CN101281970B - 改善水管理的显微结构化的燃料电池元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过将燃料电池元件显微结构化以改进燃料电池中水管理的方法和材料，该燃料电池元件包括隔板和/或气体扩散介质。制造燃料电池的方法包括被显微结构化的隔板和/或气体扩散介质。材料的选择性熔蚀和冲模能够产生显微结构化，其中显微结构化有助于燃料电池中的水管理。

Description

改善水管理的显微结构化的燃料电池元件
技术领域
本发明涉及燃料电池，更具体来说，涉及有关水管理的燃料电池元件。
背景技术
燃料电池已经被作为电源为汽车和其他工业应用提供电能。典型的燃料电池具有一个膜电极组件(MEA)，其包括催化电极和夹在阳极与阴极之间的质子交换膜(PEM)。多孔导电材料制备的气体扩散介质可以被用于阴极和阳极侧以改善电池的运行。该MEA被夹在一对作为阳极和阴极集电体的导电接触元件之间。
双极PEM燃料电池可以包括多个以串联方式堆叠在一起的MEA，其一个与下一个之间被称为双极板或者隔板的气密的、导电的接触元件隔开。该隔板可以具有两个工作面，一面面对一个MEA的阳极，另一面面对堆叠体中的下一个相邻MEA的阴极，并且每一个隔板在相邻的电池之间导电。在堆叠体端部的接触元件被称为端板、端子板或集电板。这些端子集电体与夹在端子隔板和端子集电板之间的导电元件接触。
夹在MEA之间的隔板可以在其表面上包含有槽或流道的排列，从而限定出反应气体流场以在各自阳极和阴极表面分布燃料电池的气体反应物(比如，氢气和氧气/空气)。这些反应气体流场通常包括多个在其间限定出多个的流道的槽脊，通过这些流道气体反应物从在流道一端的供给歧管流到在流道相反一端的排出歧管。
覆盖反应物流场的是气体扩散介质，其起到很多功能。这些功能之一是通过其中的反应气体的扩散以在各自的催化层中反应。另一个是扩散反应产物，即水，穿过燃料电池。另外，该扩散介质必须在催化层和隔板之间导电和导热。为了正确的实现这些功能，该扩散介质必须是足够多孔的。
水管理是燃料电池运行中一个重要的问题。比如，基于MEA中发生的氢气和氧气之间的电化学反应在阴极会产生水。从阳极穿过PEM以与阴极的氧化剂结合的质子的传输，需要并消耗水。另外，PEM的质子传导性很大程度上取决于它的水合状态。当被水合时，PEM具有酸性特性，其使得介质能够从燃料电池阳极到阴极传导质子。然而，如果质子交换膜没有被足够的水合，该酸性特性会被降低，并带来电池必要的电化学反应的相应程度的减少。
另一个水管理中的问题是燃料电池内部的湿气传输导致气体扩散介质中的局部湿度梯度。关于此，在面对气体扩散介质的质子交换膜平面中的不均衡在于，运行中时膜表面的一些区域相对于另一些区域来说受益于更高的湿度。气体扩散介质中湿度的局部不均衡影响质子交换膜局部区域的同等的湿度差异，从而导致电池发电时质子交换膜的各个局部区域的效率差异。
水管理中的另一个复杂之处在于在组装好的燃料电池堆中所有的单个燃料电池，以及在每一个单独的隔板中的所有的流道，都被连接到共同的出口和入口歧管上。因此，每一个反应流体通道都具有相同的总压降。一个流道中的水阻塞会使得气流转向到相邻的流道中，从而保证了整体的压降。类似的，如果一个电池的一个隔板包括相对大量的液体水，它可能会经历一个“饥饿”(starving)状态，这时很多气流转向相邻的电池中使得反应计量比无法被保证。因此，需要最小化隔板流道中的液体水的累积，尤其是在低负载时，这时反应物气流较小因此不太能通过气体剪切力将水移走。
使用诸如压降、温度梯度以及逆流操作的水管理策略能产生一些作用；但是，改进的水管理最好能提高燃料电池的性能和耐久性。因此，需要提供质子交换膜的均衡水合，需要提供更好的水传输来冷却燃料电池以防止过热，需要平衡或降低局部湿度梯度，还需要防止液态水的溢流或饱和。
发明内容
本发明提供通过将燃料电池元件显微结构化来改善燃料电池水管理的方法和材料，上述燃料电池元件包括至少一部分隔板和/或气体扩散介质。
