專利名稱：垂直于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池膜的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到垂直于聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池的膜的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，該電池的運(yùn)行借助于反應(yīng)氣體氫氣和氧氣或空氣，以及制備該氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法。
一種PEM燃料電池由從外向內(nèi)排列的兩個(gè)集電板(Stromableiterplatte)，兩個(gè)氣體擴(kuò)散層，兩個(gè)含有催化劑的電極和位于電極之間的一個(gè)離子交換膜組成，該離子交換膜與電極形成膜-電極-單元(下文中稱為MEA-膜電極組件)。典型的集電板包括沿平行于MEA方向延伸的裝置，以在整個(gè)電池表面供給和分配反應(yīng)物。因?yàn)閷?duì)于任何實(shí)際應(yīng)用來說，每一單個(gè)電池的電壓太低，必須將多個(gè)這種電池串聯(lián)排列。在所得到的燃料電池堆或燃料電池組中，相互交替出現(xiàn)的集電板被所謂的雙電極板所取代，其功能包括使電流流過電池堆和隔離反應(yīng)氣體。
通過向燃料電池陽極側(cè)供給常用的反應(yīng)氣氫氣，在陽極催化劑層上產(chǎn)生陽離子，而且陽離子擴(kuò)散通過離子交換膜，該陽極側(cè)位于與外界密封的氣室中。同時(shí)，產(chǎn)生的電子直接通過帶有負(fù)載電阻器的外電路，從陽極到陰極。使用的氧化劑是氧氣，并且優(yōu)選的周圍空氣中的氧氣濃度已經(jīng)足夠；現(xiàn)在這種氧氣由于接受氫離子和電子而在陰極還原。水是反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)焓以電能和熱損耗的形式釋放。
在該過程中，基本的問題是燃料電池的水的調(diào)配(Wasserhaushalt)。只有膜含有足量的水分時(shí)，膜才可以在最佳條件下運(yùn)行，即它才能最優(yōu)化地傳導(dǎo)氫離子。如果含水量下降到非常低，電池的內(nèi)阻由于膜電阻的增加而大幅增加，從而使性能降低。因此，在給定溫度下的電池最佳運(yùn)行條件要求在膜的所有位置處空氣的濕度接近于100％。如果陰極氣體空氣流過集電板的擴(kuò)散溝槽并擴(kuò)散通過氣體擴(kuò)散層，則當(dāng)進(jìn)入氣室時(shí)，則它具有低的水蒸汽分壓，而當(dāng)它出來時(shí)，由于在陰極氧氣反應(yīng)生成了水，因而水蒸汽分壓高。在膜表面和擴(kuò)散溝槽間的擴(kuò)散流(由氫氣的分壓壓差造成)，在陰極氣體入口處干燥膜，另一方面，在出口處，在擴(kuò)散層上可能有水沉積。在給定的運(yùn)行溫度下，為了補(bǔ)償膜中水平衡之差，所以需要在整個(gè)膜表面陰極氣體組成盡可能的恒定；這對(duì)于陽極氣體同樣適用。
在常規(guī)方法中，該問題通過使用外部增濕體系僅得到部分解決，有時(shí)還要與冷卻體系相結(jié)合，該體系至少以一定的時(shí)間間隔方式通過測(cè)定膜的濕度來調(diào)整電池的水平衡。這些增濕體系的缺點(diǎn)是，從能源消耗和重量增加的角度考慮，它們給燃料電池體系帶來額外的負(fù)載，這對(duì)于將其應(yīng)用于小規(guī)模體系，如便攜體系來說，是特別不希望的，而且從成本的角度考慮，與常規(guī)能源體系相比，燃料電池的競(jìng)爭(zhēng)性降低。此外，上述解決辦法未能解決如何獲得在電池膜表面上的氣體均勻分布的問題。目的是在不加濕反應(yīng)氣體情況下運(yùn)行燃料電池。
US-PS 5,641,586公開了一個(gè)如何使反應(yīng)氣體均勻分布的解決辦法。其中，在電極催化劑層和集電板之間設(shè)置兩層；鄰近MEA的是微孔疏水氣體擴(kuò)散層，而鄰近集電板的是大孔親水流場(chǎng)(Flow Field)。該流場(chǎng)具有兩個(gè)相互介入的溝槽結(jié)構(gòu)，一方面，為了使反應(yīng)氣體在氣體擴(kuò)散層分布，另一方面，為了移去反應(yīng)產(chǎn)物。雖然該裝置能使反應(yīng)物在膜表面上均勻分布，并且通過疏水化的方法避免水的沉積，但是由于即使在膜水分供應(yīng)不足時(shí)，氣體擴(kuò)散層也不能阻止反應(yīng)產(chǎn)物排放，從而有干燥的危險(xiǎn)。
