流场制造技术

一种包括流场的制品，该流场包括一条或多条沟道，所述制品包括活性部分，该活性部分为带有所述流场的所述制品部分，其中所述活性部分具有几何中心和外围，其中所述活性部分包括第一子部分，第一子部分包括所述几何中心、不包括所述外围，其中所述活性部分包括第二子部分，第二子部分不包括所述几何中心，包括所述外围，其中，在所述第一子部分内的沟道具有第一横截面轮廓，其中在所述第二子部分内的沟道具有第二横截面轮廓，其中所述第一横截面轮廓与所述第二横截面轮廓不同。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流场
本专利技术涉及用作燃料电池元件的含流场的制品，该制品利用流场沟道的斜度和深度的变化来提高可制造性，对电接触区没有不利影响。
技术介绍
在许多参考文献中介绍了用于在电化学电池中分配流体的流场。一些参考文献中记载了具有蛇形沟道的流场，包括：美国专利US4631239；4686159；4853301；4988583；5108849；5252410；5683828；5750281；5773160；5846668；5858567；5858569；5922485；5945232；6071635；和6099984。一些参考文献中记载了具有多条交错蛇形沟道的流场，包括美国专利US5683828；5750281；5773160；5804326；5840438；5858567；5998055；6071635；和6093502。一些参考文献记载了交指形流场，包括美国专利US5252410；5641586；和6207312。在交指形流场中，具有进口但没有出口的沟道与具有出口但没有进口的沟道相互交替。美国专利US586189描述了具有串并联排列沟道的流场。美国专利US6048634介绍了这样的流场图形：多对相邻沟道承载相反方向的流体，包括螺旋形图形和蛇状图形。此外，在例如美国专利US4855193；5798187；6037072和6207310中讲述了采用金属屏作为流场。美国专利申请U.S.S.N9/430568公开了一种用于电化学电池的流场，该流场具有特定宽度、深度、和/或间距的微流体沟道，它还可以包括在沟道内的微观部件。美国专利申请U.S.S.N9/954601公开了一种用于分配流体的流-->场，该流场提供穿过流场的表面区(land areas)的均匀的横向流体流速。在一个实施例中，流场包括蛇形沟道，蛇形沟道包括非平行的连续的主要部分。EP1184923A2公开了一种流场，该流场包括具有大于0度、优选至少7度、更优选在约7度和约15度之间的斜度(draft angle)的沟道。美国专利US4292379描述了在双极板任一侧上的流场，其中，平行沟道的深度和/或间隔发生变化，从而形成与由双极板的相反面形成的不均匀分配相匹配的不均匀分配。
技术实现思路
简言之，本专利技术提供一种具有流场的制品，该流场包括一条或多条沟道，该制品的活性部分即该制品具有流场的部分包括至少两个子部分；第一子部分包括几何中心、不包括活性部分的外围，第二子部分不包括几何中心，包括活性部分的外围；其中，在第一子部分内的沟道具有与在第二子部分内的沟道不同的横截面轮廓。典型地，第一子部分的沟道具有更浅的深度、更大的斜度(draft)、或更大的斜度/深度比。此外，本专利技术提供一种包括这种制品的燃料电池。另一方面，本专利技术提供一种带有流场的制品，该流场包括至少两个斜度不同的沟道。此外，本专利技术提供一种包括这种制品的燃料电池。在另一方面，本专利技术提供一种具有包括一条或多条沟道的流场的制品，该流场包括至少一个沟道部分，该至少一个沟道部分包括斜度不同的第一和第二沟道壁。此外，本专利技术提供一种包括这种制品的燃料电池。在本领域中没有描述过的、由本专利技术提出的是一种流场设计，这-->种设计利用斜度和深度的变化来提高可制造性，对电接触区没有不利影响。在本申请中：“成形”表示用于在成形工艺中使制品具有一定形状的模子、冲压机、冲模或模板，上述成形工艺可包括冲压、压模、注模、落锤锻造、压花等；“深度”表示，对于板中的沟道，在板顶表面之下的深度；以及“斜度”表示，对于在板中沟道的不同部分的一个或两个壁，在垂直于板顶表面的直线和在板顶表面之下并具有为沟道的最大深度一半的深度的点处正切于沟道壁的直线之间的最小角度。沟道两壁的斜度通常基本相等，但还可以不相等。本专利技术的优点在于提供一种包括流场的制品，所述流场容易由成形方法制成并提供足够的电接触面积。附图说明图1是根据本专利技术的流场板。图2是根据本专利技术的流场板。图3A、3B和3C是根据本专利技术的流场板的横截面。图3A’、3B’和3C’分别是图3A、3B和3C的细化。具体实施方式本专利技术提供一种具有流场的制品，该流场由一条或多条沟道形成。