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擴散介質、燃料電池和燃料電池供能的系統的制作方法

文檔序(xu)號:7221598閱讀:212來(lai)源:國知局(ju)
專利名稱:擴散介質、燃料電池和燃料電池供能的系統的制作方法
技術領域
本發明大體上涉及擴散介質、使用本發明的擴散介質的燃料電池和 采用這種燃料電池的燃料電池供能的系統。更具體地,本發明涉及使用 擴散介質解決燃料電池和其它類型的器件中的水轉移難題。
背景技術
燃料電池已經被用作許多用途中的電源并被提議用在電動汽車動
力裝置中以代替內燃機。在質子交換膜(PEM)型燃料電池中,對燃料 電池的陽極供應氬,對陰極供應作為氧化劑的氧。PEM燃料電池包括膜 電極組合件(MEA),其包含在其一面上具有陽極并在相反面上具有陰 極的薄的、質子傳導性的、非電子傳導性(non-electrically conductive) 的固體聚合物電解質膜。MEA夾在一對電子傳導性元件之間,這對元 件(1 )充當陽極和陰極的集電器,和(2)在其中含有適當的通道和/
面上。多個單獨電池通常束在一起形成PEM燃料電池堆。術語燃料電 池通常根據上下文用于指單電池或多個電池(堆)。堆中的一組電池通 常被稱作蔟(cluster)。在轉讓纟合General Motors Corporation的美國專 利No. 5,763,113中描述了電池堆中多個電池的典型布置。
在PEM燃料電池中,氫(H2)是陽極反應物(即燃料),氧是陰 極反應物(即氧化劑)。氧可以是純凈形式(02)、或空氣(02和N2 的混合物)。固體聚合物電解質通常由離子交換樹脂,例如全氟化磺酸 離子交聯聚合物制成。陽極/陰極通常包含細碎的催化顆粒,其通常負載 在碳顆粒上并與質子傳導樹脂混合。催化顆粒通常是貴重的貴金屬顆 粒。包含催化電極的這些膜電極組合件需要某些受控條件以保持最佳質 子傳導性所需的一定水化(hydration)和避免溢流。
燃料電池的有效運行至少部分取決于在發生反應的電極催化位點 有效分散反應物氣體的能力。此外,需要有效去除產物水以便不會抑制 新鮮反應物流向催化位點。因此,改進反應物和產物水進出發生反應的 MEA的遷移性是合意的。為了改進反應物和產物物質進出發生反應的MEA的遷移性,使用 擴散結構一一其提高進出燃料電池的MEA中的電極的質量傳遞。擴散 結構在與電池的膜電解質相對的電極主表面上與電極協作并相互作 用,因此需要電和熱傳導性。擴散結構有利于向電極供應反應物氣體。 擴散結構下文被稱作擴散介質。參見例如授予本申請的受讓人的美國專 利No. 6,350,539。擴散介質位于MEA和各個燃料電池的陰極或陽極流 動通道之間。相對典型的擴散介質的一個例子包括電子傳導性多孔介 質,例如碳紙。
在操作PEM燃料電池時,由于在MEA中發生的氫與氧之間的電化 學反應,在陰極側產生水。水還通常經由反應物氣流引入燃料電池以潤 濕該膜,從而確保良好的質子傳導性。PEM燃料電池可能遭受相對過量 的水,其如果不從該系統中去除,就會阻塞氧化劑氣體和陰極之間的傳 輸路徑。除陰極側上可能的氧化劑不足外,也可能在陽極側上形成氣流 通道中的水栓,這可能造成氫不足。陽極側上的水可能由氬氣的外部潤 濕和由透過膜的反向擴散(陰極到陽極)引起。如果發生這些情況,燃
料電池效率會降低并可能最終造成系統停止---種被稱作"溢流,,的
現象。因此,管理水是燃料電池的有效運行的一個相對重要的方面。