保持燃料電池水的調(diào)配的恒定和最佳水平的一個(gè)方法公開在DE-OS14 96 172中，其中利用由鈀/金合金制成的氫擴(kuò)散電極，它允許氫氣透過但是阻止流體浸漬。然而，這種方法不適宜用于陰極，其問題主要是補(bǔ)償水的不平衡，原因是該電極不能浸漬氧氣。
因此，本發(fā)明的目的是用氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)代替PEM燃料電池的常規(guī)氣體擴(kuò)散層，這樣設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散性能以使得保持MEA中的水平衡。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供簡(jiǎn)單、便宜的方法來生產(chǎn)這種氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，這些目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在垂直于膜方向上的氣體滲透率梯度，和根據(jù)權(quán)利要求11的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法實(shí)現(xiàn)的。
附圖
所示為與實(shí)施例一致的本發(fā)明氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案。
通常氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)(3和4)由多孔的導(dǎo)電材料組成，為了達(dá)到一定的氣體滲透率梯度必須調(diào)節(jié)其孔隙體積。這可以以成層的方式或連續(xù)的方式實(shí)現(xiàn)。如果將大量很薄的各自具有稍稍不同滲透性的層層壓起來，就可以實(shí)現(xiàn)基本上連續(xù)的變化；至少，也是優(yōu)選的，需要具有不同氣體滲透率性質(zhì)的兩層(3)，(4)。
外層(3)，即該部分氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)與具有溝槽結(jié)構(gòu)(2)的集電板(1)相鄰，優(yōu)選的具有小孔隙體積，因而具有高擴(kuò)散阻力。相反，氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的內(nèi)層(4)即與具有催化劑的電極(5)接觸的部分，具有相對(duì)高的孔隙體積。因此，在約集電板(1)的凸脊(Stege)范圍(0.5-5毫米)的距離內(nèi)，在層(4)內(nèi)，反應(yīng)氣體借助于擴(kuò)散的方法得以很好地分布。此外，優(yōu)選使正交氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的外層比內(nèi)層更疏水。
雖然如此，該兩層氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)還可添加各自具有不同功能的附加層。在催化劑和層(4)之間，在內(nèi)層上加入另一層的確是有好處的。加入這種層的目的是表面充填并使層(4)的大多數(shù)粗孔隙光滑，這樣可以提供氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)和電極之間較好的接觸。實(shí)施例3中描述了制備這種層的方法。
另外，在層(3)和集電板的凸脊之間可以加入另一層。加入這種層的目的是保持溝槽結(jié)構(gòu)的接觸電阻盡可能低。為此，該層可以是塑性或彈性變形的，從而允許集電板的尺寸公差，或在燃料電池堆安裝時(shí)雙電極板的尺寸公差得以補(bǔ)償，并且氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)可均勻地集流。
