CN101248551A - 用于燃料电池的多孔导电流体分配板 - Google Patents

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Abstract

在至少一个实施例中，本发明提供一种导电流体分配板、制造导电流体分配板的方法和用于利用导电流体分配板的系统。在至少一个实施例中，该板包括板体和聚合物多孔导电层，板体限定了一组流体流动通道，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，聚合物多孔导电层接近于板体，且聚合物多孔导电层具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度。

Description

用于燃料电池的多孔导电流体分配板
技术领域
本发明总体上涉及多孔导电流体分配板、制造多孔导电流体分配板的方法和利用根据本发明的多孔导电流体分配板的系统。更明确地来讲，本发明涉及在解决燃料电池和其它类型的装置中的水输送难题时多孔导电流体分配板的使用。
背景技术
正在开发燃料电池作为用于包括车辆用途的许多用途的电源。燃料电池的一种是质子交换膜或PEM燃料电池。PEM燃料电池是本领域中所公知的并在燃料电池中的每个单元中包括膜电极组件或MEA。MEA是具有阳极电极面和阴极电极面的薄质子传导聚合物膜电解质，阳极电极面在MEA的一个侧面上形成，阴极电极面在MEA的相对的侧面上形成。膜电解质的一个示例是用离子交换树脂制成的类型。示范性离子交换树脂包括全氟磺酸(perfluoronated sulfonicacid)聚合物，如可从E.I.DuPont de Nemeours & Co.得到的NAFIONTM。另一方面，阳极面和阴极面通常包括精细分离的碳粒子，支撑在碳粒子的内表面和外表面上的非常精细地分离的催化粒子，以及质子传导粒子，如与催化粒子和碳粒子混合的NAFIONTM；或者分散在整个聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂中的无碳催化粒子。
多单元PEM燃料电池包括多个MEA，这些MEA以电气串联方式堆叠在一起，并且由称为分隔板或双极板的不透气导电流体分配板相互分隔。这些多单元燃料电池称为燃料电池组。双极板具有两个工作面，一个工作面面对一个单元的阳极，另一个工作面面对电池组中的相邻的下一个单元上的阴极，并且在相邻的单元之间传导电流。在电池组的端部的导电流体分配板仅接触端部单元并称为端板。双极板含有在阳极和阴极的表面上方分配气体反应物(如H2和O2/空气)的流场。这些流场通常包括多个脊部(land)，这些脊部在它们之间限定多个流动通道，气体反应物通过这些流动通道在供给集管与排气集管之间流动，供给集管和排气集管位于流动通道的相对端部。
通常将称为“扩散介质”的高度多孔(即大约60％至80％)的导电材料(如布、滤网、纸、泡沫等)插在导电流体分配板与MEA之间，并用于(1)在导电流体分配板的脊部之间和下方在电极的整个面上分配气体反应物，和(2)从面对凹槽的电极的面采集电流并将电流输送到限定该凹槽的相邻的脊部。一种公知的扩散介质包括具有约70％的体积孔隙度和约为0.17mm的未压缩厚度的石墨纸，这种石墨纸可在商业上从Toray Company以Toray 060的名字获得。这种扩散介质还可包括本领域中所公知的细筛、贵金属滤网等。
在H2-O2/空气PEM燃料电池环境中，导电流体分配板通常可与含有F-、SO4 -、SO3 -、HSO4 -、CO3 -和HCO3 -等的弱酸溶液(pH3至5)恒定接触。而且，阴极通常在高度氧化的环境中运行，并且在暴露给增压空气时被极化至约+1V(与标称氢电极相比)的最大值。最后，阳极通常恒定地暴露给氢。因此，导电流体分配板应耐受燃料电池中的不利环境。
一种更普遍类型的适当的导电流体分配板包括用聚合物复合材料模制的那些导电流体分配板，这些材料通常包括50％至约90％体积的导电填料(如石墨粒子或丝)，这种导电填料分散在整个聚合物基料(热塑性或热固性的)中。近期在复合导电流体板的开发中的努力一直针对具有足够的导电和导热性的材料。材料供应商已开发出高碳载荷复合板，这些复合板在聚合物基料中包括体积范围在50％至90％之间的石墨粉，以实现必要的传导率目标。这种类型的板通常能够耐受腐蚀性燃料电池环境，并且，就大部分而言，满足成本和传导率目标。目前可得到的一种双极板是来自West Chicago，III.的BulkMolding Compound，Inc.的BMC板。
