提供用于燃料电池的气体扩散介质，它含有一定图案的沉积疏水性聚合物，以至所述扩散介质不到１００％的表面被疏水性聚合物覆盖。通过首先在所述疏水性聚合物的含水乳液中湿润碳纤维纸片材制备所述介质。经湿润片材与图案形成构件接触，其中图案形成构件含有方向符合预定或所需疏水性聚合物沉积图案的一个或多个开孔。当仍与所述图案形成构件接触时，加热所述片材或以其它方式处理，使水从所述片材蒸发。与所述图案形成构件接触时蒸发发生的方式，可使疏水性聚合物经蒸发过程在所述图案形成构件的开孔处浓缩于所述片材中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有图案的扩散介质的制备 专利
[0001]本专利技术涉及燃料电池和改善燃料电池工作期间水管理的方法。本专利技术还涉及将疏水材料沉积至燃料电池用扩散介质上的方法。 专利技术背景[0002]燃料电池日益用作电动车和其它用途的动力源。示例性的燃料电池具有带催化电极和形成于电极间的质子交换膜的膜电极组件(MEA)。燃料电池工作期间，由于MEA内氢和氧之间发生电极化学反应，在阴极电极产生水。燃料电池的有效工作取决于在所述系统中提供有效水管理的能力。[0003]气体扩散介质在PEM燃料电池中发挥着重要作用。一般说来，扩散介质需要通过毛细作用将产物水带离阴极催化剂层，同时维持从气流通道至催化剂层的反应气流。此外，电极间的质子交换膜当被完全水合时工作最佳。因此，气体扩散介质的最重要作用之一是在燃料电池工作期间提供水管理。[0004]为进行最佳水管理，希望提供具有理想的亲水性和疏水性平衡的气体扩散介质。通过提供亲水性和疏水性适当平衡的气体扩散介质，有可能防止电池内气孔中水过量积聚所引起的水淹，同时维持质子交换膜的适当水合。[0005]因此，理想的是提供疏水性和亲水性平衡改善的气体扩散介质，这种介质可被用于提供燃料电池中有效的水管理。 专利技术概述[0006]鉴于上述，本专利技术提供将疏水材料例如聚四氟乙烯沉积-->于这类扩散介质上的方法，以使疏水区和亲水区可被精确定位，从而得到最佳燃料电池效率。[0007]根据本专利技术的一个实施方案，提供用于燃料电池的气体扩散介质，其含有具一定图案的沉积疏水性聚合物，使得扩散介质不到100％的表面被疏水性聚合物所覆盖。本专利技术还提供使疏水性聚合物沉积至这类片材上的方法。理想的疏水性聚合物是氟烃聚合物，更理想的是氟树脂。本专利技术以氟树脂的应用为例，但不受此限制。本领域技术人员常常互换使用术语氟树脂和氟烃聚合物。所述方法涉及首先在疏水性聚合物的含水乳液中湿润碳纤维纸片。此后，经湿润纸片与含有方向符合预定或所需的疏水性聚合物沉积图案的一个或多个开孔的图案形成构件(pattern member)接触。当纸片仍与所述图案形成构件接触时，对其进行加热或以其它方式处理，以使溶剂从所述纸片中蒸发。在与所述图案形成构件接触时，蒸发的发生方式使疏水性聚合物通过蒸发过程浓缩于纸片中图案形成构件的开孔处。[0008]在所述方法的另一变更方法中，先用含有水和疏水性聚合物颗粒的含水乳液湿润碳纤维纸片。此后，湿润纸片经热压法与图案形成构件接触，在与所述图案形成构件接触同时，水从纸片蒸发。如前所述，水从纸片蒸发的方式，使疏水性聚合物颗粒浓缩于纸片中与图案形成构件的开孔位置相应的位置处。[0009]在优选实施方案中，图案形成构件由以基本平面的图案形成构件中大体上规则的开孔为特征的筛网组成。[0010]在某些实施方案中，所述接触步骤包括使纸片置于两个模具表面之间，其中这两个模具可具有相同或不同的图案。在这类实施方案中，可在碳纸片的两面得到相同或不同图案的疏水性聚合物沉积。可经加热、经略微抽真空或这两种的组合，使水从纸片中蒸发。在从湿纸片完全除去水后，在升高的温度下固化所述纸片。干燥期间形成的图案在高温固化后保持不变。