制备燃料电池的方法包括将隔板和气体扩散介质接触以形成一个被覆盖的反应气体流场。该隔板包括限定出多个流道的多个槽脊，该气体扩散介质包括一个与隔板的多个槽脊互补的第一表面区域和与隔板的多个流道互补的第二表面区域。隔板的多个槽脊接触气体扩散介质的第一表面区域。隔板的多个流道的至少部分表面和/或气体扩散介质的至少部分第二表面区域被显微结构化。
在一些方面，隔板的多个流道的至少部分表面和/或气体扩散介质的至少部分第二表面被显微结构化的工艺包括将激光脉冲集中到选择性侵蚀的表面材料上从而产生包括多个未侵蚀表面材料突起的显微结构。在一些情况下，这些表面材料的突起在高度、长度和宽度上均为约1微米到约100微米。
在另一些方面，隔板的多个流道的表面被显微结构化的工艺包括将激光脉冲集中到选择性侵蚀的表面材料上，其中该表面材料组成了该隔板的多个流道的至少部分表面，该隔板由金属构成。表面材料的选择性侵蚀产生了包括多级粗糙的显微结构，该多级粗糙包括高度、长度和宽度均为约0.1微米到约10微米的突起和凹陷。
在其他一些方面，一种制备燃料电池的方法包括将隔板的多个流道的至少部分和/或气体扩散介质的第二表面区域通过一种工艺显微结构化，该工艺包括将显微结构化的冲模板压到隔板的多个流道的表面和/或气体扩散介质的第二表面区域上。
还有一些方面包括具有隔板和气体扩散介质的燃料电池，该隔板具有限定出多个流道的多个槽脊，该气体扩散介质包括与隔板的多个槽脊互补的第一表面区域和与隔板的多个流道互补的第二表面区域。隔板的多个槽脊接触气体扩散介质的第一表面区域以形成反应气体流场。隔板的多个流道的表面和/或气体扩散介质的第二表面区域被显微结构化。
在一些情况下，隔板的多个流道的表面被覆有被显微结构化的亲水聚合物和/或气体扩散介质的第二表面区域被覆有被显微结构化的憎水聚合物。该被显微结构化的亲水聚合物可以具有被减小至少约30度的接触角，该被显微结构化的憎水聚合物可以具有被增大至少约30度的接触角。
根据Wenzel模型(Wenzel’s model)或Cassie-Baxter(Cassie-Baxter’smodel)模型，理论上，通过分别在亲水或憎水材料上制备高度粗糙的表面能够产生超级亲水或超级憎水表面。Wenzel，R.N.，Ind.Eng.Chem.，1936，28：988；Cassie，A.B.D.和Baxter，S.，Trans.Faraday Soc.，1944，40：546。该粗糙度在燃料电池元件表面上产生高的表面积，因此增加表面的亲水或憎水性能。因此，在燃料电池运行中，水的传输被增强。
本技术提供了和燃料电池中的水管理相关的多种益处。将隔板和/或气体扩散介质中的一个或两个显微结构化以增加各自的亲水性或增水性有助于优化水管理。
被显微结构化的隔板能够超级亲水从而容易地将液态水在流道中铺开从而有助于蒸发或通过气体剪切力的移动。被显微结构化的气体扩散介质能够超级憎水从而阻碍液态水的累积，该液态水的累积能够堵塞反应物气体和水蒸气向气体扩散介质中的传输。并且，气体扩散介质流道侧的超级憎水表面能够将水滴从扩散介质剪切到流道所需要的力最小化。从而，本技术能够有助于提供平衡水合的质子交换膜，更好的水传输以冷却燃料电池防止过热，平衡或降低局部湿度梯度，并能够防止液态水的溢流或饱和。
本发明的其他应用领域从以下详细叙述中会变得显而易见。应当明确，详细叙述和特定举例，示出了本发明的优选实施方式，仅是举例说明的目的，并不意在限制本发明的范围。
附图说明
根据详细叙述和附图，本发明将更被充分理解，其中
图1A是在液冷PEM燃料电池堆中的两个MEA的示意图；
图1B是图1A中示出的隔板的局部视图；
图2是根据本发明的教导构造出的隔板被气体扩散介质覆盖的实施方式的断面图；
图3是根据本教导构造出的显微结构的实施方式的显微照片；
图4A是在100微米级别上根据本教导构造出的不锈钢隔板显微结构的实施方式的显微照片；以及
图4B是图4A示出的实施方式的更近距离的在10微米级别上的显微照片。
