CN102005590A - 水蒸气转移膜和纸集成的组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水蒸气转移膜和纸集成的组件，具体涉及膜湿化器组件，所述膜湿化器组件包括适于促进第一气体流向其的第一流场板和适于促进第二气体流向其的第二流场板。在所述第一和第二流场之间安置聚合物膜。该聚合物膜适于允许水在第一流场板和第二流场板之间转移。该聚合物膜包括聚合物基底和位于该聚合物基底上的聚合物层。该聚合物层特有地包括位于该聚合物基底上的具有氟化环丁基的第一聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池，更特别涉及燃料电池的湿化。
背景技术
燃料电池在许多应用领域用作电源。特别建议在汽车中使用燃料电池代替内燃机。常用的燃料电池设计使用固体聚合物电解质(“SPE”)膜或质子交换膜(“PEM”)以提供阳极与阴极之间的离子传输。
在质子交换膜型燃料电池中，氢作为燃料供应给阳极，氧作为氧化剂供应给阴极。氧可以是纯氧(O2)或空气形式(O2和N2的混合物)。PEM燃料电池典型地具有膜电极组件(“MEA”)，其中固体聚合物膜在一面上具有阳极催化剂，在相反面上具有阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极层和阴极层由多孔传导性材料，如编织石墨、石墨化片材或碳纸，形成以使燃料能够分散在朝向燃料供给电极的膜表面上。各电极具有负载在碳粒子上的细碎催化剂粒子(例如铂粒子)以促进氢在阳极处的氧化和氧在阴极处的还原。质子从阳极穿过离子传导聚合物膜流向阴极，在此它们与氧结合形成水，水从电池中排出。MEA夹在一对多孔气体扩散层(“GDL”)之间，这对GDL又夹在一对非多孔的导电元件或板之间。该板充当阳极和阴极的集流器，并含有在其中形成的用于将该燃料电池的气态反应物分配在各自的阳极和阴极催化剂表面上的适当的通道和开口。为了有效地产生电力，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须是薄的、化学稳定的、可传输质子的、不导电的和不透气的。在典型用途中，燃料电池以许多单个燃料电池堆的阵列形式提供以提供大量电力。
燃料电池中所用的内膜典型地保持在潮湿条件下。这有助于避免对该膜的损坏或缩短膜寿命，以及保持所需的工作效率。例如，较低的膜水含量造成较高的质子传导阻力，由此造成较高的欧姆电压损失。进料气的湿化，特别是在阴极入口，是合意的，以便保持该膜中，尤其入口区域中，的充足水含量。在授予Goebel等人的共同拥有的美国专利申请系列号10/797,671；授予Sennoun等人的共同拥有的美国专利申请系列号10/912,298；和授予Forte的共同拥有的美国专利申请系列号11/087,911中论述了燃料电池中的湿化，它们各自全文经此引用并入本文。
为保持所需的水分含量，常常使用空气湿化器以湿化燃料电池中使用的空气物流。空气湿化器通常由安装到空气湿化器外壳中的圆形或箱型空气湿化模件构成。这种类型的空气湿化器的实例显示并描述在授予Tanihara等人的美国专利申请系列号10/516,483和美国专利No.6,471,195中，它们各自全文经此引用并入本文。
也已经使用膜湿化器实现燃料电池湿化要求。对汽车燃料电池湿化用途而言，此类膜湿化器需要是紧凑的，表现出低压降并具有高的性能特性。
设计膜湿化器需要平衡传质阻力与压降。为了使水透过膜从湿侧传输到干侧，水分子必须克服下列阻力的某结合：湿和干流动通道中的对流传质阻力；透过膜的扩散传输阻力；以及透过膜载体材料的扩散传输阻力。紧凑且高性能的膜湿化器典型地需要具有高的水传输速率(即10,000-16,000的GPU)的膜材料。GPU或气体渗透单位是分压标准化通量，其中1GPU＝10-6立方厘米(STP)/(平方厘米·秒·厘米.汞)。结果，尽量降低湿和干流动通道与膜载体材料中的传输阻力成为设计的焦点。
因此，需要用于湿化燃料电池的改进的材料和方法。
发明内容
本发明通过在至少一个实施方案中提供膜湿化器组件(membranehumidifier assembly)来解决现有技术的一个或多个问题。该膜湿化器组件包括适于促进第一气体流向其的第一流场板(flow field plate)和适于促进第二气体流向其的第二流场板。在所述第一和第二流场之间安置聚合物膜。第一扩散层设置在第一流场板和所述聚合物膜之间。第二扩散层设置在第二流场板和所述聚合物膜之间。该聚合物膜适于允许水在第一流场板和第二流场板之间转移。该聚合物膜包括聚合物基底和位于该聚合物基底上的聚合物层。所述聚合物层粘附到所述第一扩散层上。该聚合物层特有地包括位于该聚合物基底上的具有氟化环丁基的第一聚合物。
本发明进一步体现在如下方面：
1.燃料电池用膜湿化器，该膜湿化器包含：
适于促进第一气体流向其的第一流场板；
设置在所述第一流场板上的第一扩散层；