-->[0011]所述图案形成构件由不透水的材料制成，其中提供大量开孔，以便通过经所述开孔的蒸发在纸片上限定出一定图案的疏水性聚合物沉积。在优选实施方案中，所述开孔占图案形成构件面积的10-90％，使纸片在10-90％的面积上可被疏水性聚合物覆盖。在另外的优选实施方案中，纸片的10-60％被覆盖，优选10-50％被覆盖。[0012]在使纸片与两个模具表面接触的方法中，如果两个模具的表面皆含有开孔，则可在纸片的两面沉积一定图案的疏水性聚合物。水蒸发期间，通过只使经湿润纸片的一面与图案形成构件接触，所生成的气体扩散介质的一面可具有疏水性聚合物沉积图案，而另一面则均匀覆盖疏水性聚合物。作为选择，通过以模压或热压法接触纸片，其中纸片只有一面与有孔的图案形成构件接触，而另一面所对是密实模具，所生成的气体扩散介质可能一面有一定图案的沉积疏水性聚合物，而另一面含有很少或基本上没有沉积的疏水性聚合物。[0013]可通过改变上述方法的参数，制备具有各种各样疏水图案的、燃料电池用的气体扩散介质。[0014]从下文所提供的详述中，本专利技术所适用的其它领域会变得显而易见。应当理解，尽管指出本专利技术的优选实施方案，但所述详细描述和具体实施例旨在说明而非限制本专利技术的范围。 附图简述[0015]从详述和附图中，会更充分地理解本专利技术，其中：[0016]图1图示本专利技术的图案形成构件和片材；[0017]图2图示本专利技术的另一实施方案；[0018]图3是敞口模具的横截面视图；[0019]图4是闭式模具应用的横截面视图；和[0020]图5是双面模具的横截面视图。[0021]图6是较低气体入口湿度下的电池性能曲线图。-->[0022]图7是较高气体入口湿度下的电池性能曲线图。 优选实施方案的详述[0023]下列优选实施方案的描述本质上只是示例性的，决非旨在限制本专利技术、其应用或用途。[0024]一种使聚合物在片材上以一定图案沉积的方法包括用含有溶剂和聚合物的聚合物分散体湿润所述片材。在所述片材被浸入聚合物分散体后，再使片材与包含符合所述图案的开孔的图案形成构件接触。此后，当所述片材仍与所述图案形成构件接触时，使溶剂从湿润的多孔片材蒸发。溶剂在开孔处经所述图案形成构件离开纸片。这样，聚合物被沉积到所述纸片上，主要沉积在开孔处。[0025]在优选实施方案中，提供一种沉积疏水性聚合物于碳纤维纸片上的方法。所述疏水性聚合物优选以显示不到100％、例如显示50％-99％的碳纤维纸片被所述疏水性聚合物覆盖的图案，沉积于碳纤维纸上。在其它实施方案中，聚合物例如疏水性聚合物可覆盖纸片面积的10％-90％，优选10％-60％或10％-50％。所述方法包括在疏水性聚合物的含水乳液中湿润碳纤维纸片，接着，在溶剂从所述疏水性聚合物含水乳液完全蒸发之前，使所述湿润纸片与图案形成构件接触。所述图案形成构件包括方向符合聚合物在所述碳纤维纸上的覆盖图案的一个或多个开孔。然后当碳纤维纸片仍与图案形成构件接触时，从所述纸片蒸发水。结果，疏水性聚合物被浓缩于碳纤维纸上对应于图案形成构件中开孔的位置上。[0026]在另一优选实施方案中，当纸片仍被溶剂湿润时使其与图案形成构件接触的方法通过热压法来完成。在优选实施方案中，碳纤维纸片被浸入具有包含水和疏水性聚合物颗粒的含水乳液的疏水性聚合物分散体中。当碳纤维纸片仍被水湿润时，使纸片经热压法与图案形成构件接触，当纸片与图案形成构件接触时，从纸片蒸发水。-->[0027]其上沉积一定图案聚合物(例如疏水性聚合物)的碳纤维纸，可用作例如燃料电池中的扩散介质。这类燃料电池包含阳极和阴极以及布置在阳极和阴极间的质子交换膜。燃料电池工作期间，在阴极的表面生成水。扩散介质的布置使其与阳极和阴极催化剂层接触，以便在燃料电池中执行可用于水管理和反应物气体输送的多种功能。本文档来自技高网...
