[发明专利]具有可变表面性质的燃料电池双极板

说明书

技术领域

[0001]本发明总的来讲涉及的领域包括燃料电池双极板(fuel cellbipolar plate)。

背景技术

[0002]燃料电池是包括阳极和阴极且在该阳极和阴极之间具有电解质的电化学装置。该阳极接收富氢气体或纯氢气，该阴极接收氧化剂，例如氧气或空气。氢气在阳极中离解产生游离质子和电子。质子通过电解质到达阴极，在阴极中质子与阴极中的氧和电子反应，生成水。来自阳极的电子不能通过该电解质。因此，电子在送到阴极之前被引导通过负载以做功。该功可以用于例如但不局限于开动车辆。

[0003]通常将数个燃料电池结合在燃料电池堆(fuel cell stack)中，以产生所需的能量。该燃料电池堆包括一系列双极板。双极板包括用于该电池堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。在该双极板的阳极侧上提供阳极气体流动通道，在该双极板的阴极侧上提供阴极气体流动通道。该双极板也可以包括用于冷却流体的流动通道。

[0004]该双极板通常是由导电材料，例如碳复合物或金属，制成的以使其将由燃料电池产生的电力从一个电池传导到下一个电池，直至传导到该电池堆的外面。双极板可以由可以进行冲压以提供反应物气体流场和冷却剂流体流场的较薄的金属基体或薄金属基体加工而成。

[0005]如本领域中公知的，大多数类型的燃料电池需要具有特定的相对湿度。在该燃料电池的操作过程中，由于被潮湿化的反应物气体或由于在阴极处生成的水，因此水分可能进入阳极流动通道和阴极流动通道。随着水滴尺寸的增大，将该流动通道封闭，反应物气体转向其他的流动通道，这是因为所述通道在共用的入口和出口歧管之间以通常平行的方向流动。因为反应物气体可以不流过被水堵塞的通道，因此该反应物气体不能将水推出该通道。随着越来越多的流动通道被水堵塞，该燃料电池产生的电力随之降低。因为该燃料电池是串联电连接的，因此如果其中一个燃料电池停止工作，那么整个燃料电池堆也可能停止工作。

[0006]通常能够通过周期性驱动该反应物气体以较高的流速通过流动通道以吹扫流动通道内累积的水。然而，在阴极侧上，这样提高了施加到空气压缩机上的寄生功率(parasitic power)，由此降低了系统总效率。而且，由很多原因造成不使用氢气燃料作为吹扫气，包括降低的经济、降低的系统效率和提高的用于处理在废气流中氢气浓度升高的系统复杂性。

[0007]也可以通过降低入口潮湿化来实现通道内累积水的减少。然而，在阳极和阴极反应物气体中提供某相对湿度(some relative humidity)以使该燃料电池中的膜保持水合是适宜的。干燥的入口气体对该膜具有干燥效应，这样可能提高该电池的离子阻抗(ionic resistance)并限制该膜的长期耐久性。

[0008]现有技术中已知用亲水涂层涂覆该双极板以降低水的累积。

发明内容

[0009]本发明的一种实施方案包括第一燃料电池元件，所述第一燃料电池部件包括基体，所述基体包括第一面、在该第一面的至少第一部分上方的第一亲水涂层、和在该第一面的至少第二部分上方的第二较不亲水的涂层。

[0010]从下文提供的详细描述中，本发明的其他示例性的实施方案将变得显而易见。应当理解该详细描述和特别实施例尽管示出了本发明的示例性实施方案，但旨在仅仅是示例目的，而并不意于限制本发明的范围。

附图说明

[0011]从详细描述和附图中，本发明的示例性实施方案将得到更充分的理解。

[0012]图1示出了依照本发明的一种实施方案的包括双极板的产品，该双极板包括亲水涂层。

[0013]图2示出了依照本发明的一种实施方案的包括双极板的产品，该双极板包括亲水涂层。

[0014]图3示出了依照本发明的一种实施方案的包括双极板的产品，该双极板包括亲水涂层和疏水涂层。

[0015]图4示出了依照本发明的一种实施方案的包括双极板的产品，该双极板包括亲水涂层。

[0016]图5示出了依照本发明的一种实施方案的包括双极板的产品，该双极板包括亲水涂层。

[0017]图6示出了依照本发明的一种实施方案的包括双极板的产品，该双极板包括亲水涂层和疏水涂层。

[0018]图7示出了依照本发明的一种实施方案的包括多个双极板和纺织品部分(a soft goods portion)的产品。

[0019]图8示出了燃料电池，所述燃料电池具有其中从平台(land)上除去亲水SiO_x涂层的区域和其中在所述平台上具有亲水SiO_x涂层的区域。