设置在所述第一扩散层上的聚合物膜，该聚合物膜适于允许水的转移，该聚合物膜包含聚合物基底和粘附到所述第一扩散层上的聚合物层，该聚合物层包含具有氟化环丁基的第一聚合物；
设置在所述聚合物膜上的第二扩散层；和
设置在所述第二扩散层上适于促进第二气体流向其的第二流场板。
2.方面1的湿化器，其中所述第一气体和所述第二气体各自独立包括选自由O2、N2、H2O、H2及其组合组成的组的组分。
3.方面1的湿化器，其中所述聚合物膜具有大于6000GPU的渗透率。
4.方面1的湿化器，其中所述第一流场板和所述第二流场板各自独立地包括外周密封性区。
5.方面1的湿化器，其中所述聚合物层包括聚合物链段1：
E0-P1-Q1-P2 1
E0是具有给质子基团的部分；
P1、P2各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；和
Q1是氟化的环丁基部分。
6、方面5的湿化器，其中所述给质子基团是SO2X、-PO3H2或-COX，X是-OH、卤素、酯、或
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基或C1-25芳基。
7.方面1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段2和3：
[E1(Z1)d]-P1-Q1-P2 2
E2-P3-Q2-P4 3
其中：
Z1是给质子基团；
E1是含芳基的部分；
E2是未磺化的含芳基和/或含脂族基团的部分；
d是连接到E1上的Z1数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NR1H-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；和
Q1、Q2各自独立地为氟化环丁基部分。
8.方面1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段4和5：
E2-P3-Q2-P4 5
其中：
Z1是给质子基团；
E1、E2各自独立地为含芳基和/或含脂族基团的部分；
d是连接到R8上的Z1数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R8(Z1)d是具有d个给质子基团的部分；且
Q1、Q2各自独立地为氟化环丁基部分。
9.方面1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段6和7：
E1(SO2X)d-P1-Q1-P2 6
E2-P3-Q2-P4 7
它们通过连接基L1连接以形成聚合物单元8和9：
其中：
Z1是给质子基团；
E1是含芳基的部分；
E2是未磺化的含芳基和/或含脂族基团的部分；
L1是连接基；
d是连接到E1上的Z1官能团数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基或C1-25亚芳基；
Q1、Q2各自独立地为氟化环丁基部分；
i代表聚合物链段6的重复数，且
j代表聚合物链段7的重复数。
10.方面1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段10和11：
E1(Z1)d——P1-Q1-P2 10
E2(Z1)f——P3 11
其中：
Z1是给质子基团；
E1、E2各自独立地为含芳族或脂族基团的部分，其中E1和E2中的至少一个包括被Z1取代的芳基；
X是-OH、卤素、酯或
d是连接到E1上的Z1官能团数；
f是连接到E2上的Z1官能团数；
P1、P2、P3各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或另一E1基团；且
Q1是氟化环丁基部分，
条件是当d大于0时，f是0，当f大于0时，d是0。
11.方面1的湿化器，其中所述聚合物膜进一步包含第二聚合物，其与第一聚合物共混形成聚合物共混物。
12.方面11的湿化器，其中所述第二聚合物是氟弹性体。
13.方面11的湿化器，其中所述第二聚合物是PFSA聚合物。
14.方面11的湿化器，其中所述第一聚合物以所述聚合物共混物总重量的大约30至大约95重量％的量存在。
15.燃料电池系统，其包含：
适于促进第一气体流向其的第一流场板；
设置在所述第一流场板上的第一扩散层；
设置在所述第一扩散层上的聚合物膜，该聚合物膜适于允许水的转移，该聚合物膜包含聚合物基底和粘附到所述第一扩散层上的聚合物层；
设置在所述聚合物膜上的第二扩散层；
适于促进第二气体流向其的第二流场板，所述聚合物层包含第一聚合物，该第一聚合物具有包含聚合物链段1的聚合物链段：
E0-P1-Q1-P2 1
其中：
E0是具有给质子基团的部分；