擴散介質在PEM燃料電池水管理中發揮相對重要的作用。擴散介 質可以促進水的移動以確保MEA中反應物氣體與催化劑電極之間良好 的傳輸路徑。實現這一點的一種傳統實踐是用疏水材料,例如聚四氟乙 烯(PTEE )涂布擴散介質(例如碳紙)。這種PTEE涂布使該介質更疏 水并由此有助于防止水堵塞擴散介質中的流動通道。此外,為提供更有 效的水管理,還追求其它水管理性能。對于氣體擴散介質,提供流動路 徑對于燃料電池中提高的水管理是合意的。
發明概述
在至少一個實施方案中,本發明包括具有包括第一主表面和第二主 表面的外表面的多孔基質和在至少 一部分多孔基質上的親水聚合物涂 層,其中親水涂層包含含有親水單體的制劑的固化產物。
在至少另一實施方案中,本發明包括包含陽極、陰極、位于陽極和 陰極之間的PEM、和位于陽極和陰極至少之一與PEM之間的擴散介質 的燃料電池。擴散介質包含具有包括第一主表面和第二主表面的外表面
5的多孔基質和在至少一部分外表面上的親水聚合物涂層。該親水涂層包 含含有親水單體的制劑的固化產物。
在至少再一實施方案中,本發明包括制造擴散介質的方法。該方法 包括提供多孔基質并用親水聚合物涂層涂布至少一部分多孔基質。在至 少一個實施方案中,涂布步驟包括使多孔基質暴露在包含親水單體的親 水制劑中以在多孔基質上形成涂層前體,遮蔽第一部分涂有前體的多孔 基質,同時讓第二部分基質未遮蔽,并使涂有前體的多孔基質暴露在紫
外線下以紫外線固化第二部分基質上的涂層前體以在該第二部分上形 成親水聚合物涂層。
根據本文提供的詳述,本發明的其它應用領域變得顯而易見。應該 理解的是,詳述和具體實施例盡管顯示了本發明的優選實施方案,但僅 用于舉例說明而非限制本發明的范圍。
附圖簡述
根據詳述和附圖,將更充分地理解本發明,在附圖中,類似的結構
用類似的附圖標記表示,且其中
圖是包含本發明的多孔擴散介質的燃料電池的分解示意圖2是根據本發明的實施方案的擴散介質的圖解;
圖3是靠著催化劑層放置的根據本發明的實施方案的擴散介質的圖
解;
圖4是根據本發明的其它實施方案的擴散介質的示意圖5是包含使用本發明的多孔擴散介質的燃料電池的車輛的圖解。
優選實施方案詳述
優選實施方案的下列描述就其性質而言僅是示例性的且無論如何 不是要限制本發明、其應用或用途。現在詳細提及本發明的目前優選的 組合物、實施方案和方法,其構成發明人目前已知的本發明的最佳實施 方式。附圖不一定按比例。但是,要理解的是,所公開的實施方案僅是 可以以各種可選擇的形式實施的本發明的示例。因此,本文所/>開的具 體細節不被認為是限制性的,而是僅作為權利要求的代表性基礎和/或作 為用于教導本領域技術人員以各種方式利用本發明的代表性基礎。
除了在實施例中或在另行明確指明的地方外,本說明書中描述材料量或反應條件和/或應用的所有數值量被理解為用詞語"大約,,修飾以描 述本發明的最寬范圍。在所述數值限值范圍內的實踐通常是優選的。此
外,除非明確作出相反論述百分比,"份數"和比值按重量計;術語
"聚合物"包括"低聚物,,、"共聚物"、"三元共聚物"和類似物; 對于與本發明相關的給定用途而言合適或優選的 一組或一類材料的描
述意味著該組或該類中任何兩種或更多成員的混合物同樣合適或優 選;在化學方面成分的描述是指在添加到本說明書中所列的任何組合中 時的成分,且不必排除在 一 經混合后混合物的成分之間的化學相互作 用;首字母縮寫詞或其它縮寫的第一個定義適用于相同縮寫在本文中的 所有隨后的應用,并適用于最初定義的縮寫的標準語法變體;且除非明
確定性質的測量。
先參看

圖1,顯示了包含本發明的多孔擴散介質20的示例性燃料電 池10。具體地,燃料電池10包含插在燃料電池10的陽極流場40和陰 極流場50之間的膜電極組合件30。已想到,流場40、 50和膜電極組合 件30可以在不背離本發明范圍的情況下具有各種傳統或有待開發的形 式。盡管膜電極組合件30的具體形式超出本發明的范圍,在所示實施 方案中,膜電極組合件30包括各自的催化電極層32和離子交換膜34。