具体实施方式
以下叙述对主题、制备以及在此揭示的教导的运用本质上仅仅是示例性的，并不意在限制本申请或其他声明以本申请为优先权的其他申请或由此授权的专利的权利要求中任何特定发明的范围、应用和运用。
本发明提供了通过将燃料电池元件显微结构化以改善燃料电池中水管理的方法和材料，该燃料电池元件包括隔板和/或气体扩散介质。制备燃料电池的方法包括，将隔板和气体扩散介质接触以构成一个被覆盖的气体流场。隔板包括限定出多个流道以形成反应物气体流场的多个槽脊，而气体扩散介质包括与隔板的多个槽脊互补的第一表面区域，以及与隔板的多个流道互补的第二表面区域。隔板的多个槽脊接触气体扩散介质的第一表面区域，从而构成一个被覆盖的反应物气体流场。隔板的多个流道的至少部分表面和/或气体扩散介质的第二表面区域被显微结构化以改善水管理。
图1A示出了一个根据本教导的燃料电池的示例性实施方式，该燃料电池包括一个显微结构化的隔板和/或一个显微结构化的气体扩散介质。图1A中示意性示出的是两个单独的质子交换膜(PEM)燃料电池连接在一起形成一个具有一对被导电性的、液冷的、双极隔板8彼此间隔的膜电极组件(MEA)4和6的电池堆2。在电池堆2中，优选的双极板8通常具有两个在电池堆中的电活性侧20、21，每一个活性侧20、21分别面对被隔离开的具有相反电荷的MEA4、6，因此被称为“双极”板。在构造隔板8时，通常将一对板导电性的连接在一起，例如，焊接、铜焊、用导电性粘结剂粘合，如图1B所示，以在板之间提供冷却剂容量9。正如在此所述，描述具有导电性双极板的燃料电池堆2；然而本技术也同样可以被应用于只有一个燃料电池的隔板中。
MEA4、6和双极板8，在夹具端子板10和12以及端部接触流体分布隔板14和16之间被堆叠在一起。端部隔板14、16，以及隔板8的两个工作面，包括相邻于在活性表面18、19、20、21、22和24上的以向MEA4、6分布燃料和氧化剂气体(即H2和O2/空气)的槽或流道的多个槽脊。非导电性的垫圈或密封件26、28、30、32、33和35为燃料电池堆的多个部件之间提供密封和电绝缘。导电性气体扩散介质34、36、38和40压在MEA4、6的电极表面上。导电性介质的附加层43、45被至于端部接触流体分布板14、16和端子集电板10、12之间以当电池堆在正常运行条件下被压缩时在其间提供一个导电性通路。端部接触隔板14、16分布压在扩散介质34、40上，而双极隔板8压在一个MEA4阳极面的扩散介质36和另一个MEA6阴极面的扩散介质38上。
氧气从存储罐46中通过适当的供给管道42被供给到燃料电池堆的阴极侧，而氢气从存储罐48中通过适当的供给管道44被供给到燃料电池的阳极侧。或者，空气可以从周围环境中被供给到阴极侧，氢气从甲醇或汽油重整器或其他类似设备中被供给到阳极。还为MEA的阳极和阴极侧提供了排气管道43、35。提供了附加管道50以使冷却剂从存储罐52中通过双极隔板8和端部隔板14、16并从出口管道51循环流出。下文中，“隔板”指代双极板或端部接触隔板。隔板通常还可以指用两个独立的隔板限定出的一个完整的组件(它们之间具有冷却剂流体的空隙)或两个独立的隔板本身。
图2中示出的断面图是隔板60和气体扩散介质62的一部分。隔板60和气体扩散介质62被压在一起从而气体扩散介质62覆盖反应物气体流场，该流场由在隔板60上限定出多个流道66的多个槽脊64形成。气体扩散介质62的第一表面区域68接触隔板60的槽脊64，而第二表面区域70覆盖隔板60的流道66。每一个流道66都有流道表面72，如图2所示，流道表面有一个矩形截面，但该流道表面72可以包括槽或具有各种截面形状的流道，比如半圆、方形或三角形。
在燃料电池运行期间，基于MEA中发生的氢气和氧气间的电化学反应，阴极侧生成水。水会在燃料电池内部传输，部分被反应气体和水蒸气流带过隔板上的反应物气体流场中的流道。为了便于水的流动和管理，流道的至少部分表面和/或气体扩散介质的第二表面区域被显微结构化。
