐蚀的燃料电池部件
专利汇可以提供亲水性的且耐蚀的燃料电池部件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及具有亲 水 性和耐蚀性的 燃料 电池 部件。所披露的一个 实施例 包括一种产品，所述产品包括 燃料电池 双极板，所述燃料电池双极板包括 基板 ，所述基板包括第一面、在所述第一面中限定出的反应气体流场以及位于所述第一面的至少一部分上的层，其中所述层中包括沸石。，下面是亲水性的且耐蚀的燃料电池部件专利的具体信息内容。
1.一种燃料电池，所述燃料电池包括：
燃料电池基板，所述燃料电池基板包括限定出反应气体流场的第一面和位于所述第一面的至少一部分上的层，其中所述层中包括至少一种沸石；
其中所述沸石具有0.4纳米至10纳米的孔隙尺寸；
其中所述沸石具有0至20度的水接触角度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述基板包括导电材料。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述基板选自包括不锈钢、钛、铝和包含导电材料的聚合复合物的组群。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述沸石包括铝的氧化物。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述沸石包括硅的氧化物。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述沸石包括铝的氧化物和硅的氧化物。
7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括浸渍在至少一种粘合剂内的至少一种沸石粉末。
8.根据权利要求7所述的燃料电池，其中所述粘合剂包括聚酰胺-酰亚胺、环氧化物、聚醚酰亚胺、多酚、含氟弹性体、聚酯、苯氧基化合物-酚醛树脂、环氧化物-酚醛树脂、丙烯酸类树脂和氨基甲酸乙酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括碳纤维。
10.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括碳纳米管。
11.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括碳黑。
12.根据权利要求11所述的燃料电池，其中所述碳黑具有在0.05微米至3微米的范围内的颗粒尺寸。
13.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括石墨。
14.根据权利要求13所述的燃料电池，其中所述石墨具有在0.05微米至3微米的范围内的颗粒尺寸。
15.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括金。
16.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括银。
17.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括碳化物。
18.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括氮化物。
19.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括碳纤维、碳纳米管、碳黑、石墨、金、银、碳化物或氮化物中的至少一种。
20.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括重量百分比为5％至70％的碳。
21.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层进一步包括重量百分比为30％至
70％的粘合剂。
22.根据权利要求21所述的燃料电池，其中所述粘合剂包括聚酰胺-酰亚胺、环氧化物、聚醚酰亚胺、多酚、含氟弹性体、聚酯、苯氧基化合物-酚醛树脂、环氧化物-酚醛树脂、丙烯酸类树脂和氨基甲酸乙酯中的至少一种。
23.根据权利要求7或21所述的燃料电池，其中所述粘合剂包括交联聚合物。
24.根据权利要求7或21所述的燃料电池，其中所述粘合剂包括聚酰胺-酰亚胺热固性聚合物。
25.根据权利要求8或22所述的燃料电池，其中所述含氟弹性体为聚偏氟乙烯。
26.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层包括重量百分比为100％的沸石。
27.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层包括重量百分比为5％至50％的沸石。
28.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述沸石是高硅石ZSM-5沸石。
29.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层具有40纳米的最小厚度。
30.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述层具有40纳米至2微米的厚度。
31.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述基板是双极板。