下面將概述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選由兩層(3和4)組成的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的運(yùn)行方式。燃料電池可調(diào)節(jié)的運(yùn)行參數(shù)是空氣值(Luftzahl)和氫氣化學(xué)計(jì)量，運(yùn)行壓力，電池入口處反應(yīng)氣體中的水蒸氣含量以及運(yùn)行溫度。溫度應(yīng)選擇盡可能高，以便可以使用低冷卻劑流量的小型冷卻體系。最簡(jiǎn)單可用的冷卻體系僅由一個(gè)風(fēng)扇組成，它可向電池或電池堆的陰極室輸送足以達(dá)到冷卻目的的空氣量。可調(diào)節(jié)的運(yùn)行壓力應(yīng)選擇盡可能的低，理想的燃料電池應(yīng)在環(huán)境壓力下運(yùn)行。因此，可避免相關(guān)的壓縮能量損失。另外，由此重量和花費(fèi)可以減少。
在這些或類似條件下運(yùn)行時(shí)，考慮到保持水平衡，問題主要集中在膜干燥上，而不是在氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的孔隙中沉積水的危險(xiǎn)。為了達(dá)到防止這種干燥的目的，正如已描述的，特別是在陰極側(cè)在膜的整個(gè)表面上氣體組成要求基本上恒定，而且在集電板的溝槽結(jié)構(gòu)中氣體組成也要求基本上恒定。這可以借助于使通過集電板(1)溝槽(2)的空氣值較大(例如，8-70)來實(shí)現(xiàn)。在這些條件下，由于通過電池抽取氧氣和釋放水蒸氣而造成的氣體組成的改變可以忽略。根據(jù)本發(fā)明氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層(3)的擴(kuò)散阻力必須是，在所希望的運(yùn)行溫度下，在充分潤(rùn)濕的膜和陰極室的氣體之間產(chǎn)生的水蒸氣分壓梯度導(dǎo)致水蒸氣擴(kuò)散流剛好帶走生成的水。因此，不是象通常那樣在與膜(6)表面平行的方向上，而是在與之垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的氧氣和水蒸氣梯度。因此在膜的整個(gè)表面上運(yùn)行條件是恒定的。層(4)有使氣體均勻地分布在凸脊區(qū)域上的目的，在那里擴(kuò)散流被阻斷。
如果要求相對(duì)低的空氣值，這將引起在通過電池的路途上陰極氣體組成發(fā)生顯著變化，因此必須調(diào)整層(3)的擴(kuò)散阻力以適應(yīng)這種情況。在氣體進(jìn)入層(3)的區(qū)域，必須達(dá)到比氣體出口區(qū)域更高的擴(kuò)散阻力。另外，以此種方式通過調(diào)整擴(kuò)散阻力可以避免電池內(nèi)部運(yùn)行溫度差異造成的性能下降。
本發(fā)明的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)不僅可以正如實(shí)施例中所描述的那樣適用于陰極，而且也適用于陽極，特別是當(dāng)電池在非潤(rùn)濕氫氣的條件下運(yùn)行時(shí)。
制備這種具有氣體滲透率梯度的正交氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)將在下述實(shí)施例中描述。
實(shí)施例1垂直于膜(6)的氣體滲透率梯度是通過將由熱塑性塑料(3)組成的箔熱壓在擴(kuò)散性能均勻的碳纖維紙(4)上實(shí)現(xiàn)的。熱壓使熱塑性塑料(3)分布在靠近碳纖維紙(4)一個(gè)表面的孔隙內(nèi)，結(jié)果使這些孔隙部分封閉。意外地，垂直于層的導(dǎo)電率并沒有因此損失，因?yàn)樘祭w維穿透該箔并使電流再次到達(dá)表面。
優(yōu)選的，碳纖維紙(4)的初始孔隙體積大于50％，特別是優(yōu)選大于70％。在進(jìn)行下一步處理之前，可以按照實(shí)施例2中描述的方法，將其用(5-40％質(zhì)量)的聚四氟乙烯(PTFE)浸漬。碳纖維紙的厚度優(yōu)選為0.1毫米到1.5毫米，并且特別優(yōu)選為0.2毫米到0.4毫米。
為了使熱塑性箔(3)疏水，它們優(yōu)選由氟化的塑料，例如Dyneon公司的產(chǎn)品THV和FEP構(gòu)成。但是一般的熱塑性塑料，例如聚丙烯也適用。箔的厚度優(yōu)選為0.01毫米到0.2毫米。擴(kuò)散阻力可以根據(jù)計(jì)劃的目的，通過選擇箔的厚度和壓制條件在較寬的限度內(nèi)調(diào)節(jié)。