P1、P2各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NR1H-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；且
Q1是氟化环丁基部分。
16.方面15的燃料电池系统，其中所述第一气体和所述第二气体各自独立地包括选自由O2、N2、H2O、H2及其组合组成的组的组分。
17.方面15的燃料电池系统，其中所述聚合物膜具有大于6000GPU的渗透率。
18.方面15的燃料电池系统，其中所述第一流场板和所述第二流场板各自独立地包括外周密封性区。
19.方面15的燃料电池系统，其中所述聚合物层包括聚合物链段1：
E0-P1-Q1-P2 1
E0是具有给质子基团的部分；
P1、P2各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；和
Q1是氟化的环丁基部分。
20.方面19的燃料电池系统，其中所述给质子基团是-SO2X、-PO3H2或-COX；
X是-OH、卤素、酯或
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或E1(见下文)。
从下文提供的详述中本发明的其它示例性实施方案变得显而易见。应该理解的是，该详述和具体实施例在公开本发明的示例性实施方案的同时仅意在用于举例说明，而不是要限制本发明的范围。
附图说明
由该详述和附图将更充分理解本发明的示例性实施方案，其中：
图1提供包括用于湿化流向燃料电池堆的阴极入口气流的膜湿化器组件的燃料电池系统的示意图；
图2A是膜湿化器组件的垂直于流向第一流场板的气流的横截面示意图；
图2B是具有外周密封性边缘的膜湿化器组件的横截面；
图3是膜湿化器组件的垂直于图2A的横截面的横截面示意图；
图4是膜湿化器组件的变体垂直于流向第一流场板的气流的横截面示意图；
图5是显示膜湿化器中可用的聚合物膜的制备的流程图；
图6A是包含单层的聚合物膜的横截面示意图；
图6B是涂覆有聚合物层的扩散层的横截面示意图；
图6C是具有涂覆有聚合物层的微孔层的扩散层的横截面示意图；
图6D是设置在基底上的涂覆有聚合物层的扩散层的横截面示意图；
图6E是设置在涂覆有微孔层的扩散层上的、涂覆有选择性聚合物层的基底的横截面示意图；
图6F是设置在扩散层上的涂覆有选择性聚合物层的基底的横截面示意图；和
图7是提供结合了本发明实施方案的湿化器的性能结果的柱形图。
具体实施方式
现在详细涉及本发明的目前优选的组合物、实施方案和方法，它们构成本发明人目前已知的实施本发明的最佳方式。附图不一定按比例绘制。但是，要理解的是，所公开的实施方案仅是本发明的示例，本发明可以具体体现为各种可替代的形式。因此，本文中公开的具体细节不应被视为限制性的，而是仅作为本发明的任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
除了在实施例中或明确地另行指明之处外，本说明书中表示材料量或反应条件和/或使用条件的所有数值量应被理解为用词语“大约”修饰以描述本发明的最宽范围。通常优选在所述数值范围内实施。此外，除非明确作出相反论述：百分比、“份数”和比率值都按重量计；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；对于与本发明相关的给定用途而言合适或优选的一组或一类材料的描述意味着该组或该类中任意两个或更多成员的混合物同样合适或优选；以化学术语描述的成分是指在添加到本说明书中特指的任何组合中时的成分，且不一定排除一经混合后混合物成分之间的化学相互作用；首字母缩写词或其它缩略语的首次定义适用于同一缩略语在本文中的所有后续应用，并加以必要的修正以适应最初定义的缩略语的正常语法变动；除非明确作出相反论述，性质的测量通过如上文或下文对相同性质提到的相同技术进行。
同样要理解的是，本发明不限于下述具体实施方案和方法，因为具体组分和/或条件当然可变。此外，本文所用的术语仅用于描述本发明的具体实施方案并且无论如何不是限制性的。
还必须指出，说明书和所附权利要求中所用的单数形式“某(a、an)”和“该、所述(the)”包含复数对象，除非文中清楚地另行指明。例如，以单数提到某组分意在包括多个组分。
在本说明书全文中，当引用公开文件时，这些公开文件的公开内容全文经此引用并入本申请以更充分描述本发明所属领域的现有技术状况。
参照图1，提供结合了膜湿化器组件的燃料电池系统的示意图。燃料电池系统10包括燃料电池堆12。压缩机14经阴极输入管线16向电池堆12的阴极侧提供空气流。来自压缩机14的空气流经过膜湿化器组件18传送以便被湿化。阴极废气经阴极输出管线20从电池堆12输出。阴极废气包括作为燃料电池堆12中的电化学过程的副产物的相当大量的水蒸气和/或液态水。如现有技术中充分理解的那样，可以将阴极废气送往膜湿化器组件18，以便为管线16上的阴极入口空气提供湿化。