參照圖2,顯示了根據本發明的一個實施方案的多孔擴散介質20。 擴散介質20包含在至少一部分多孔基質表面上具有親水聚合物涂層24 的多孔基質22。在至少一個實施方案中,親水聚合物涂層24包含對于 涂布介質20適合產生小于90°,在另一些實施方案中小于75°,在又一 些實施方案中小于50。,在再一些實施方案中小于25。,在再一些實施方 案中小于15°,在再一些實施方案中小于10°,在再一些實施方案中小于 5°,在再一些實施方案中為0。的接觸角的固化聚合物。親水涂層24可 以提供穿過介質20的有效水流路徑以將水芯吸走。對于多孔介質,0° 的接觸角意味著水基本立即穿過或芯吸穿過擴散介質20。
在至少一個實施方案中,涂層24是使涂布基質22親水(即具有小 于90。的接觸角)的親水聚合交聯單體。單體可以通過交聯單體的接枝 聚合和/或沉積法沉積在多孔基質22的表面上。在至少一個實施方案 中,涂層24可以為lnm (納米)至lpm (微米)厚,在另一些實施方 案中為5至100納米厚,在再一些實施方案中為IO至50納米厚。在低
7于1納米的厚度下,基質22可能不夠親水。在大于1微米的厚度下, 基質22的滲透性可能受損。
多孔基質22可以包含任何合適的多孔基質材料,例如電子傳導性 材料、碳紙、石墨紙、布、氈、泡沫、碳或石墨織物、碳或石墨無紡布、 金屬篩或泡沫、及其組合。盡管基質22的尺寸極大取決于與要使用多 孔擴散基質20的具體應用相關的設計要求,要指出,可以使用20微米 至1000微米或更特別200微米的厚度d。類似地,作為例舉而非限制, 多孔基質可以確定以織物透氣性試^M義值(permeometer number)(用 Gurley織物透氣性試驗儀,型號4301測定)表征的孔隙率,為在0.5英 寸水下50 ft3/min/ft2,或更通常以在0.5英寸水下20 ft3/min./ft2至100 ftVmin./ft2的Gurley織物透氣性試驗儀值。在這點上,要指出,孔隙率 是空氣有多容易透過材料樣品的量度。Gurley試驗測量了給定體積的空 氣透過樣品所需的時間。
可以使可聚合單體通過接枝和/或沉積聚合和交聯到多孔基質22上 以使包括孔隙內表面(即穿過多孔基質厚度d或主體)的多孔基質的幾 乎整個表面完全被交聯/接枝聚合物涂布。或者,涂層24可以限制在小 于基質22的整個表面,例如整個表面或主體的一部分(小于d,例如d 的一半),基質22的一面或兩面,基質22的一面或兩面的一部分,和 /或條形或其它離散的覆蓋形狀。
在一個工藝實施方案中,在溶劑或其它對反應物成分合適的稀釋劑 中包含可自由基聚合的單體、聚合引發劑和交聯劑的試劑浴與多孔基質 22接觸。然后將處理過的基質22置于實施單體的自由基聚合和用交聯 聚合物涂布多孔基質的條件下。當單體是雙官能或具有更高官能度時, 不需要使用其它交聯劑。
在本文中可以使用用于涂布聚合物的任何單體,只要其是親水的, 能夠通過自由基聚合法聚合和可以交聯即可。合適的親水單體包括但不 限于,羥基取代的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,包括但不限于2-羥乙基 丙烯酸酯、2-和3-羥丙基丙烯酸酯、2,3-二羥丙基丙烯酸酯、聚乙 氧基乙基-和聚乙氧基丙基-丙烯酸酯;丙烯酰胺、曱基丙烯酰胺及其 衍生物,包括但不限于N-曱基丙烯酰胺、N,N-二曱基丙烯酰胺、N,N -二曱基曱基丙烯酰胺、N,N-二曱基-氨基乙基、N,N-二乙基-氨基 乙基、2-丙烯酰氨基-2-曱基-1 -丙烷磺酸、N - [(3-二曱基氨基)