熱壓時(shí)的溫度優(yōu)選范圍是，略高于至略低于使用的熱塑性塑料的熔融范圍。壓力優(yōu)選為10巴到100巴，并且特別優(yōu)選為30巴到80巴。如果可能，不要使碳纖維紙的纖維因?yàn)閴褐贫鴶嗔选?br> 碳纖維紙的另一表面可以覆蓋含有催化劑材料的電極(5)，或可將其直接放置在或壓在已催化的膜上。而在后一種情況下，正如在實(shí)施例3中所述，優(yōu)選采用光滑層來彌補(bǔ)碳纖維紙的表面粗糙度。
實(shí)施例2根據(jù)實(shí)施例1，部分被塑料封閉的孔隙，也可以通過將碳纖維紙浸漬在懸浮的塑料中來制備，優(yōu)選的塑料是PTFE或THV。由于在一張?zhí)祭w維紙上用浸漬的方法使垂直于紙表面的方向產(chǎn)生梯度是非常困難的，可以使用兩張?zhí)祭w維紙，其中一張?zhí)祭w維紙(3)含有相當(dāng)大量的塑料，并因而產(chǎn)生擴(kuò)散阻力，而第二張?zhí)祭w維紙(4)含有相當(dāng)大量的未封閉孔隙。而后，第二張?zhí)祭w維紙可配有含催化劑的電極層或可以配有彌補(bǔ)碳纖維紙粗糙度的層，正如在實(shí)施例3中所示，以及可將其放置在或壓在膜上，該膜可為未催化的或催化的。實(shí)施例1的詳細(xì)說明適用于這兩張?zhí)祭w維紙。
特別地，對(duì)于本實(shí)施例的兩張?zhí)祭w維紙，使用的是Toray公司(日本)制造的，第一張(3)厚度為0.17毫米，第二張?zhí)祭w維紙(4)厚度為0.35毫米。第一張紙通過用60％含水PTFE分散體系浸漬而填充塑料，隨后在升高溫度下干燥。簡(jiǎn)單的處理步驟由浸漬和干燥組成，然而，這通常不足以達(dá)到希望的擴(kuò)散阻力，只對(duì)碳纖維紙重復(fù)進(jìn)行這種處理步驟只能在碳纖維紙中增加很少數(shù)量材料，因?yàn)橐呀?jīng)吸附的疏水塑料阻止大部分分散體進(jìn)一步浸入孔隙。在浸漬處理時(shí)，較高的填充率僅能通過依次進(jìn)行真空處理和加壓處理達(dá)到。在碳纖維紙浸漬后，來自分散體的殘余表面活性劑被熱分解，為此目的要在短時(shí)間內(nèi)采用300℃和400℃高溫。
制成的層是極端疏水的。如果將其用作在環(huán)境壓力和70℃電池溫度下運(yùn)行并用陰極室空氣冷卻的PEM燃料電池的陰極側(cè)的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，則它應(yīng)含有45％到75％的塑料。該層的導(dǎo)電率基本不受此影響，因?yàn)樵谔祭w維紙內(nèi)部碳纖維之間的導(dǎo)電連接沒有消失?？蓪⒌诙?zhí)祭w維紙?zhí)幚頌榫哂腥跏杷?，使之與第一張紙緊壓在一起或只在電池組合時(shí)置入。
實(shí)施例3具有適宜的擴(kuò)散阻力梯度，且具有良好的導(dǎo)電率性能的層體系，也可通過將由導(dǎo)電粉末和粘合劑組成的混合物涂覆到具有低擴(kuò)散阻力的基體例如碳纖維紙上實(shí)現(xiàn)。
特別地，對(duì)于本實(shí)施例，使用具有疏水性，孔隙體積為68％，且厚度為0.35毫米的碳纖維紙。通常，在實(shí)施例1中詳細(xì)說明過的碳纖維紙是能滿足要求的。將石墨粉，THV(Dyneon公司)或PTFE(例如HostaflonTF 5032)在適當(dāng)?shù)暮稚⒁褐械姆稚Ⅲw噴涂到這種基質(zhì)上，該噴涂是一步或分若干步完成的，而且在噴涂步驟之間允許有干燥。表面活性劑水溶液和由水和醇類組成的混合物可以用作分散液。碳粉是優(yōu)選的導(dǎo)電粉末，特別優(yōu)選的是球形碳顆粒，例如得自日本Osaka Gas公司的Mesocarbon Microbeads。
優(yōu)選噴涂在真空臺(tái)上完成，以便用抽吸法立刻除去多余的分散液。在最后的干燥步驟之后，高溫?zé)Y(jié)塑料顆粒，并破壞表面活性劑。合成粘合劑的百分比優(yōu)選為5％到50％(干質(zhì)量)。該層的單位面積質(zhì)量?jī)?yōu)選在30g/m2到300g/m2之間，特別優(yōu)選在60g/m2到120g/m2之間。燒結(jié)處理完成后，在高溫下，將基體和涂層在優(yōu)選5巴到100巴之間的壓力下緊壓在一起，優(yōu)選的壓力為30巴到80巴。
為了彌補(bǔ)碳纖維紙面對(duì)膜或催化劑一側(cè)的粗糙度，可通過向該側(cè)涂覆分散體的薄層來實(shí)現(xiàn)，該分散體由多孔碳黑(例如Cabot公司的Vulcan XC72)和聚合物粘合劑(例如PTFE)組成，涂覆方法為噴涂，并且盡可能在真空臺(tái)上進(jìn)行，而后進(jìn)行干燥，隨后燒結(jié)。此外，優(yōu)選的塑料的比例也為5％到50％。這種層還可以用上述壓制法壓緊。