隔板流道被设置为亲水的，从而液态水不会阻塞反应气体和水蒸气流通过流场。该亲水表面将液态水延展为一层薄膜，从而使其更易于蒸发或被气体剪切力带走且不会填满流道容积。隔板可以以亲水材料制备，例如，包括亲水聚合物或金属板、例如不锈钢板的复合隔板。隔板的亲水性被显微结构化增大。在某些情况下，隔板流道的表面可以被涂覆亲水涂层，比如亲水聚合物涂层，包括丙烯酸酯、酚、聚酰亚胺、环氧树脂、聚亚安酯或尼龙基涂层。该亲水涂层随后被显微结构化以增加亲水性。
气体扩散介质的表面可以是憎水的从而液态水不会在表面累积阻塞通过扩散介质的气流。气体扩散介质的整个表面、与隔板的多个流道互补的第二表面区域或部分第二区域可被制成憎水性的。在某些情况下，或者气体扩散介质的整个表面，或者仅仅是第二表面区域或一部分第二表面区域可以被涂覆一层憎水涂层，比如憎水聚合物。示例性的憎水聚合物是聚四氟乙烯。其他适宜的憎水聚合物也可被沉积、涂覆或在气体扩散介质表面聚合。该憎水聚合物然后被显微结构化以增加憎水性。因此气体扩散介质表面的憎水性可以被在憎水聚合物表面实施的显微结构化增加。
至少部分隔板流道表面或气体扩散介质表面被显微结构化以分别或同时增加它的亲水性或憎水性。显微结构化增加材料的表面积并增加被显微结构化的材料的亲水或憎水性能。接触角小于90度的材料是亲水的。显微结构化的亲水材料能够至少减少约30度的接触角，与未结构化材料相比，甚至能够产生超级亲水材料，产生的该超级亲水材料的接触角小于约20度并能接近0度。相反，接触角大于90度的材料是憎水的。显微结构化的憎水材料能够增加至少约30度的接触角，与未结构化材料相比，甚至能够产生超级憎水材料，产生的该超级憎水材料的接触角大于约160度并能接近180度。在显微结构化前和后的接触角可以通过例如固着液滴法(sessile drop method)来确定，或其他本领域公知的方法来确定。
将流道的表面或气体扩散介质的表面显微结构化可以通过一种或多种方法实现，其包括：机械方法，例如研磨、喷砂、冲压，以及雕刻；平版印刷法，例如化学法、电化学法，以及离子束；涂覆法，例如物理蒸汽沉积、化学蒸汽沉积、电化学沉积，以及脉冲激光沉积；以及能量束，例如激光束、电子束、以及放电(electrical discharge)。
采用激光束来进行显微结构化能够在几乎任何金属、玻璃、陶瓷或聚合物上产生高精度的表面特性。聚焦激光脉冲允许对表面材料的选择性熔蚀以形成多种多样的显微结构化类型。例如，使用激光脉冲选择性熔蚀能够产生被平滑边缘包围的凹陷或固化的熔融表面材料，而不需要物理接触材料。孔或凹陷的形貌可以重复生产并能够通过变化作用参数来进行控制，包括束能量、强度分布、脉冲形状，以及脉冲持续时间。激光法既能够直接集中照射到目标表面也可以通过采用一个面具。通过修正激光辐射和目标表面之间的入射能量和作用时间，就能够选择从加热表面材料到表面材料的精确熔蚀等各种作用而不需要影响周围的表面。例如，超短激光脉冲可以被用于精确加热或熔蚀而不影响临近的带有微米级甚至纳米级结构的表面材料。
固态激光或气体激光(激态原子)可以被用于进行显微结构化。在某些情况下，固态激光更有优势，因为气体激光会涉及有毒气体，比如氟，并且比固态激光更昂贵。可以使用一种Q开关控制(Q-switch-operated)的Nd:YAG激光或Ti掺杂蓝宝石激光。使用各种脉冲能量、脉冲个数、聚焦系统，以及激光等离子作用等的系统研究证实了参数对于特殊材料表面的显微结构化的必要性。显微结构能够通过光学干涉仪(WYKO Corp.，Tuscon，AZ)显示和通过扫描电子显微镜来表现。
在某些情况下，基于激光的熔蚀会使用波长从约1200到约2000nm，能量从约0.01到约0.50mJ，脉冲持续时间从约5到约500纳秒的纳米激光系统。可以采用这些参数在显微结构化的表面上生成一系列纳米结构从而影响碳素钢、不锈钢(SS)或聚合物涂覆的SS隔板表面、气体扩散介质、以及冲模板材料表面的浸润性。