8丙基]丙烯酰胺、和丙烯酸2- (N,N-二乙基氨基)乙基甲基丙烯酰胺; 聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚 乙二醇二曱基丙烯酸酯;聚丙二醇丙烯酸酯、聚丙二醇曱基丙烯酸酯、 聚丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯;丙烯酸;甲基丙烯酸; 2-和4 -乙烯基吡啶、4-和2-曱基-5-乙烯基吡啶;N-曱基-4 -乙烯基吡啶;2-曱基-1 -乙烯基咪唑;二曱基氨基乙基乙烯基醚; N-乙烯基吡咯烷酮;衣康酸、巴豆酸、富馬酸和馬來酸;苯乙烯石黃酸 及其混合物。在至少一個實施方案中,特別合適的單體包含聚乙二醇丙 烯酸酯。
對上述單體合適的交聯劑是本領域中公知的。合適的試劑包括,但 不限于,具有二或多不飽和官能團的單體,包括但不限于聚乙二醇和聚 丙二醇的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯、三羥曱基丙烷三丙蹄酸酯和三
甲基丙烯酸酯、二-三羥甲基丙烷、四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、 四甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、含二乙烯基石風硅氧烷的二丙烯酸酯和二 甲基丙烯酸酯。在至少一個實施方案中,特別合適的交聯劑包括聚乙二 醇二丙烯酸酯。
對上述單體合適的引發劑是本領域中公知的。合適的引發劑包括, 但不限于,過硫酸銨、過硫酸鉀、4,4,-偶氮雙(4-氰基戊酸)、2,2, -偶氮雙(2-脒基丙烷)鹽酸鹽、過硫酸氫鉀、酮或類似物。在至少 一個實施方案中,特別合適的交聯劑包括酮,例如Ciba Specialty Chemicals IRGACURE 184 ( 1 -羥基-環苯基一 S同(1 — hydroxy - cycle - phenyl - ketone ))。
用于可聚合單體、聚合引發劑和交聯劑的具體溶劑組合物或稀釋劑 取決于所用具體反應物。必要的只是反應物在溶劑中溶解且溶劑不會腐 燭多孔基質22。典型的合適溶劑組合物包括(a)水和(b)與水混溶的 有機溶劑,例如N-曱基吡咯烷酮、二曱亞砜、異丙醇、2-丙醇、四 氫呋喃、碳酸亞丙酯、Y-丁內酯、四氫噻吩-1,1 - 二氧化物、N-環 己基-2-吡咯烷酮、四曱基脲或類似物。
以反應物溶液重量的1重量%至100重量%,在另一實施方案中以5重 量%至50重量%,在再一實施方案中以10重量%至30重量%的濃度存 在。在至少一個實施方案中,交聯劑通常以反應物溶液重量的0.5重量%至100重量%,在另一實施方案中以1重量%至25重量%,在再一實 施方案中以2重量%至10重量%的量存在。在至少一個實施方案中,聚 合引發劑通常以反應物溶液重量的0.01重量%至10重量%,在另一實施 方案中以0.5重量%至5重量%,在再一實施方案中以1重量°/。至3重量 %的量存在。如上所述,可以在沒有單體的情況下使用交聯劑并由此可 以充當可聚合單體。