實(shí)施例4作為實(shí)施例2的變化，為了浸漬碳纖維紙，可以用導(dǎo)電顆粒與粘合劑例如氟化的塑料的混合物來代替氟化的塑料。其優(yōu)點(diǎn)是氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電率稍好。
適宜的導(dǎo)電顆粒是石墨，導(dǎo)電碳黑或短碳纖維。特別是，對(duì)于本實(shí)施例，由50g水，16.6g 60％的PTFE懸浮液和10g平均粒度為15μm的石墨所組成的懸浮液可以用于浸漬。當(dāng)為應(yīng)用目的適當(dāng)?shù)墓腆w物質(zhì)質(zhì)量(例如2到10mg/cm2)達(dá)到后，為了使該結(jié)構(gòu)固化并熱分解分散助劑，燒結(jié)該層材料。伴隨中間干燥處理的浸漬處理可重復(fù)數(shù)次。
如果為適合特殊的用途，希望在平行于層表面的方向上有擴(kuò)散阻力梯度，則這種梯度可以通過在不同的局部區(qū)域上分別進(jìn)行不同次數(shù)的浸漬步驟而容易地實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，優(yōu)選根據(jù)實(shí)施例2或?qū)嵤├?使用懸浮液對(duì)擴(kuò)散電極的局部區(qū)域噴涂使其滲入而完成浸漬。
垂直于層的擴(kuò)散阻力梯度既可通過將另外的碳纖維紙?jiān)O(shè)置在面對(duì)膜的一側(cè)來實(shí)現(xiàn)，也可將其設(shè)置在背對(duì)膜的一側(cè)。
作為可替代方案，根據(jù)實(shí)施例3涂覆并由高孔隙碳黑組成的層也可用于此目的。可以使用的涂覆技術(shù)是噴涂，刮涂，輥涂或篩網(wǎng)印刷。此處，優(yōu)選固體材料的承載量為0.4mg/cm2到3.5mg/cm2。
參考數(shù)字列表(1)集電板(2)反應(yīng)氣體擴(kuò)散用溝槽結(jié)構(gòu)(3)正交氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的外部(4)正交氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的內(nèi)部(5)含有催化劑的電極(6)聚合物電解質(zhì)膜
權(quán)利要求
1.一種聚合物電解質(zhì)-膜燃料電池用多孔導(dǎo)電氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于，在垂直于膜的方向上該氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)具有這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少在局部區(qū)域上具有氣體滲透率梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)由至少兩部分結(jié)構(gòu)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于，該兩部分結(jié)構(gòu)具有不同的氣體滲透率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于，更靠近集電板的部分結(jié)構(gòu)的氣體滲透率低于更靠近膜的部分結(jié)構(gòu)的氣體滲透率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有較低氣體滲透率的部分結(jié)構(gòu)，其孔隙體積密度低于具有較高氣體滲透率的部分結(jié)構(gòu)的孔隙體積密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一個(gè)部分結(jié)構(gòu)是疏水的。