制品的活性部分，即该制品具有流场的部分包括至少两个子部分；第一子部分包括几何中心、不包括活性部分的外围，第二子部分不包括几何中心，包括活性部分的外围。在第一子部分内的沟道具有与在第二子部分内的沟道不同的横截面轮廓，典型地，第一子部分的沟道具有更浅的深度、更大的斜度、或更大的斜度-深度比。根据本专利技术的制品通常是燃料电池的分配板。-->燃料电池通过燃料如氢气和氧化剂如氧气的反应产生电流。两种化学反应物均与含有催化剂的电极接触。离子交换元件位于电极之间，从而防止两种反应物直接发生化学反应，并在电极之间传导离子。在常见的氢燃料电池中，离子交换元件是“离子导电膜”(ICM)。ICM也可称作“质子交换膜”或“聚合物电解质膜”，都简称为PEM。ICM将质子(H+)从氢电极(阳极)传导到氧电极(阴极)。电子沿不同的外电路而行，由此产生电流。在阴极，质子(H+)与电子与氧结合，生成水。ICM与两电极的组合通常称作“膜电极组件”(MEA)。催化剂电极材料可直接涂覆在ICM上，形成“催化剂-涂覆膜”(CCM)。通常，将流体传输层(FTL)施加于ICM的每一侧。FTL也称作“气体扩散层”(GDL)或“扩散体/集流体”(DCC)。FTL是导电性多孔材料层，并且它允许反应物和生成物流体通过。通常，气体扩散层包括一般以纸或布形式的碳纤维。术语MEA表示连接有或没连接FTL的CCM。术语5层MEA专门表示连接有FTL的CCM。可在制造过程中将催化剂电极层提供给ICM或FTL，只要将它们设置在ICM和FTL之间，因此所得到的5层MEA依次包括：FTL、催化剂、ICM、催化剂、FTL。在本专利技术的实践中，可采用任何适当的MEA。在本专利技术的实践中可采用任何适当的ICM。ICM典型具有小于50μm的厚度，更典型小于40μm，再典型小于30μm，最好约为25μm。ICM典型由作为酸功能氟聚物(acid-functional fluoropolymer)的聚合物电解质构成，例如Nafion(DuPont Chemicals，Wilmington DE)和FlemionTM(Asahi Glass有限公司，日本，东京)。可用在本专利技术中的聚合物电解质通常优选是四氟乙烯与一种或多种氟化的酸功能共聚用单体的共聚物。通常，聚合物电解质具有磺酸盐官能团。最好该聚合物电解质是Nafion。该聚合物电解质典型具有1200或更低的酸当量，更典型为1100或更低，再典型为1050或更低，最好约为1000。在本专利技术的实践中可采用任何适当的FTL。典型地，FTL由含碳-->纤维的板材料构成。通常，FTL是选自纺织或非纺织碳纤维结构的碳纤维结构。可用于本专利技术实践中的碳纤维结构可包括：TorayTM碳纸、SpectraCarbTM碳纸、AFNTM非纺织碳布、ZoltekTM碳纸等。FTL可涂覆有或注有各种材料，包括碳颗粒涂层、亲水性处理和疏水性处理如涂覆有聚四氟乙烯(PTFE)。在本专利技术的实践中可采用任何适当的催化剂。典型地，采用碳-支撑催化剂颗粒。典型的碳-支撑粗化剂颗粒是50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括流场的制品，该流场包括一条或多条沟道，所述制品包括活性部分，该活性部分为带有所述流场的所述制品部分，其中所述活性部分具有几何中心和外围，其中所述活性部分包括第一子部分，第一子部分包括所述几何中心、不包括所述外围，其中所述活性部分包括第二子部分，第二子部分不包括所述几何中心，包括所述外围，其中，在所述第一子部分内的沟道具有第一横截面轮廓，其中在所述第二子部分内的沟道具有第二横截面轮廓，其中所述第一横截面轮廓与所述第二横截面轮廓不同。2.根据权利要求1的制品，其中所述活性部分还包括第三子部分，第三子部分既不包括所述几何中心、也不包括所述外围，其中，在所述第三子部分内的沟道具有第三横截面轮廓，其中所述第三横截面轮廓与所述第一和第二横截面轮廓不同。3.根据权利要求1的制品，其中所述第一横截面轮廓与所述第二横截面轮廓以选自下面的至少一种方式不同：更浅的深度、更大的斜度以及更大的斜度-深度比。4.根据权利要求2的制品，其中所述第一横截面轮廓与所述第三横截面轮廓以选自下面的至少一种方式不同：更浅的深度、更大的斜度以及更大的斜度-深度比；其中所述第三横截面轮廓与所述第二横截面轮廓以选自下面的至少一种方式不同：更浅的深度、更大的斜度以及更大的斜度-深度比。5.一种包括流场的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·E·弗格森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：