或者，分立的导电纤维已在降低碳载荷并提高板韧度的尝试中用在复合板中。参看于2003年8月19日公告的发明人为Blunk等人的共同待审的(copending)美国专利No.6,607,857，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用结合在本文中。与导电粉末相比，纤维材料在轴向方向上的导电率通常要大十至一千倍。参看于2004年12月7日公告的发明人为Lisi等人的美国专利No.6,827,747，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用结合在本文中。
另一种更普遍类型的适当的导电流体分配板包括用聚合物复合材料涂覆的金属制成的那些导电流体分配板，这些聚合物复合材料含有约30％至约40％的体积的导电粒子。就此方面而言，见于2002年4月16日公告的发明人为Fronk等人的美国专利No.6,372,376，该专利(1)转让给本发明的受让人，(2)通过引用结合在本文中，并且(3)公开了导电流体分配板，这些导电流体分配板用金属薄板制成，这些金属薄板涂有抗腐蚀导电层，这种抗腐蚀导电层包括多个导电抗腐蚀(即抗氧化和抗酸)填料粒子，这些填料粒子分散在抗酸、不溶于水、抗氧化聚合物的整个基料中，这种聚合物将这些粒子粘结在一起并粘结到金属薄板的表面。根据涂层的成分、电阻率和完整性，Fronk等人类型的复合涂层优选具有不大于约50ohm-cm的电阻率和介于约5微米和75微米之间的厚度。优选较薄的涂层来实现整个燃料电池组的较低IR降。
正如前面所讨论的那样，大部分导电流体分配板要么包括聚合物复合材料，要么包括涂有导电聚合物复合材料的金属基础层。虽然这些类型的板目前具有可接受的水管理性能，但希望提供一种具有提高的水管理性能的导电流体分配板。
发明内容
在至少一个实施例中，提供一种导电流体分配板，这种导电流体分配板包括板体和聚合物多孔导电层，这种板体具有限定了一组流体流动通道的表面，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，这种聚合物多孔导电层接近于板体并具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度。
在又一个实施例中，提供一种制造流体分配板的方法，这种方法包括提供板体，这种板体具有限定了一组流体流动通道的主体，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，以及在主体上提供聚合物多孔导电层，这种聚合物多孔导电层具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度。
在再一个实施例中，提供一种燃料电池。在至少一个实施例中，这种燃料电池包括第一导电流体分配板，这种第一导电流体分配板包括板体和聚合物多孔导电层，这种板体限定了一组流体流动通道，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，这种聚合物多孔导电层接近于板体并具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度。这种燃料电池还包括第二导电流体分配板和膜电极组件，这种膜电极组件将第一导电流体分配板和第二导电流体分配板分开。膜电极组件包括电解质膜、阳极和阴极，电解质膜具有第一侧面和第二侧面，阳极邻近于电解质膜的第一侧面，阴极邻近于电解质膜的第二侧面。
从下面结合附图对本发明的优选实施例进行的描述就会更全面地了解本发明。应注意到，权利要求的范围由权利要求所引述的内容所限定，而不是由在本说明书中所列出的特征和优点的特定描述所限定。
附图说明
在结合下面的附图阅读时就会很好地理解下面的对本发明的实施例进行的详细描述，在这些图中，相同的结构用相同的标号表示，在这些图中：
图1是包括燃料电池系统的车辆的示意图；