参照图2A、2B和3，提供膜湿化器组件的横截面示意图。此实施方案的膜湿化器可用于需要从湿气体向干气体转移水的任何用途，如图1的燃料电池系统。图2A是垂直于干气体引入流向的膜湿化器组件的横截面。图2B是具有外周密封性边缘的膜湿化器组件的横截面。图3是垂直于图2A的横截面的膜湿化器组件的横截面。膜湿化器组件18包括适于促进第一气体流向膜湿化器组件18的第一流场板22。膜湿化器组件18还包括适于促进第二气体流向其的第二流场板24。在某细化方案中，第一流场板22是湿板，第二流场板24是干板。在第一流场板22和第二流场板24之间安置聚合物膜26。在一个变体中，聚合物膜26包括聚合物基底30以及选择性聚合物层32。在某细化方案中，聚合物基底30在亲水性和强度方面在空间上改变以利用湿化器组件18和水蒸气传输中的压差。这些基底也可针对最终装置制造中使用的粘合剂定制。在另一细化方案中，选择性聚合物层32在组成方面在空间上改变以产生不同的强度和水蒸气传输特性。选择性聚合物层32包括如下文更详细阐述的具有氟化环丁基(例如，全氟环丁基)的聚合物。在本实施方案的某细化方案中，聚合物膜26具有等于或大于6000GPU，典型地6000-16,000GPU的渗透率(permeance)。聚合物膜26适于使水从第一气体转移到第二气体。对于本文中显示和描述的该实施方案，描述了用于燃料电池阴极侧的膜湿化器组件18。但是，要理解的是，该膜湿化器组件18可以用于该燃料电池的阳极侧或按需要其它侧。应该认识到，在变体中，提供膜湿化器组件，其中将美国专利申请No.2008/0001313的膜换成聚合物膜26。该专利申请的全部公开内容经此引用并入本文。
第一流场板22包括在其中形成的多个流动通道36。通道36适于将湿气体从燃料电池的阴极输送到废气(未显示)。在本实施方案的某细化方案中，通道36通过宽度WCW和深度HCW表征。在流场板22中在相邻通道36之间形成平台(land)38。平台38包括宽度WLW。应该认识到，任何传统材料都可用于形成第一流场板22。可用材料的实例包括但不限于例如钢、聚合物和复合材料。
第二流场板24包括在其中形成的多个流动通道40。通道40适于将干气体从气体源(未显示)输送到燃料电池的阴极。本文所用的湿气体是指其中包含水蒸气和/或液态水的水平高于干气体中的水平的气体，例如如空气、和O2、N2、H2O、H2的气体混合物及其组合。干气体是指不含水蒸气或其中以低于湿气体中的水平包含水蒸气和/或液态水的气体，例如如空气、和O2、N2、H2O、H2的气体混合物及其组合。要理解的是，可以按需要使用其它气体或气体混合物。通道40包括宽度WCD和深度HCD。在第二流场板24中在相邻通道40之间形成平台42。平台42包括宽度WLD。应该认识到，任何传统材料都可用于形成干板24，例如如钢、聚合物和复合材料。
在本实施方案的某细化方案中，WCW和WCD各自独立地为大约0.5毫米至大约5毫米。在另一细化方案中，WLW和WLD各自独立地为大约0.5毫米至大约5毫米。在再一细化方案中，HCW和HCD各自独立地为大约0.1至大约0.5毫米。在另一细化方案中，HCW和HCD各自为大约0.3毫米。
仍参照图2A、2B和3，扩散介质或扩散层44与第一流场板22相邻布置并对接其平台38。类似地，扩散介质或扩散层46与干侧板24相邻布置并对接其平台42。选择性聚合物层32粘附到扩散层44上。在一种细化方案中，选择性聚合物层32通过聚合物层32渗透进入扩散层44而粘附到扩散层44上。扩散介质44，46由回弹性透气材料，例如碳纤维、纸、聚酯和玻璃纤维形成。在本发明的某细化方案中，扩散介质44，46各自独立地具有大约0.05至大约0.2毫米的厚度。在另一变体中，介质44，46各自独立地具有大约0.05至大约0.15毫米的厚度。在又一变体中，介质44，46各自独立地具有50-95％的孔隙率。在再一变体中，介质44，46各自独立地具有大约79至大约90％的孔隙率。在另一细化方案中，扩散介质44，46以孔尺寸为大约0.01至大约100微米的孔隙为特征。在另一细化方案中，孔尺寸为大约1至大约50微米。为防止扩散介质44，46侵入通道36，40——这会造成通道36，40中的更高压降，扩散介质44，46合意地具有大于40,000kPa的弹性模量，该模量更理想地大于100,000kPa。
在如图2B中所示的另一变体中，第一流场板22包括外周密封性区52，第二流场板24包括外周密封性区54。在某细化方案中，密封性表面52完全包围流场板22，密封性表面52完全包围流场板24。
膜湿化器组件18有利地允许水从湿侧通道36转移到干侧通道40。尽管本发明的运行不限于任何特定运行原理，但膜湿化器组件18的工作被认为涉及若干传输方式。在通道36，40中发生水蒸气的对流传质，而透过扩散介质44，46发生扩散传输。还通过透过聚合物膜26扩散来传输水蒸气。另外，如果在通道36和通道40之间存在压差，水在液压力作用下透过聚合物膜26转移。通道36和通道40之间的温差也可能影响水的传输。最后，在湿侧板22的通道36和干侧板24的通道40之间还存在焓交换。
