CN101800320B - 燃料电池的透气层 - Google Patents
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Abstract
燃料电池的透气层，包括透气层，所述透气层上设有一个或多个疏水区域和一个或多个亲水区域。进一步地，从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述亲水区域的密度由高到低分布。进一步地，从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述疏水区域的密度由低到高分布。进一步地，所述亲水区域为在透气层材料上喷涂、注入或编织亲水材料的区域。本发明通过在透气层上分别设有亲水区域和疏水区域，省略了现有的保湿层，降低了燃料电池制作难度和成本，提高了燃料电池的性能。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及燃料电池的透气层。
背景技术
燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被膜电极组件(MEA)隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。
膜电极组件中通常包括透气层(Gas diffusion layer，GDL)，如图1所示，该透气层是一种导电的多孔纤维质材料，该透气层用于向模电极组件的催化剂层传送燃料和氧化剂等介质，并将反应生成的水排出。为使反应生成的水能够快速排出，通常透气层经过疏水性(hydrophobic)处理，以提高透气层的排水的速度。对于传输介质而言，需要快速有效通过，不能过于致密，排出水不会堵塞通道，不会粘在透气层上，因此做疏水处理。排水不能过于迅速，否则影响反应速度。
但是，由于膜电极组件中的质子交换模需要含有一定的水分才能传导质子，特别是对于聚四氟乙烯的质子交换膜(Nafion)而言，需要保持一定的湿度才能达到较高的反应效率。而透气层又必须将反应产生出的水快出排出，否则同样可能造成反应效率下降。为此，现有的改进方案是，在模电极上增加了由特殊材料制成的保湿层涂层，该保湿层材料成本高，亦难以推广应用。并且由于反应时，由于流道内介质(空气)速度快，导致该保温层材料容易被吹走，造成燃料电池输出功率的减小和使用寿命的缩短。
质子交换模1，催化剂层，透气层。反应产生的水用于质子交换模的传质。为保证透气层能够正常工作，通常需要对透气层进行疏水处理，以防止由于水气在透气模上凝结，造成透气层透气性能的下降，影响燃料电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种燃料电池的透气层，以提高透气层的保湿性，降低燃料电池制作难度和成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
燃料电池的透气层，包括透气层：
所述透气层上设有一个或多个疏水区域和一个或多个亲水区域。
进一步地，从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述亲水区域的密度由高到低分布。
进一步地，从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述疏水区域的密度由低到高分布。
进一步地，在靠近所述透气层的反应流进口处设有亲水区域。
进一步地，在靠近所述透气层的反应流出口处设有疏水区域。
进一步地，所述亲水区域为条状或带状或点状或环状。
进一步地，所述疏水区域和亲水区域相互分隔。
进一步地，所述亲水区域包括多根纵向的条带或多根横向的条带。
进一步地，所述亲水区域包括条状交叉的横向条带，所述疏水区域设于所述纵向条带和横向条带之间。
进一步地，所述亲水区域为在透气层材料上喷涂、注入或编织亲水材料的区域。
本发明通过在透气层上分别设有亲水区域和疏水区域，省略了现有的保湿层，降低了燃料电池制作难度和成本，提高了燃料电池的性能。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1为本发明燃料电池的透气层实施例结构示意图；
图2为本发明燃料电池的透气层另一实施例结构示意图；
图3为本发明燃料电池的透气层再一实施例结构示意图；
图4为本发明燃料电池的透气层再一实施例结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种燃料电池的透气层，包括一个或多个疏水区域1和一个或多个亲水区域2。其中亲水区域2的设置位置可根据燃料电池的反应特性、反应流的流速、燃料电池的双极板的流场结构进行选择。通过有选择性地在设置亲水区域2进行保湿，可保证模电极有水，有效地提高了入口侧的反应效率。
优选地，从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述亲水区域2的密度由高到低分布。
优选地，从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述疏水区域1的密度由低到高分布。
优选地，在靠近所述透气层的反应流进口处设有亲水区域2。在靠近所述透气层的反应流出口处设有疏水区域1。通常燃料电池在反应流的出口侧堆积反应生成的水，而在进口入处则相对干燥，其反应效率低下。通过在进口处设置亲水区域，可有效改善反应流的反应状况，使电化学反应在整个模电极组件中分布更加均匀，大幅减少局部反应区域之间的电压差和横向电流，提高燃料电池的寿命。
其中，所述亲水区域2为条状或带状，也可以是点状(如图3所示)或环状。
其中，所述疏水区域1和亲水区域2相互分隔。
其中，所述亲水区域2包括多根纵向的条带。如图1所示。
其中，所述亲水区域2包括多根横向的条带。
其中，所述亲水区域2包括条状交叉的横向、纵向条带，所述疏水区域1设于所述纵向条带和横向条带之间，如图2所示。还可以所述疏水区域1进一步设有点状的亲水区域2，如图4所示。
其中，所述亲水区域2可通过在现有的透气层材料上喷涂、注入或编织亲水材料制成，例如在透气层上注入、喷涂、编织具有毛细现象(Wicking)的亲水材料。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (4)
1.一种燃料电池的透气层，包括透气层，其特征在于：
所述透气层上设有一个或多个疏水区域(1)和一个或多个亲水区域(2)；
从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述亲水区域(2)的密度由高到低分布；
从透气层的反应流进口处至反应流的出口处，所述疏水区域(1)的密度由低到高分布；
在靠近所述透气层的反应流进口处设有亲水区域(2)；
在靠近所述透气层的反应流出口处设有疏水区域(1)；
所述疏水区域(1)和亲水区域(2)相互分隔；
所述亲水区域(2)为在透气层材料上喷涂、注入或编织亲水材料的区域。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的透气层，其特征在于：
所述亲水区域(2)为条状或带状或点状或环状。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的透气层，其特征在于：
所述亲水区域(2)包括多根纵向的条带或多根横向的条带。
4.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的燃料电池的透气层，其特征在于：
所述亲水区域(2)包括条状交叉的横向、纵向条带，所述疏水区域(1)设于所述纵向条带和横向条带之间。
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