图2是采用两个燃料电池的燃料电池组的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的导电流体分配板的示意图；和
图4是根据本发明的另一个实施例的导电流体分配板的示意图。
技术人员会理解，图中所示出的元件是为了简单和清楚起见，且并非按比例绘制。例如，可将图中的一些元件的尺寸相对于其它元件扩大，以帮助提高对本发明的实施例的理解程度。
具体实施方式
下面的对优选实施例的描述实质上仅仅是示范性的且决不是旨在对本发明及其应用或用途进行限制。将详细参考本发明目前所优选的成分、实施例和方法，这些成分、实施例和方法构成发明人目前所知的实施本发明的最佳模式。附图不必按比例绘制。不过，将会理解，所公开的实施例仅仅是对本发明的示范，而本发明可体现在各种替代形式中。因此，本说明书所公开的特定细节并不解释为限制性的，而仅是权利要求的代表性基础和、或用于教导本领域中技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
除了在示例中之外或以其它形式明确说明之外，将表明材料的量或反应条件和、或用途的本说明书中的所有数值量理解为在描述本发明的最宽广范围时由词语“约”修正。通常优选在所陈述的数值限制内的实施。而且，除非有明确的相反说明，百分比、“…的部分”和比率值按重量计算；用语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；适合于或优选用于与本发明有关的指定目的的材料群组或类别的描述表明群组或类别的组成部分中的任何两种或多种的混合同样是适合的或优选的；用化学用语对组分进行的描述是指加到描述中所明确的任何组合中时的组分，而不必排除混合物的一旦混合时的组分之间的化学相互作用；首字母简略词或其它缩略语的第一定义适用于相同的缩略语在本说明书中随后的使用并且适用于最初限定的缩略语的标准语法变化；而且，除非有明确的相反说明，一种特性的测量由以前或以后参考用于相同的特性的相同的技术确定。
参看图1，图中示出了用于车辆用途的示范性燃料电池系统2。不过，将会理解，其它的燃料电池系统应用如在居住系统领域也可受益于本发明。
在示于图1的实施例中，所示出的车辆具有车体90和示范性燃料电池系统2，示范性燃料电池系统2具有燃料电池处理器4和燃料电池组15。以下参考图2至图4描述体现在燃料电池组和燃料电池中的本发明的实施例。将会理解，虽然描述一种特定的燃料电池组15的设计，但本发明也适用于使用流体分配板的任何燃料电池组的设计。
图2示出了两个燃料电池的燃料电池组15，燃料电池组15具有一对膜电极组件(MEA)20和22，MEA 20和22由导电流体分配板30相互分离。板30用作具有多个流体流动通道35、37的双极板，多个流体流动通道35、37用于将燃料和氧化剂气体分配给MEA 20和22。“流体流动通道”是指用于将流体输送到板中、从板输送出、沿着板输送或穿过板输送的板上的路径、区、区域或任何范围。可在夹板40和42与导电流体分配板32和34之间将MEA 20和22以及板30堆叠在一起。在所示出的实施例中，板32和34用作端板，这些端板分别仅具有包含通道36和38的一个侧面，这种侧面用于燃料和氧化剂气体分配给MEA 20和22，而不是板的两个侧面。
可设有不导电的衬垫50、52、54和56，以在燃料电池组的几个部件之间提供密封和电气绝缘。透气碳/石墨扩散纸60、62、64和66可压在MEA 20和22的电极面上。板32和34可分别压在碳/石墨扩散纸60和66上，而板30可压在MEA 20的阳极面上的碳/石墨扩散纸64上，并且压在MEA 22的阴极面上的碳/石墨扩散纸60上。
在所示出的实施例中，从储存容器70通过适当的供给管道86将氧化流体如O2提供给燃料电池组的阴极侧面。在将氧化流体提供给阴极侧面时，将还原流体如H2从储存容器72通过适当的供给管道88提供给燃料电池的阳极侧面。还设有既用于这些MEA的H2侧又用于O2/空气侧的排气管道(未示出)。设有其它的管道80、82和84用于向板30和板32与34供应液体制冷剂。还设有用于从板30、32和34排出制冷剂的适当管道，但在图中并未示出。