在运行期间，使湿气体流过在第一流场板22中形成的通道36。从湿气体供应源接收所述湿气体。可以使用任何传统方式将湿气体输送给通道36，例如与通道36连通的给料集管。在图1中描绘的实施方案中，由来自燃料电池堆12的废气物流供应湿气体。该湿气体离开通道36到所述废气。使干气体流过在第二流场板24中形成的通道40。可以使用任何传统方式将干气体输送给通道40，例如与通道40连通的给料集管。该干气体随后离开通道40。在图1中描绘的实施方案中，由压缩机14(未显示)供应干气体。
在本实施方案的某变体中，湿气体温度典型地低于干气体温度。来自压缩机的干空气的温度可以为大约180℃，来自燃料电池废气的湿空气的温度可以为大约80-95℃。如果使用空气冷却器(未显示)冷却由压缩机供应的干空气，该温度可以为95-105℃。要理解的是，可以在不背离本发明的范围和精神下使用其它温度范围。由于湿气体和干气体之间的温差，该干气体在其湿化过程中也冷却。该冷却作用还提高了新湿化的气体(干气体)的相对湿度，由此将该气体对燃料电池部件的干燥效应减至最小。
在湿气体流过通道36和干气体流过通道40的过程中，湿气体与干气体成交叉流动关系。要理解的是，这些气体物流的逆流也可用于促进水蒸气从湿气体物流向干气体物流传输。对于燃料电池湿化用途，水转移效率要求典型地很低。因此，在逆流和交叉流设计之间几乎没有预期的性能差异。
通过经下列方程式限定通道面积比率ARc来表征膜湿化器组件18的构造是有用的：
ARc＝WC/(WC+WL)
其中Wc是通道宽度，WL是通道深度。在某变体中，通道面积比率ARc为75-85％，其中通道宽度Wc为0.5毫米至5毫米且通道深度为0.1毫米至0.5毫米。选择这样的通道面积比率ARc和通道宽度Wc以使平台38，42下方的膜面积利用率最大化和尽可能减少膜26或其它结构侵入流动通道36，40。在某细化方案中，流过通道36，40的气流是层流，由此将通过通道36，40的压降减至最小，同时使透过扩散介质44，46和膜26的水蒸气传输最大化。在另一变体中，该流以湍流方式通过通道36，40。
参照图4，提供膜湿化器组件的变体。图4是垂直于干气体引入流向的膜湿化器组件的横截面。膜湿化器组件18包括适于促进第一气体流向膜湿化器组件18的第一流场板22。膜湿化器组件18还包括适于促进第二气体流向其的第二流场板24。在某细化方案中，第一流场板22是湿板，第二流场板24是干板。
在第一流场板22和第二流场板24之间安置聚合物膜26。在该变体中，聚合物膜26包括聚合物基底30以及选择性聚合物层32，33。在某细化方案中，聚合物基底30在亲水性和强度方面在空间上改变以利用湿化器组件18和水蒸气传输中的压差。这些基底也可针对最终装置制造中使用的粘合剂定制。在另一细化方案中，选择性聚合物层32，33在组成方面在空间上改变以产生不同的强度和水蒸气转移特性。选择性聚合物层32，33各自独立地包括如下文更详细阐述的具有全氟环丁基的聚合物。
扩散介质或扩散层44设置成邻近所述第一流场板22并且和其平台38对接。扩散层44可以包含微孔层(“MPL”)(未显示)。相似的，扩散介质或扩散层46设置成邻近所述干侧板24并且和其平台42对接。选择性聚合物层32粘附到扩散层44上，而选择性聚合物层33粘附到基底30上。在一种细化方案中，选择性聚合物层32通过渗透到扩散层44上或者扩散层44上的微孔层50(未显示)上而粘附到扩散层44上。在本实施方案的某细化方案中，聚合物膜26具有等于或大于6000GPU，典型地6000-16,000GPU的渗透率(permeance)。
聚合物膜26适于使水从第一气体转移到第二气体。对于本文中显示和描述的该实施方案，描述了用于燃料电池阴极侧的膜湿化器组件18。但是，要理解的是，该膜湿化器组件18可以用于该燃料电池的阳极侧或按需要其它侧。应该认识到，在某变体中，提供膜湿化器组件，其中将美国专利申请No.2008/0001313的膜换成聚合物膜26。该专利申请的全部公开内容经此引用并入本文。膜湿化器组件18还包括如上所述的扩散介质44，46。此外，第一流场板22和第二流场板24的构造与上述相同。
参照图5，提供显示形成上述聚合物膜的方法的示意性流程图。组装方法可变以优化成本、耐久性和性能。层可以独立或一起退火。层可以湿或干热压。在这种变体中，用聚合物层32的液体前体涂布聚合物基底30。聚合物层32至少部分渗入基底32。类似地，用聚合物层33的液体前体涂布扩散层44。聚合物层33至少部分渗入扩散层44。聚合物基底30包括充足孔隙率以使聚合物层32，33的液体前体在形成过程中吸收到其中。因此，聚合物基底30通过预定空隙体积表征。典型地，空隙体积为基底总体积的30体积％至95体积％。聚合物基底30可以由具有必需空隙体积的几乎任何聚合物材料形成。膨胀聚四氟乙烷(ePTFE)特别可用于此用途。
