[发明专利]包括不可渗透涂层的燃料电池堆

说明书

技术领域

本发明的领域总体上涉及包括燃料电池、燃料电池堆组件和生产燃料电池的过程。

背景技术

燃料电池是一种能够从选择的反应气体发生电化学反应而产生电能的装置。一个单元燃料电池典型地包括阳极、阴极、电解质膜和一对引导反应气体分别到发生电化学反应的阳极和阴极的气流分配器(例如双极板)。还包括另外的组件，例如衬垫、气体扩散层，端板和冷却板，以进一步便于燃料电池的运行。在燃料电池运行过程中，燃料气体，如氢气，在阳极被氧化，同时氧化性气体，如氧气，在阴极被还原。在阳极和阴极上的电化学氧化还原反应通常用金属催化剂，如铂催化。电能能从燃料电池中的这种电化学反应中高效率地产生。但是，催化剂对污染物质，如氨、胺、硫化合物、金属卤化物、一氧化碳、酚类和许多其它有机和无机化合物非常敏感。由于燃料电池典型地在高温、高相对湿度、强氧化还原气氛的恶劣环境中运行，所以燃料电池的组件必须具有非常高的化学和物理稳定性。由于次要杂质的水解、氧化作用、还原作用或析出导致的燃料电池组件的轻微退化可导致催化剂中毒或电解质膜功能的损伤。因此，燃料电池组件通常由有限数量的高性能的昂贵材料制造。到目前为止，通常避免使用包括固有杂质或没有高化学稳定性的材料。

发明内容

燃料电池堆的组件包括阳极、阴极、衬垫、绝缘板、冷却板、双极板、气体扩散介质层、聚合物电解质膜、端板、连接螺栓和气流集合管(manifold)之一。所述堆被包括压缩机、泵、软管、阀门、集合管和其它支撑燃料电池堆所必要的部件的辅助设备包围。基本上不可渗透的有机涂层被设置在堆组件或设备组件其它部分的外部表面。

一个实施方案包括燃料电池系统，该系统包括基本上没有污染物和污染物不可渗透的涂层，其设置在燃料电池的组件上，该组件包括但不限于阴极、阳极、衬垫、绝缘板、冷却板、双极板、气体扩散介质层、聚合物电解质膜、端板、连接螺栓、气流集合管、压缩机、泵、软管、阀门、集合管或其它支撑燃料电池的外围部件的至少一个。

生产燃料电池的方法，其包括：提供燃料电池堆组件；提供包括溶解在有机溶剂中的无污染物的有机聚合树脂的溶液；设置或涂覆所述溶液在燃料电池组件表面的至少一部分上。有机溶剂蒸发后基本上不可渗透涂层或薄膜形成在所述堆或系统组件的外部表面上。

本发明的其它示例性实施方案从下文中提供的详细描述中变得明显。应该理解的是，所述详细描述和具体实施例虽然公开了本发明的示例性实施方案，但是其仅仅是解释的目的，而不想要限制本发明的范围。

特别的，本发明涉及下面的内容；

1、燃料电池系统组件，其包括阳极、阴极、衬垫、绝缘板、冷却板、双极板、气体扩散介质层、聚合物电解质膜、端板、连接螺栓、气流集合管、泵、压缩机、阀门、软管或集合管之一，其中基本上不可渗透的有机涂层设置在所述的组件的外部表面上。

2、如项目1所述的燃料电池系统组件，其中所述的有机涂层包括偏氟乙烯的共聚物或均聚物。

3、如项目1所述的燃料电池系统组件，其中所述的有机涂层由溶解在有机溶剂中的聚合物树脂溶液形成。

4、如项目3所述的燃料电池系统组件，其中所述的聚合物树脂是偏氟乙烯的共聚物或均聚物，且所述的有机溶剂包括四氢呋喃、甲基乙基酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、磷酸三甲酯、N-甲基-2-吡咯烷酮或它们的混合物。

5、如项目1所述的燃料电池系统组件，其中在浸入80℃去离子水24小时后所述的有机涂层具有可检出的单一金属(比钙重)的量是1ppb或更少。

6、如项目1所述的燃料电池系统组件，其中所述涂层的厚度为大约0.1微米至大约100微米。

7、如项目1所述的燃料电池系统组件，其中所述的涂层具有10-100MPa的拉伸强度，大约10％至大约500％的断裂伸长量，及在23℃下0.8-1.7的介电强度。

8、如项目1所述的燃料电池系统组件，其是绝缘板、气流集合管、端板或衬垫。

9、一种燃料电池，其包括设置在阴极、阳极、衬垫、绝缘板、冷却板、双极板、气体扩散介质层、聚合物电解质膜、端板、连接螺栓或气流集合管至少之一之上且基本上无污染物的污染物不可渗透涂层。

10、如项目9所述的燃料电池，其中所述的涂层包括有机树脂，其在水中可析出不超过1ppb的比钙重的单一金属元素，且水吸收量小于约0.1％重量。

11、如项目9所述的燃料电池，其中所述的涂层对于金属氯卤化物、重烃、酚类和硫化合物是基本上不可渗透的。