图3示出了示范性导电流体分配板30，导电流体分配板30包括第一薄板102和第二薄板104。第一薄板和第二薄板102、104在它们的外侧面/表面上包括多个流体流动通道106、108，燃料电池的反应气体通常穿过这些流体流动通道106、108在沿着每个板的一个侧面的曲折路径中流动。第一薄板和第二薄板102、104的内侧面可包括多个第二流体流动通道110、112，在燃料电池的运行期间，制冷剂流过这些流体流动通道110、112。在将第一薄板102和第二薄板104的内侧面放置在一起以形成板体120时，这些流体流动通道连接并形成用于制冷剂流过板30的一系列通道。
可用单个薄板或板而不是示于图3中的两个分立的薄板形成板体120。当用单个板形成板体120时，可在板体120的外侧面上形成这些通道，且这些通道可穿过板体120的中部，以使合成的板体120相当于从两个分立的薄板102、104构造成的板体120。
可用金属、金属合金或复合材料形成板体120，且板体120必须导电。在一个实施例中，钝化金属或钝化合金形成板体120。“钝化金属”或“钝化合金”是指由于与周围的物质如空气或水的反应的原因而形成不活泼的钝化层的金属或合金。例如，钝化层(未示出)可以是金属氧化物。金属氧化物通常通过要求氧扩散到整个层中以到达金属或合金表面起到进一步的氧化的阻挡层的作用。因此，钝化层可保护金属或金属合金的整体性。
适当的金属、金属合金和复合材料应以足够的耐久性和刚性为特征，以起到燃料电池中的流体分配板的作用。在选择用于板体的材料时所考虑其它设计性能包括透气性、导电性、密度、导热性、抗腐蚀性、图案清晰度、热与图案稳定性、可加工性、成本和可用性。
可用的金属和合金包括铝、钛、不锈钢、镍基合金和它们的组合。复合材料可包括石墨、石墨箔、聚合物基料中的石墨粒子、碳纤维纸和聚合物叠层、带有金属芯的聚合物板、导电地涂覆的聚合物板和它们的组合。
第一薄板和第二薄板102、104的厚度通常介于约51至约510(微米)之间。可通过机械加工、模制、切割、雕刻、模压、光蚀刻或其它任何适当的设计和制造工艺来形成这些薄板102、104，光蚀刻如通过光刻掩模进行。能构思出的是，薄板102、104可包括叠层结构，这种叠层结构包括平薄板和另外的薄板，这种另外的薄板包括一系列外流体流动通道。内金属隔离薄板(未示出)可位于第一薄板和第二薄板102、104之间。
在示意性地示于图3的板30中，形成板体120的结构性部件的基板102、104包括易腐蚀金属，如铝、钛、不锈钢和镍基合金。板30的工作面用导电聚合物复合涂层125覆盖。在至少一个实施例中，聚合物导电涂层125包括导电抗氧化抗酸保护材料，这种材料具有小于约50ohm-cm2的电阻率并包括多个抗氧化不溶于酸的导电粒子(即小于约50微米)，这些粒子分散在整个抗酸抗氧化聚合物基料中。可从美国专利No.6,372,376获知这些涂层的适当的示例和应用方式。
在至少一个实施例中，导电填料粒子可以是金、铂、石墨、碳、钯、铌、铑、钌和稀土金属中的至少一种。在至少某些实施例中，这些粒子可包括重量载荷为25％的导电碳和石墨。聚合物基料可包括可形成为薄的粘附膜并可耐受燃料电池的不利氧化性和酸性环境的不溶于水的聚合物。因此，除了其它的聚合物之外，还认为诸如环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟橡胶(如聚偏二氟乙烯)、聚酯、苯氧基酚醛、环氧酚醛、丙烯酸树脂和聚氨酯这样的聚合物可用于复合涂层。交联聚合物可用于制造不透水涂层，且最优选聚酰胺酰亚胺热固聚合物。
在至少一个实施例中，可通过将聚酰胺酰亚胺溶解在溶剂中来涂敷聚合物复合层125，这种溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、丙二醇和乙酸甲酯(methyl ether acetate)的混合物，且加入21％至23％重量的石墨和碳黑粒子和混合物。在至少一个实施例中，石墨粒子的尺寸范围可在5微米至20微米之间，且碳黑粒子的尺寸范围可在0.5微米至1.5微米之间。在至少一个实施例中，可将这种混合物喷射到基板上、干燥(如将溶剂蒸发)并固化，以提供具有碳与石墨的重量含量为38％的10至30微米厚的涂层。可在低温(即＜400)下将这种聚合物缓慢固化，或者在两步过程中较快固化，在此过程中，先在约300至350通过十分钟的加热除去溶剂(即干燥)，然后在从约1/2分钟至约15分钟的不同时间(根据所使用的温度)以较高的温度加热(500至750)，以将聚合物固化。正如在下面所描述的那样，本发明的多孔表面层130在干燥和固化之前涂敷，而复合层125仍有粘性。