【技术保护点】
使聚合物以预定图案沉积于多孔片材上的方法，它包括： 用包含溶剂和疏水性聚合物的聚合物组合物湿润所述多孔片材； 当所述片材仍然湿润时，使所述湿润多孔片材与包含对应于所述预定图案的开孔的图案形成构件接触；和 在所述湿润多孔片材与所述图案形成构件接触时，从所述湿润多孔片材蒸发溶剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-14 10/824,0321.使聚合物以预定图案沉积于多孔片材上的方法，它包括：用包含溶剂和疏水性聚合物的聚合物组合物湿润所述多孔片材；当所述片材仍然湿润时，使所述湿润多孔片材与包含对应于所述预定图案的开孔的图案形成构件接触；和在所述湿润多孔片材与所述图案形成构件接触时，从所述湿润多孔片材蒸发溶剂。2.根据权利要求1的方法，其中所述多孔片材包括碳纤维纸。3.根据权利要求2的方法，其中所述碳纤维纸的孔隙率大于50％。4.根据权利要求1的方法，其中所述疏水性聚合物包括氟烃聚合物。5.根据权利要求4的方法，其中所述氟烃聚合物包括聚四氟乙烯。6.根据权利要求1的方法，它包括只使所述多孔片材的一面与所述图案形成构件接触。7.根据权利要求1的方法，它包括使所述多孔片材的两面与图案形成构件接触。8.根据权利要求1的方法，其中所述图案包括在所述多孔片材上的覆盖度为50-99％的疏水性聚合物。9.将氟烃聚合物以预定图案沉积于碳纤维纸片材上的方法，其中所述图案显示所述氟烃聚合物于所述片材上的覆盖度小于100％，所述方法包括：用含氟烃聚合物含水乳液形式的溶剂湿润碳纤维纸；使所述湿润纸片与含有方向符合所述预定图案的一个或多个开孔的图案形成构件接触；和当所述片材与所述图案形成构件接触时，从中蒸发溶剂，以便氟-->烃聚合物在所述片材上被浓缩于所述开孔处。10.根据权利要求9的方法，其中所述氟烃聚合物包括聚四氟乙烯。11.根据权利要求9的方法，其中所述接触步骤包括保持所述片材于两个模具表面之间，其中至少一个模具表面包括所述溶剂可经其蒸发的开孔。12.根据权利要求11的方法，其中一个模具表面包括开孔，而另一个模具表面是密实的。13.根据权利要求11的方法，其中两个模具表面皆包括开孔，并且其中一定图案的氟烃聚合物被沉积在所述片材的两面。14.根据权利要求9的方法，其中所述图案形成构件包括筛网。15.根据权利要求9的方法，其中通过加热所述片材以除去溶剂来完成蒸发。16.根据权利要求9的方法，其中所述片材的至少一个面的10-90％面积上被氟烃聚合物覆盖。17.根据权利要求16的方法，其中所述片材的至少一个面的10-60％面积被氟烃聚合物覆盖。18.根据权利要求16的方法，其中所述片材的至少一个面的10-50％面积被氟烃聚合物覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪纯新，MR舍内维斯，MF马蒂亚斯，J罗思，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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