可以使用引發自由基聚合的任何傳統能量源,例如紫外線、加熱、 Y輻射、電子束輻射等等。在至少一個實施方案中,聚合反應應該實施 確保多孔基質22的所需表面被沉積的聚合物組合物涂布而基本不會阻 塞基質22中的孔隙的時間。在至少一個實施方案中,親水聚合物涂層 24將多孔基質22的透氣性與其初始透氣性相比降低了小于40%,在另 一些實施方案中降低了小于25%,在再一些實施方案中降低了小于 15%。通常,在至少一個實施方案中,合適的反應時間為0.1至30分鐘, 在另一些實施方案中至4分鐘。可以在多孔基質22浸在溶液中的同 時進行反應。但是,這可能導致單體在整個溶液中聚合。優選用反應物 溶液浸透多孔基質22并在溶液外部進行反應以使單體不會浪費。因此, 反應可以分批或連續進行。當作為連續法運行時,用反應物溶液浸透多 孔基質片22,然后轉移到反應區域,在此其暴露在能量下以實現聚合反 應。
如上所述,在至少一個實施方案中,親水聚合物涂層24可以位于 多孔基質22的整個表面上。在至少另一實施方案中,親水聚合物涂層 24可以位于多孔基質22的不到整個表面上。例如,在至少某些實施方 案中,親水聚合物涂層24可以位于基質22的主表面21或23之一或兩 者上,或位于基質主表面21、 23之一或兩者的一部分上。此外,在至 少另一實施方案中,親水聚合物涂層24可以位于基質22的主表面21、 23之一或兩者的幾乎全部或一部分上,并明顯延伸到主表面21、 23的 涂布部分之間的基質22的主體內。
總體來看圖2和4,顯示了某些實施方案,其中親水涂層24的示例 性間隔區域26可以橫跨擴散介質的第 一和第二主表面21、 23之間的多 孔擴散介質20橫截面分布,并可以橫跨第一和第二主表面21、 23交替。 在該實施方案中,多孔基質22的基本未涂布區域28可以位于親水涂布 區域之間。例如而非作為限制,要指出,根據本發明的一個實施方案,間隔的親水涂布區域26可以以小于5.0厘米,4艮據另一實施方案小于1.0厘米,根據再一實施方案0.5厘米,且根據又一實施方案0.25厘米的周期性為特征。當然,親水區域26的周期性、形狀和相對尺寸極大取決于與使用多孔擴散介質20的具體應用有關的設計要求。
以通過將擴散介質20分成加強水傳遞的區域26和加強氣體傳遞的區域28來限制水和氣體傳遞之間的干擾。
在本發明的某些實施方案中,親水區域26可以限定為足夠親水以確定小于90。,在另一些實施方案中小于75°,在又一些實施方案中小于50°,在再一些實施方案中小于25°,在再一些實施方案中小于15°,在再一些實施方案中小于10°,在再一些實施方案中小于5°,在再一些實施方案中0。的接觸角。
同樣如圖2-4中所示,在至少一些實施方案中,多孔擴散介質20可以包含疏水材料25,其例如為沿擴散介質20的一個,例如第二主表面23的至少一部分設置的疏水層形式。疏水材料25通常在多孔基質22的表面上形成相對較薄的疏水涂層,例如最多l微米厚,而不會明顯降低多孔基質22的透氣性。在所示實施方案中,疏水材料25有助于防止液體水滴在擴散介質20上聚集。已經想到,可能優選的是確保疏水材料25比多孔擴散介質20的涂布和未涂布區域26、 28更推斥水滴,即更疏水。
疏水材料25通常包括含氟聚合物。作為例子而非限制,合適的含氟聚合物可以由四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)、乙烯和四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯和丙烯(FEP)、全氟甲基乙烯基醚、偏二氟乙烯、和類似物及其組合制成。
在至少一個實施方案中,親水聚合物涂層24和疏水材料25可以在多孔基質22附近以離散圖案布置以在擴散介質20中產生加強水傳遞的區域和加強氣體傳遞的區域。在這種構造中,在被親水涂層24涂布的基質22的部分26中會加強水傳遞,在被疏水材料25涂布的區域28中會加強氣體傳遞。
在至少一個實施方案中,本發明的擴散介質20通過使多孔基質22暴露在溶劑(如果必要)、親水單體、交聯劑(如果必要)和優選引發劑的溶液中來制造。在至少一個實施方案中,通過將多孔基質22浸在