可将导电聚合物涂层125直接涂覆到基板金属并允许在基板金属上干燥/固化，或者可在将导电聚合复合层125涂覆之前首先用可氧化金属(如不锈钢)覆盖基板金属(如铝)(见前面的Li等人的专利)。可用各种方式涂覆复合层125，如涂刷、喷射、涂抹或将预成形膜层压到基板上。
在示于图3的实施例中，导电流体分配板30包括多孔导电涂层130，这种多孔导电涂层130粘附到聚合物导电涂层125上并覆盖聚合物导电涂层125。在至少一个实施例中，多孔导电涂层130具有适合于产生小于40°的水接触角的孔隙度水平，在另一个实施例中为小于25°，在又一个实施例中为小于10°，在再一个实施例中为小于5°，在再一个实施例中为小于1°。虽然多孔导电涂层130可如图3中示意性地示出的那样基本上在板30的整个外表面上延伸，但多孔导电涂层130还可在小于整个外表面上延伸。
申请人已发现，提供具有多孔导电层130的导电流体分配板30可产生具有优良的水管理性能的导电的分配板，多孔导电层130具有(以体积百分比)至少10％的孔隙度。在至少一个实施例中，除了多孔导电涂层更多孔之外，多孔导电层130基本上类似于前面所描述的聚合物导电涂层125。在至少一个实施例中，根据本发明制成的导电流体分配板30的多孔导电涂层130可展示出10％至50％的孔隙度，在另一些实施例中在15％与40％之间，在又一些实施例中在20％与35％之间。可用BET表面积测量技术测量孔隙度。
在至少一个实施例中，根据本发明制成的导电流体分配板30的多孔导电涂层130可展示出每平方厘米表面积(per cm of surface area)50至3000个孔的孔密度，在另一些实施例中为每平方厘米表面积100至1000个孔，在又一些实施例中为每平方厘米表面积250至750个孔。可用BET表面积测量技术测量孔密度。
在至少一个实施例中，根据本发明制成的导电流体分配板30的多孔导电涂层130可展示出0.05至1微米的平均孔直径，在另一些实施例中为0.1至0.5微米。可通过扫描电子显微方法测量平均孔直径。
可通过提供板30的多孔导电层130来制成本发明的导电流体分配板30，多孔导电层130具有前面所描述的孔隙度范围中的至少一种。常规的板的表面的平均孔隙度通常低于5％并具有大于80°的水接触角。
实现多孔导电层130的理想孔隙度水平的方式并不一定重要。可以用任何适当的方式来提供多孔导电层130，如化学或机械方式。一种示范性方式是提供湿的聚合物导电涂层的层，这种聚合物导电涂层的成分与用于形成导电聚合复合涂层125上方的导电聚合复合涂层125的成分相同或类似。可以用任何适当的方式来提供这种湿的聚合物导电层，如通过喷射。在湿的聚合物导电层完全干燥之前，可将适当的孔产生剂嵌入湿的聚合物导电层中。可以用任何适当的方式来嵌入这种孔产生剂，如通过喷射、刮刀涂敷和丝网印刷。
然后可将带有嵌入其中的孔产生剂的湿的聚合物层干燥或固化。若在固化之后有过多的孔产生剂留在带有嵌入其中的孔产生剂的已固化的聚合物层的表面上，则可以用任何适当的方式将过多的孔产生剂从表面层擦去或扫去。在将湿的聚合物导电层固化之后，可将孔产生剂暴露给去除介质，以使孔产生剂在导电聚合物层内形成孔，以形成多孔导电涂层130。可将任何适当量的孔产生剂加到湿的聚合物导电层，以产生具有理想孔隙度的多孔导电涂层130。
在至少某些实施例中，孔产生剂可以是任何适当的孔产生剂，如孔产生剂、发泡剂和它们的混合物。在至少一个实施例中，去除介质可以是任何适当的介质，如用于去除孔产生剂以形成涂层130中的孔的热和溶剂。
在至少一个实施例中，孔产生剂以固体颗粒孔产生剂的形式，这种固体颗粒孔产生剂具有预定的颗粒直径，如0.1至10微米。适当的孔产生剂的一些示例包括但并不仅限于任何适当的无机盐，如碳酸盐和碳酸氢盐。适当的碳酸盐的一些示例包括但并不仅限于碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸镁、碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵、碳酸氢镁、碳酸氢钙、碳酸锌、碳酸钡和它们的混合物。