如上所述，聚合物层32，33各自包括具有全氟环丁基的聚合物。如上所述，聚合物膜26包括具有全氟环丁基的第一聚合物。在美国专利公开号No.2007/0099054、2008年8月25日提交的美国专利申请号No.12/197530；2008年8月25日提交的12/197537；2008年8月25日提交的12/197545；和2008年8月25日提交的12/197704中公开了合适的具有环丁基部分的聚合物；它们的全部公开内容经此引用并入本文。在某变体中，该第一聚合物具有包含聚合物链段1的聚合物链段：
E0-P1-Q1-P2 1
其中：
E0是具有给质子基团的部分，例如-SO2X、-PO3H2和-COX等等；
P1、P2各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
X是-OH、卤素、酯、或
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或E1(见下文)；且
Q1是氟化的环丁基部分。在某细化方案中，聚合物链段1重复1-10000次。
在本发明的某变体中，该第一聚合物包含聚合物链段2和3：
[E1(Z1)d]-P1-Q1-P2 2
E2-P3-Q2-P4 3
其中：
Z1是给质子基团，如-SO2X、-PO3H2、和-COX等；
E1是含芳基的部分；
E2是未磺化的含芳基和/或含脂族基团的部分；
X是-OH、卤素、酯或
d是连接到E1上的Z1数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或另一E1基团；且
Q1、Q2各自独立地为氟化的环丁基部分。在一个细化方案中，d等于E1中的芳环数。在另一细化方案中，E1中的各芳环能够具有0、1、2、3或4个Z1基团。
在本实施方案的另一变体中，该第一聚合物包含链段4和5：
E2-P3-Q2-P4 5
其中：
Z1是给质子基团，如-SO2X、-PO3H2、和-COX等；
E1、E2各自独立地为含芳基和/或含脂族基团的部分；
X是-OH、卤素、酯或
d是连接到R8上的Z1数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或另一E1基团；
R8(Z1)d是具有d个给质子基团的部分；且
Q1、Q2各自独立地为氟化的环丁基部分。在该变体的细化方案中，R8是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基。在一个细化方案中，d等于R8中的芳环数。在另一细化方案中，R8中的各芳环可具有0、1、2、3或4个Z1基团。在再一细化方案中，d是平均1至4的整数。在本实施方案的另一变体中，该第一聚合物包含链段6和7：
E1(SO2X)d-P1-Q1-P2 6
E2-P3-Q2-P4 7
它们通过连接基L1连接以形成聚合物单元8和9：
其中：
Z1是给质子基团，如-SO2X、-PO3H2、和-COX等；
E1是含芳基的部分；
E2是未磺化的含芳基和/或含脂族基团的部分；
L1是连接基；
X是-OH、卤素、酯或
d是连接到E1上的Z1官能团数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-NH-、NR2-或者-R3-；和
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基或C1-25亚芳基；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或另一E1基团；
Q1、Q2各自独立地为氟化的环丁基部分；
i是代表聚合物链段6的重复数，且i典型地为1至200；且
j是代表聚合物链段7的重复数，且j典型地为1至200。在一个细化方案中，d等于E1中的芳环数。在另一细化方案中，E1中的各芳环可具有0、1、2、3或4个Z1基团。在另一细化方案中，d是平均1-4的整数。
在本实施方案的再一变体中，该第一聚合物包含聚合物链段10和11：
E1(Z1)d——P1-Q1-P2 10
E2(Z1)f——P3 11
其中：
Z1是给质子基团，如-SO2X、-PO3H2、和-COX等；
E1、E2各自独立地为含芳族或脂族基团的部分，其中E1和E2中的至少一个包括被Z1取代的芳基；
X是-OH、卤素、酯或
d是连接到E1上的Z1官能团数；
f是连接到E2上的Z1官能团数；
P1、P2、P3各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或另一E1基团；且
Q1是氟化的环丁基部分。
条件是当d大于0时，f是0，当f大于0时，d是0。在一个细化方案中，d等于E1中的芳环数。在另一细化方案中，E1中的各芳环可具有0、1、2、3或4个Z1基团。在再一细化方案中，d是平均1至4的整数。在一个细化方案中，f等于E2中的芳环数。在另一细化方案中，E2中的各芳环可具有0、1、2、3或4个Z1基团。在再一细化方案中，f是平均1至4的整数。