32.根据权利要求31所述的燃料电池，进一步包括：
多块所述双极板；和
位于相邻的双极板之间且面对所述反应气体流场的软制品部分，其中所述软制品部分包括位于聚合物电解质膜的相对面上的阳极和阴极。
33.一种形成燃料电池的方法，所述燃料电池包括燃料电池基板，所述基板限定出反应气体流场，所述方法包括：
在燃料电池基板的至少一部分上形成层，其中所述层包括至少一种沸石；其中所述沸石具有0.4纳米至10纳米的孔隙尺寸；其中所述沸石具有0至20度的水接触角度。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述形成层的步骤包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶、喷涂、浸渍、刷涂、旋涂或丝网印刷中的至少一种。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述喷涂为热喷涂。
36.根据权利要求33所述的方法，进一步包括提供多决所述基板并且提供位于相邻基板之间的软制品部分，所述基板具有位于其一部分上的所述层，其中所述软制品部分包括位于聚合物电解质膜的相对面上的阳极和阴极。
37.根据权利要求33所述的方法，其中所述层进一步包括导电颗粒。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述导电颗粒包括碳黑或石墨中的至少一种。
39.一种形成燃料电池的方法，所述燃料电池包括燃料电池基板，所述基板限定出反应气体流场，所述方法包括：
通过水热工艺形成沸石；并且
将所述沸石沉积在燃料电池基板的至少一部分上；
其中所述沸石具有0.4纳米至10纳米的孔隙尺寸，且所述沸石具有0至20度的水接触角度。
亲水性的且耐蚀的燃料电池部件
技术领域
电池功率需求通常低于0.2A/cm，由于反应气体的流速过低使得不能使水受力被排出通道，因此水会积聚在流动通道内。随着水的积聚，其形成了液滴，所述液滴由于板材的疏水性本质而继续膨胀。水滴的接触角通常为约90°，原因在于，液滴形成在大体上垂直于反应气体流的流动通道中。随着液滴尺寸的增加，流动通道被封闭，且由于通道在共用的入口歧管与出口歧管之间平行地延伸，而使得反应气体转向其它流动通道。由于反应气体不可能流动通过被水阻塞的通道，因此反应气体不能使水受力而被排出通道。由于通道被阻塞而使得并未接收反应气体的膜的那些区域将不会产生电力，因此导致出现了不均匀的电流分布并且降低了燃料电池的总效率。燃料电池产生的电力随着越来越多的流动通道被水阻塞而降低，在电池电压电位小于200mV的情况下，则认为是电池失效。由于燃料电池是串联电耦接的，因此如果其中一个燃料电池停止工作，则整个燃料电池堆也会停止工作。 [0009] 在质子交换膜燃料电池环境中，双极板与包含F-、SO4-、SO3-、HSO4-、CO3-和HCO3-等的强酸性溶液(pH 3-5)持续接触。此外，阴极在高度氧化性环境中运行，使得其在暴露于加压空气时被极化至约+1V的最大电压(对于标准氢电极而言)。最后，阳极被持续暴露于氢气氛中。因此，由金属制成的接触元件必须要耐受燃料电池环境中的酸、氧化和氢脆。由于现有的金属中几乎没有金属能够满足该标准，因此接触元件通常由在质子交换膜燃料电池环境中具有耐蚀性和导电性的大片石墨制成。然而，石墨相当易碎且相当多孔，这使得极难由石墨制出很薄的气体不可透过的板。
具体实施方式
18的反应气体流场被限定在第一面42中。通道16包括一个或多个侧壁30和底壁32。冷却流体流动通道26可被设置在第二面44上。在一个实施例中，基板14包括导电材料如不锈钢、钛、铝或包括导电材料如碳纤维或类似材料的聚合复合物。层28被设置在第一面42的至少一部分上。层28可以是亲水性的且耐蚀的层。在一个实施例中，层28包括沸石。沸石可包括铝硅酸盐四面体框架、可离子交换的大阳离子和稳定的三维结构。 [0023] 沸石涂层是亲水性稳定涂层和良好的离子交换树脂。在一个实施例中，沸石层被构造和布置成使得足以在燃料电池中提供亲水性稳定涂层以便改进水管理。在低pH下，沸石涂层可以是稳定的。沸石可用来使金属阳离子例如氟化物离子对膜电极组件的污染最小化。在一个实施例中，沸石层被构造和布置成使得足以俘获或捕获浸出双极板或燃料电池堆的其它部件的金属阳离子。由于膜电极组件的劣化而使得可能在燃料电池环境中产生金属阳离子。金属阳离子可能通过增加膜电极组件的电阻、通过化学劣化而削弱膜的稳定性和/或影响膜的离子交换性能从而降低燃料电池堆的性能。
的结构基于具有交叉隧道的通道。铝的部位是极具酸性的部位。用Al 代替四面体Si 硅+
石需要在存在外加正电荷的情况下进行。当该外加正电荷为H 时，沸石的酸度极高。ZSM-5
2
可具有400-425m/g的表面积。在一个实施例中，可通过水热工艺来制造沸石。在一个实施例中，沸石可具有化学稳定性、多孔性和亲水性。沸石可具有处于约0.4纳米至约10纳米的范围内的孔隙尺寸和处于约0至约20％的范围内的接触角度。
50与阴极54之间。第一双极板62位于第一气体扩散介质层50的上面。阳极56可位于聚合物电解质膜48的第二面86的下面。第二气体扩散介质层60可位于阳极层56的下面，且可选地第二多微孔层58可被插置在第二气体扩散介质层60与阳极56之间。第二双极板64可位于第二气体扩散介质层60上面。
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