其它适当的孔产生剂的一些示例包括亚硝酸盐，如亚硝酸钠。
其它适当的孔产生剂的一些示例包括某些有机的孔形成化合物，如樟脑、尿素、樟脑或尿素的衍生物以及它们的混合物。
适当的溶剂去除介质的示例包括但不必仅限于酸、水和盐基。
在至少一个实施例中，孔产生剂包括发泡剂。可使用任何适当的发泡剂和工艺。适当的发泡剂包括物理和化学发泡剂，如偶氮化合物、偶氮甲酰胺、肼，如三肼三嗪、四唑，如5-苯基四氮唑、苯并恶嗪和氨基脲。
在另一个实施例中，可通过在孔表面层130已固化和形成之后在外表面层130中形成孔来形成孔表面层130。在此实施例中，可将销或其它突出物刺入加热后的和、或软化的层130，以在层130中形成孔。在此实施例中，还可将这些销或突出物加热，以作为将层130加热的补充或替代。
在至少一个实施例中，在希望较低的接触电阻时，可将孔产生剂与导电材料混合，如石墨、金、铂、碳、钯、铌、铑、钌和稀土金属。在此实施例中，孔产生剂与导电材料的混合物可按照任何适当的比例。不过，预计孔产生剂与导电材料的75/25的混合物至孔产生剂与导电材料的25/75的混合物的比例是适用的。在至少一个实施例中，特别优选的混合物包括石墨(超级石墨BG-34)与碳酸钠的50/50的混合物。
图4示出了本发明的另一个实施例。示于图4的板30′和板体120′的结构和用途类似于示于图3中的板30和板体120。基本上与示于图3中的板30的对应部分相同的板30′的部分用相同的标号表示，且为了清楚起见，基本上与板30的对应部分不同的板30′的部分用带有后缀“′”(撇号)的相同的标号表示。
导电流体分配板30′的体120′完全用复合材料制成(如模制)，且在接合了扩散介质的复合材料的外表面上形成多孔表面层130。在此实施例中，不必使用导电涂层125。板30′的复合材料可以是用于形成板的任何适当的导电复合材料，如聚合物复合材料，这种聚合物复合材料包括50％至90％重量的导电填料(如石墨粒子或丝)，这种导电填料分散在整个聚合物基料(热塑性或热固性的)中。
在另一个实施例中，可通过在有纹理的模具中模制复合板30′来形成多孔表面层130，这种有纹理的模具往往使复合板30′的外表面带有理想的孔隙度。在此实施例中，在采用有纹理的模具时，多孔层130可延伸到复合板体120′中，且深度可达1至5微米。
根据本发明的各种实施例的导电流体分配板具有优良的水管理性能。应理解，本发明的原理同样适用于单极板和双极板。
将通过示例对本发明进行进一步说明。将会理解，本发明并不限于这些示例。
示例
首先用如在美国专利No.6,372,376中所公开的导电防护聚合物涂层涂覆金属双极板。第一涂层有助于保护基层金属(如不锈钢)不会在活泼的燃料电池环境中腐蚀，并被以150℃闪蒸(flash)10分钟，然后以260℃固化15分钟。在板冷却之后，将相同的聚合物层的第二层喷射到第一涂层上。然后用(50/50重量的)石墨(如超级石墨BG-34)和碳酸钠的混合物将湿的层去尘，之后利用与第一涂层相同的固化周期固化。固化之后，将干燥的额外尘(石墨和碳酸钠)从板拭去。然后将涂覆后的板浸渍在0.1M的H2SO4的酸性溶液中，以溶解嵌入顶层中的碳酸钠粒子，并释放出气体(如CO2)，这些气体在顶层内形成孔。然后对板进行清洗并干燥，以去除由碳酸钠的溶解而导致的可能留在表面上的任何盐。利用BET测量技术测量的外部涂层的孔隙度大于30％。在这种板上所测得的水接触角小于10°。
虽然已示出并描述了本发明的实施例，但并不是说在这些实施例示出和描述了本发明的所有可能的形式。用在说明书中的语言是描述的语言而不是限制，而且应理解，在并不背离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种变化。

Claims (20)

1.一种导电流体分配板，包括：
板体，所述板体限定了一组流体流动通道，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流；以及
聚合物多孔导电层，所述聚合物多孔导电层接近于所述板体，所述聚合物多孔导电层具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度。