使用激光脉冲选择性熔蚀表面材料能够产生包括微米级结构到纳米级结构的显微结构。在某些情况下，显微结构化可以包括表面材料上多个未完全熔蚀的突起。表面材料上的突起的高度、长度或宽度可以是约1微米到100微米。因此，这些突起包括从约1微米到100微米连续的各种高度、长度和宽度尺寸。这些突起可以包括圆点、棱锥、柱体、圆锥、立方体或矩形块以及其他几何形状的阵列。图3示出了一个示例性显微结构的100微米级的显微照片。图3示出了表面材料的选择性熔蚀如何留下各种高度的未熔蚀材料的突起。尽管图3示出了主要是柱状突起，但任何上述形状的阵列或形状的组合都可以生成。
显微结构化还可以包括多级粗糙度，该多级粗糙度包括高度、长度和宽度中的每一个均为约0.1微米到约10微米的突起和凹陷。该多级粗糙度包括从约0.1微米到10微米连续的各种高度、长度和宽度尺寸。和多级粗糙度有关的突起和凹陷既包括具有微米尺寸的结构特征也包括具有纳米尺寸的结构特征。例如，多级粗糙度可以包括：(a)高度、长度和宽度中的每一个均为从约1微米到约10微米的突起；和/或(b)深度、长度和宽度中的每一个均为从约1微米到约10微米的凹陷；而在同时还具有(c)高度、长度和宽度中的每一个均为从约100纳米到约1微米的突起和；和/或(d)深度、长度和宽度中的每一个均为从约100纳米到约1微米的凹陷。在某些情况下，多级粗糙度显微结构化可以在金属制成的隔板流道的至少部分表面上使用。
图4A在100微米的级别上示出了包括形成在不锈钢隔板上的多级粗糙度的示例性的显微结构化的显微照片。在图4A中可以看到选择性的显微结构区域74和非结构化区域76。图4B在10微米的级别上给出了显微结构化区域74和非结构化区域76的近距离视图。
显微结构化还可以通过将一个显微结构化的冲模板分别压在燃料电池元件表面上以在隔板流道的至少部分表面上形成和/或在气体扩散介质的第二表面区域形成。采用冲模板的按压可以形成与冲模板上的显微结构相反的显微结构。例如，冲模板上的显微结构可能包括高度、长度和宽度中的每一个均为约10到约100微米的突起。通过将这个冲模板按压到燃料电池元件的表面(例如，隔板流道的表面或气体扩散介质的第二表面区域)上，该冲模板的显微结构会在燃料电池元件的表面上留下压痕，该压痕包括深度、长度和宽度中的每一个均为约10到约100微米的多个凹陷。类似的，具有包括高度、长度和宽度中的每一个均为约0.1微米到约10微米的突起和凹陷的多级粗糙度的显微结构的冲模板可以用来在燃料电池元件的表面上形成类似的显微结构。
显微结构化模板可以通过以下描述的各种结构化工艺来生产，上述工艺包括激光照射放电。该激光脉冲可以被集中在冲模板的表面上以选择性熔蚀表面材料来形成显微结构。例如，该显微结构化模板可以被按压到不锈钢隔板上以将隔板显微结构化。通过这种方法，一个显微结构化冲模板可以用来形成多个显微结构化隔板。相同的方法可以类似的被用来形成多个显微结构化的气体扩散介质。
这里叙述的离子和其他实施方法都是示例性的，并不意在限制该技术的方法和材料范围。在本技术的范围内进行等同的变化、改进和特定实施方式、材料、组成和方法的变化，都能得到实质上类似的结果。

Claims (15)

1.一种制造燃料电池的方法，包括：
将隔板和气体扩散介质接触以形成被覆盖的反应物气体流场；
隔板包括限定出多个流道的多个槽脊，多个流道具有表面；以及
气体扩散介质包括接触隔板的多个槽脊的第一表面区域和与隔板的多个流道互补的第二表面区域；
其中所述隔板的多个流道的至少部分表面被制成为亲水性的，所述气体扩散介质的至少部分第二表面区域被制成为憎水性的，且所述隔板的多个流道的至少部分表面和气体扩散介质的至少部分第二表面区域被显微结构化以产生包括多级粗糙度的显微结构，
其中所述隔板的多个流道的至少部分表面的多级粗糙度包括高度、长度和宽度中的每一个均为约0.1微米到约10微米的突起和凹陷。
2.根据权利要求1所述的制造燃料电池的方法，其中隔板的多个流道的至少部分表面、气体扩散介质的第二表面区域、或隔板的多个流道和气体扩散介质的第二表面区域被通过以下方法显微结构化：