上式中Q1和Q2的实例为：
在各个式2-11中，E1和E2包括一个或多个芳环。例如，E1和E2包括下列部分中的一个或多个：
L1的实例包括下列连接基：
在本发明的另一实施方案中，聚合物膜26包括聚合物共混物。此实施方案的聚合物共混物包括第一聚合物和第二聚合物。第一聚合物包括上述聚合物链段1。第一聚合物不同于第二聚合物。在一个变体中，第二聚合物是非离子型聚合物。
在某细化方案中，该非离子型聚合物是含氟聚合物，如氟弹性体或氟橡胶。氟弹性体可以是包含氟原子的任何弹性体材料。氟弹性体可包含玻璃化转变温度低于大约25℃或优选低于0℃的含氟聚合物。该氟弹性体可表现出在室温下至少50％或优选至少100％的拉伸模式断裂伸长率。该氟弹性体通常是疏水的且基本不含离子基团。
该氟弹性体可以通过至少一种含氟单体，如偏二氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、氯乙烯、氯三氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚和三氟乙烯，的聚合制备。该氟弹性体也可以通过至少一种含氟单体和至少一种非含氟单体，如乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、和苯乙烯等的共聚制备。该氟弹性体可以通过在本体、乳液、悬浮液和溶液中的自由基聚合或阴离子聚合法制备。氟弹性体的实例包括聚(四氟乙烯-共-乙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)、聚(四氟乙烯-共-丙烯)、偏二氟乙烯、六氟丙烯和四氟乙烯的三元共聚物、以及乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚的三元共聚物。一些氟弹性体可以以商品名Kynar
购自Arkema和以商品名
购自SolvaySolexis、以商品名
购自3M和以商品名
购自DuPont。例如，Kynar Flex 2751是有用的偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物，其熔点温度为大约130℃至140℃。Kynar Flex 2751的玻璃化转变温度为大约-40至-44℃。该氟弹性体可进一步包含固化剂以在与包括全氟环丁基部分的第一聚合物共混后实现交联反应。
在此实施方案的另一变体中，第二聚合物是全氟磺酸聚合物(PFSA)。在某细化方案中，此类PFSA是含有基于下式所示的全氟乙烯基化合物的聚合单元和基于四氟乙烯的聚合单元的共聚物：
CF2＝CF-(OCF2CFX1)m-Or-(CF2)q-SO3H
其中m代表0至3的整数，q代表1至12的整数，r代表0或1，X1代表氟原子或三氟甲基。
在此实施方案的某变体中，第二聚合物以该聚合物共混物总重量的大约5至大约70重量％的量存在。在进一步细化方案中，第二聚合物以该聚合物共混物总重量的大约10至大约60重量％的量存在。在再一细化方案中，具有聚合物链段1的聚合物以该聚合物共混物总重量的大约30至大约95重量％的量存在。在再一细化方案中，具有聚合物链段1的聚合物(即第一聚合物)以该聚合物共混物总重量的大约40至大约90重量％的量存在。
下列实施例例证本发明的各种实施方案。本领域技术人员会认识到在本发明的精神和权利要求的范围内的许多变动。
表1和图6A-F提供用于评测根据上述实施方案制成的膜湿化器组件的性能的一组膜。实施例1对应于图6A，其聚合物膜具有PFSA聚合物的单个选择性层。实施例2对应于图6B，其扩散层44是聚酯纸且选择性聚合物层32是含有0％Kynar Flex 2751(KF)的全氟环丁基聚合物(PFCB)。实施例3对应于图6C，其扩散层44是涂覆有微孔层50的碳纸且选择性聚合物层32是含有40％Kynar Flex 2751的全氟环丁基聚合物。实施例4对应于图6D，其聚合物基底是聚丙烯，选择性聚合物层32是含有30％Kynar Flex 2751的全氟环丁基聚合物，且扩散层44是聚酯纸。实施例5对应于图6C，其扩散层44是涂覆有微孔层50的碳纸，选择性聚合物层32是含有30％Kynar Flex 2751的全氟环丁基聚合物。实施例6对应于图6E，其聚合物基底30是Donaldson 1326 ePTFE载体(D1326)，扩散层44是涂覆有微孔层50的碳纸且选择性聚合物层32是含有30％Kynar Flex 2751的全氟环丁基聚合物。实施例7对应于图6F，其聚合物基底30是Donaldson 1326ePTFE载体(D1326)，扩散层44是玻璃纤维层且选择性聚合物层32是含有30％Kynar Flex 2751的全氟环丁基聚合物。实施例8对应于图6F，其聚合物基底30是Donaldson 1326 ePTFE载体(D1326)、扩散层44是聚酯层且选择性聚合物层32是含有30％Kynar Flex 2751的全氟环丁基聚合物。