2.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述多孔导电层包括粘附到所述板体上的多孔导电涂层，所述多孔导电涂层具有至少10％的孔隙度。
3.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述涂层具有每平方厘米表面积至少50个孔的孔密度。
4.如权利要求3所述的板，其特征在于，所述这些孔具有0.05至1.0微米的平均尺寸。
5.如权利要求4所述的板，其特征在于，所述板体包括金属薄板和复合聚合物导电涂层，所述复合聚合物导电涂层不同于多孔导电涂层。
6.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括复合材料，所述复合材料包括分散在整个聚合物基料中的导电填料。
7.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述水接触角是小于25°的。
8.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述涂层的孔隙度为10至50％。
9.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板包括双极板。
10.如权利要求2所述的板，其特征在于，通过在导电涂层中布置固体孔产生剂并将所述固体孔产生剂暴露给足以溶解发泡剂的酸来得到所述涂层的孔隙。
11.如权利要求10所述的板，其特征在于，所述孔产生剂包括碳酸钠。
12.如权利要求6所述的板，其特征在于，通过将孔模制到所述板体内来得到所述层的孔隙。
13.一种制造流体分配板的方法，所述方法包括：
提供板体，所述板体具有限定了一组流体流动通道的主体，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流；以及
在所述主体上提供聚合物多孔导电层，所述聚合物多孔导电层具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述主体上提供聚合物多孔导电层的所述步骤包括：
在所述主体上提供导电聚合物涂层，所述导电聚合物涂层具有嵌在所述导电聚合物涂层上的孔产生剂；以及
将所述孔产生剂暴露给去除介质，以使所述孔产生剂在所述导电聚合物涂层中形成孔，以在所述板体上提供多孔导电涂层，所述多孔导电涂层具有小于40°的水接触角。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述去除介质包括酸。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述孔产生剂包括碳酸钠。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述孔产生剂还包括石墨。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述主体包括导电复合材料，且通过将孔模制到复合板内来产生所述孔隙。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述去除介质包括非化学处理介质，且所述孔产生剂包括发泡剂。
20.一种燃料电池，包括：
第一导电流体分配板，所述第一导电流体分配板包括板体，所述板体限定了一组流体流动通道，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流，
聚合物多孔导电层，所述聚合物多孔导电层接近于所述板体，所述聚合物多孔导电层具有足以产生小于40°的水表面接触角的孔隙度，
第二导电流体分配板；以及
膜电极组件，所述膜电极组件将所述第一导电流体分配板和所述第二导电流体分配板分开，所述膜电极组件包括：
电解质膜，所述电解质膜具有第一侧面和第二侧面以及阳极，所述阳极邻近于所述电解质膜的第一侧面；以及
阴极，所述阴极邻近于所述电解质膜的第二侧面。
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