7.一種制備聚合物電解質(zhì)-膜燃料電池用多孔導(dǎo)電氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在垂直于膜的方向上制備至少在局部區(qū)域上具有氣體滲透率梯度的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)至少由兩部分結(jié)構(gòu)制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該兩部分結(jié)構(gòu)具有不同的氣體滲透率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在更靠近集電板的部分結(jié)構(gòu)的氣體滲透率低于更靠近膜的部分結(jié)構(gòu)中的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在具有較低的氣體滲透率的部分結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生低于具有較高氣體滲透率的部分結(jié)構(gòu)中的孔隙體積密度的孔隙體積密度。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，至少一個(gè)部分結(jié)構(gòu)是被疏水化的。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，至少用一張?zhí)祭w維紙。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，為了使碳纖維紙的一部分達(dá)到低的氣體滲透率，使一個(gè)表面附近的孔隙部分封閉。
15.根據(jù)權(quán)利要求13至14中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，將熱塑性塑料用于部分封閉孔隙。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在加壓和升溫條件下，將箔置于碳纖維紙的一個(gè)表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，用塑料顆粒的懸浮液部分封閉孔隙。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，通過浸漬和干燥的方法將該懸浮液引入碳纖維紙中。
19.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，為了獲得低氣體滲透率，在碳纖維紙的一個(gè)表面上施加由導(dǎo)電顆粒和粘合劑顆粒組成的另一層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該層是通過噴涂粘合劑顆粒和導(dǎo)電顆粒組成的懸浮液，隨后進(jìn)行干燥，如果需要，進(jìn)行燒結(jié)的方法制備的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19至20中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，將氟化的塑料作為粘合劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)的制備氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該導(dǎo)電顆粒由碳組成。
23.一種將多孔導(dǎo)電氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)用作聚合物電解質(zhì)-膜燃料電池中的陽極和/或陰極的用途。
全文摘要
使用氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu),通過層結(jié)構(gòu)(3,4),在垂直于膜(6)的方向上產(chǎn)生氣體滲透率梯度。這就保證了在適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行溫度和適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物化學(xué)計(jì)量條件下,通過形成的產(chǎn)物水在膜上的潤(rùn)濕在所有點(diǎn)上都是恒定的和最佳的。從而可省去附加的增濕體系。
文檔編號(hào)H01M8/10GK1367941SQ99810595
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期1999年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月4日
發(fā)明者V·羅森梅爾 申請(qǐng)人:曼哈頓科學(xué)公司