ii溶液中,使多孔基質22暴露在溶液中。然后額可以讓處理過的多孔基質22干燥以使溶劑蒸發,從而留下其上具有涂層前體的處理過的多孔基質22。其上具有涂層前體的多孔基質22隨后可以暴露在固化媒介,例如紫外線中,以將涂層24固化到多孔基質22上,從而形成擴散介質20。
在另一實施方案中,親水涂層24的選擇性放置可以通過如下方式實現將其上具有涂層前體的多孔基質22用合適的掩模,例如金屬或塑料板覆蓋,然后使該掩蔽的多孔基質22暴露在合適的固化介質中以固化多孔基質22的未覆蓋(即未掩蔽)部分。在該實施方案中,特別合適的固化介質是紫外線,因為紫外線不會固化被掩模覆蓋的涂層前體。在移除掩模后,具有預定涂層24的多孔基質22可以隨后用溶劑漂洗以從多孔基質22上去除未固化的涂層前體。可以讓具有被親水涂層24涂布的部分的多孔基質22隨后干燥形成擴散介質。此外,還想到,
使用掩模的一種替代方案可以是將親水單體溶液僅選擇性施加到要被親水涂層24涂布的離散區域26上。如果需要,可以將疏水材料25以任何合適的方式,在被親水涂層24涂布之間或之后,置于或固定在擴散介質20上。如果使用疏水材料25,其可以以任何合適的方式,例如氣相PTFE沉積法置于介質20上。
參看圖5,要指出,本發明的器件可以包括限定與本發明的燃料電池10和燃料儲存裝置15結合的燃料電池供能機動車100的另一結構。但是要理解的是,其它燃料電池系統應用,例如在住宅系統領域中,可以/人本發明荻益。
通過實施例進一步解釋本發明。要理解的是,本發明不受實施例限制。
實施例
制備包含0.1克聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA) 、 0.4克聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)、 0.02克光引發劑Irgacure 184(可獲自Ciba SpecialtyChemicals)和1.5毫升異丙醇的親水涂料組合物的制劑。然后將碳纖維擴散介質浸在溶液中l分鐘。然后將擴散介質從溶液中取出并在空氣中暴露5分鐘以蒸發異丙醇溶劑。然后將處理過的擴散介質暴露在紫外線固化下。為了測試親水涂層的耐久性,使具有親水涂層的擴散介質暴露在加
熱至95。C的水中3天,然后暴露在95。C的酸性水溶液(pH-2)中3天。在暴露在水和酸性水溶液中之后,擴散介質保持親水,這表明親水涂層非常穩定并合適地附著到擴散介質的多孔基質上。
要指出,"優選地"、"通常地"和"典型地"之類的術語在本文中不用于限定所要求的本發明的范圍或意味著某些要素對于所要求的本發明的結構或功能是關鍵的、基本的或甚至重要的。但是,這些術語僅用于突出在本發明的具體實施方案中可以使用或不使用的替代或附加要素。
為了描述和限定本發明,要指出,術語"基本(substantially)"在本文中用于表示可歸因于任何數量比較、值、測量或其它表示法的固有不確定程度。術語"基本"在本文中也用于表示數量表示法在不造成所述標的物基本功能變化的情況下偏離所述基準的程度。
盡管已經例證和描述了本發明的實施方案,但這些實施方案旨在例證和描述本發明的所有可能的形式。說明書中所用的詞語是描述性而非限制性詞語,要理解的是,可以在不背離本發明的精神和范圍的情況下作出各種變動。此外,盡管本發明的一些方面在本文中被確定為優選的
或特別優選的,但本發明未必限于本發明的這些優選方面。
權利要求
1.多孔擴散介質,其包含具有包括第一主表面和第二主表面的外表面的多孔基質;和在至少一部分外表面上的親水聚合物涂層;該親水涂層包含含有親水單體的制劑的固化產物。