聚焦激光脉冲以选择性熔蚀表面材料，由此产生包括多个表面材料突起的显微结构；
其中该表面材料包括隔板的多个流道的至少部分表面、气体扩散介质的第二表面区域、或隔板的多个流道的表面和气体扩散介质的第二表面区域。
3.根据权利要求2所述的制造燃料电池的方法，其中未熔蚀表面材料的突起的高度、长度和宽度中的每一个均为约1微米到约100微米。
4.根据权利要求1所述的制造燃料电池的方法，其中隔板的多个流道被通过以下方法显微结构化：
聚焦激光脉冲以选择性熔蚀表面材料从而产生所述显微结构；
其中该表面材料包括隔板的多个流道的至少部分表面，并且该隔板由金属制成。
5.根据权利要求1的制造燃料电池的方法，其中隔板的多个流道的至少部分表面，气体扩散介质的至少部分第二表面区域，或隔板的多个流道的表面和气体扩散介质的第二表面区域被显微结构化的方法包括：
将显微结构化的冲模板按压到隔板的多个流道的表面、气体扩散介质的第二表面区域、或隔板的多个流道表面和气体扩散介质的第二表面区域上。
6.根据权利要求5所述的制造燃料电池的方法，其中形成该显微结构化的冲模板的方法包括：
聚焦激光脉冲以选择性熔蚀冲模板的材料从而产生包括以下的显微结构：
该冲模板上的表面材料的多个突起。
7.根据权利要求1所述的制造燃料电池的方法，其中
隔板的多个流道的表面被显微结构化以将接触角减少至少约30度，其中该隔板是金属；或
所述显微结构化包括：隔板的多个流道的表面被涂覆有亲水聚合物，该亲水聚合物随后被显微结构化以将接触角减少至少约30度。
8.根据权利要求1所述的制造燃料电池的方法，其中所述显微结构化包括：气体扩散介质的第二表面区域被涂覆有憎水聚合物，该憎水聚合物然后被显微结构化以将接触角增加至少约30度。
9.一种燃料电池，包括：
隔板，包括有限定出多个流道以形成反应物气体流场的多个槽脊，该多个流道具有表面；
气体扩散介质，包括与隔板的多个槽脊互补的第一表面区域和与隔板的多个流道互补的第二表面区域；
其中隔板的多个槽脊接触气体扩散介质的第一表面区域以形成被覆盖的反应物气体流场；并且
其中所述隔板的多个流道的至少部分表面是亲水性的，所述气体扩散介质的至少部分第二表面区域是憎水性的，且所述隔板的多个流道的至少部分表面和气体扩散介质的至少部分第二表面区域被显微结构化以产生包括多级粗糙度的显微结构，
其中所述隔板的多个流道的至少部分表面的多级粗糙度包括高度、长度和宽度的每一个均为约0.1微米到约10微米的突起和凹陷。
10.根据权利要求9所述的燃料电池，其中该隔板包括复合材料或金属。
11.根据权利要求9所述的燃料电池，其中该隔板的多个流道的表面被显微结构化以将接触角减少至少约30度。
12.根据权利要求9所述的燃料电池，其中所述显微结构化包括：该隔板的多个流道的表面涂覆有亲水聚合物，该亲水聚合物随后被显微结构化以将接触角减少至少约30度。
13.根据权利要求9所述的燃料电池，其中所述显微结构化包括：该气体扩散介质的第二表面区域涂覆有憎水聚合物，该憎水聚合物随后被显微结构化以将接触角增加至少约30度。
14.根据权利要求13所述的燃料电池，其中该憎水聚合物包括聚四氟乙烯。
15.一种燃料电池，包括：
隔板，包括限定出多个流道以形成反应物气体流场的多个槽脊，该多个流道具有表面；
气体扩散介质，包括与隔板的多个槽脊互补的第一表面区域和与隔板的多个流道互补的第二表面区域；
其中该隔板的多个槽脊接触该气体扩散介质的第一表面区域以形成被覆盖的反应物气体流场；以及
其中该隔板的多个流道的至少部分表面涂覆有被显微结构化的亲水聚合物，该气体扩散介质的至少部分第二表面区域涂覆有被显微结构化的憎水聚合物，
其中所述被显微结构化的亲水聚合物包括多级粗糙度，该多级粗糙度包括高度、长度和宽度的每一个均为约0.1微米到约10微米的突起和凹陷。
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