2. 權利要求l的多孔擴散介質,其中親水涂層足夠親水以限定沿擴散介質的第 一和第二主表面之一小于90°的接觸角。
3. 權利要求1的多孔擴散介質,其中親水涂層足夠親水以限定沿擴 散介質的第一和第二主表面之一小于25。的接觸角。
4. 權利要求1的多孔擴散介質,其中親水涂層足夠親水以限定沿擴 散介質的第一和第二主表面之一為0。的接觸角。
5. 權利要求1的多孔擴散介質,其中多孔基質包含電子傳導性材 料,包括碳紙、石墨紙、布、氈、泡沫、碳或石墨織物、碳或石墨無紡 布、金屬篩或泡沫的至少一種及其組合。
6. 權利要求4的多孔擴散介質,其中多孔基質限定20微米至1000 微米的厚度且親水涂層具有1納米至1微米的厚度。
7. 權利要求2的多孔擴散介質,其中外表面包括在第一和第二主表 面之間延伸的內表面部分,涂層置于內表面部分上并在第一和第二主表 面之間延伸。
8. 權利要求7的多孔擴散介質,其中親水單體包含丙烯酸二醇酯或 甲基丙烯酸二醇酯。
9. 權利要求8的多孔擴散介質,其中親水單體包含聚乙二醇丙烯酸酯。
10. 權利要求7的多孔擴散介質,其中親水單體是可紫外線固化的。
11. 權利要求10的多孔擴散介質,其中該制劑包含聚乙二醇丙烯酸 酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、光引發劑和溶劑。
12. 權利要求1的多孔擴散介質,其中多孔擴散介質進一步包含疏 水材料。
13. 權利要求12的多孔擴散介質,其中疏水材料沿擴散介質的第一 和第二主表面之一放置。
14. 權利要求1的多孔擴散介質,其中親水涂層具有橫跨在擴散介質的第 一和第二主表面之間的多孔擴散介質橫截面分布的部分。
15. 權利要求1的多孔擴散介質,其中親水聚合物涂層包含親水聚 合物涂層區域,擴散介質包含未涂布區域,親水聚合物涂層區域和未涂 布區域橫跨擴散介質的第 一和第二主表面的至少 一個交替。
16. 權利要求12的多孔擴散介質,其中親水聚合物涂層包含親水聚 合物涂層區域,疏水材料包含疏水材料區域。
17. 權利要求16的多孔擴散介質,其中交替區域以小于5厘米的周期性為特征。
18. 燃料電池,其包含陽極; 陰極;位于陽極和陰極之間的PEM;和位于陽極和陰極至少之一與PEM之間的擴散介質,該擴散介質包含具有包括第一主表面和第二主表面的外表面的多孔基質;和在至少一部分外表面上的親水聚合物涂層;該親水涂層包含含有親水單體的制劑的固化產物。
19. 制造擴散介質的方法,所述方法包括 提供多孔基質;和用親水聚合物涂層涂布至少 一部分多孔基質。
20. 權利要求19的方法,其中涂布步驟包括使多孔基質暴露到包含親水單體的親水制劑以在多孔基質上形成 涂層前體;遮蔽第一部分涂有前體的多孔基質,同時讓第二部分基質未遮蔽;并使涂有前體的多孔基質暴露在紫外線下以紫外線固化第二部分基 質上的涂層前體,從而在該第二部分上形成親水聚合物涂層。
全文摘要
在至少某些實施方案中,本發明提供了擴散介質和使用該擴散介質的燃料電池和系統,在至少一個實施方案中,擴散介質包含具有外表面的多孔基質和在至少一部分多孔基質上的親水聚合物涂層,該親水涂層包含含有親水單體的制劑的固化產物。
文檔編號H01M4/00GK101496198SQ200680014015
公開日2009年7月29日 申請日期2006年3月31日 優先權日2005年4月25日
發明者紀純新, 濤 謝, 鄭仰澤 申請人:通用汽車環球科技運作公司
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