| 表1 | |
| 对比例1 | 25微米PFSA基准 |
| 实施例2 | 方法1单层纸 |
| 实施例3 | 方法2被涂覆的带有微孔层的气体扩散介质 |
| 实施例4 | 方法2涂覆在纸上的Tonen上(去除纸) |
| 实施例5 | 自支持性薄膜热压在具有微孔层的气体扩散介质上 |
| 实施例6 | 方法1热压在具有微孔层的气体扩散介质上 |
| 实施例7 | 方法1热压在基于玻璃纤维的气体扩散介质上 |
| 实施例8 | 方法1热压在聚酯气体扩散介质上 |
实施例1：PFSA基准
使用标准全氟磺酸聚合物膜的膜被用作基准。
实施例2：方法1单层复合材料
在Crane纸载体结构上的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚
合物共混物
使用3密耳Bird施加器(Paul N.Gardner)将全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚合物(1克，Tetramer Technologies)在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc，9克)中的溶液和Kynar Flex 2751的30wt％固相含量溶液(Arkema，在DMAc中的15wt％溶液2.857克)直接涂覆在窗格玻璃上。然后在热盘上将所述涂覆的玻璃在40℃加热10分钟。然后将Crane纸铺展在所述湿涂层上，所述湿薄膜吸入所述载体中，然后在烘箱中于80℃加热直到干燥。得到水蒸气转移率为9827gpu的被涂覆的载体；但是，所述涂层不是没有泄漏的。所述TCT735涂层厚度的上限认为是7-8微米。当通过将Crane纸放置在已经在40℃干燥15分钟的湿薄膜上制备其它涂层时，所述湿薄膜吸入所述载体纸中，得到的复合材料在80℃干燥15分钟后不是不泄漏的。在所有其中所述湿涂层吸入Crane纸的情况中，得到的复合材料不是不泄漏的。在40℃干燥15分钟并且在80℃干燥15分钟之后制备的所述复合材料于150℃在薄膜之间压塑3分钟。然后在所述叠层物仍旧是温热的时候将所述复合材料脱层，所述复合材料不是不泄漏的。
实施例3：方法2具有微孔层的单层涂覆的气体扩散介质
在具有MPL的GDL上的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚合
物共混物
使用由2-(2-碘四氟乙氧基)四氟乙烷磺酰氟的钾盐CAS#：[66137-74-4]与由16,000Mw联苯基全氟环丁烷低聚物和六氟异丙叉基-双-三氟乙烯基醚单体聚合而得的芳基溴化的全氟环丁基聚合物(90,000Mw)的反应制成的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸(PFCB-g-PFSA)离子交联聚合物制备在N，N-二甲基乙酰胺中的10重量％溶液。通过将Kynar Flex 2751在N，N-二甲基乙酰胺中的10重量％溶液3克添加到7克该10重量％PFCB-g-PFSA溶液中，制备共混溶液。将气体扩散层于50℃放置在真空台上，并在微孔层(MPL)上均匀涂覆10wt％的全氟环丁基离子交联聚合物共混溶液，干燥15分钟。所得到的集成水蒸气转移膜用作湿化器中的水蒸气转移膜，所述湿化器用于在低于100℃下工作的氢-空气燃料电池系统。
实施例4：方法2单层涂覆的Tonen聚丙烯多孔载体
在具有MPL的GDL上的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚合
物共混物
使用由2-(2-碘四氟乙氧基)四氟乙烷磺酰氟的钾盐CAS#：[66137-74-4]与由16,000Mw联苯基全氟环丁烷低聚物和六氟异丙叉基-双-三氟乙烯基醚单体聚合而得的芳基溴化的全氟环丁基聚合物(90,000Mw)的反应制成的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸(PFCB-g-PFSA)离子交联聚合物制备在N，N-二甲基乙酰胺中的10重量％溶液。通过将Kynar Flex 2751在N，N-二甲基乙酰胺中的10重量％溶液3克添加到7克该10重量％PFCB-g-PFSA溶液中，制备共混溶液。将Tonen聚丙烯多孔载体放置在纸张上并于50℃放置在真空台上，均匀涂覆10wt％的全氟环丁基离子交联聚合物共混溶液，干燥15分钟。所得到的集成水蒸气转移膜用作湿化器中的水蒸气转移膜，所述湿化器用于在低于100℃下工作的氢-空气燃料电池系统。
实施例5：自支持性薄膜热压到具有微孔层的气体扩散介质上
在具有MPL的GDL上热压全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚
合物共混物
使用由2-(2-碘四氟乙氧基)四氟乙烷磺酰氟的钾盐CAS#：[66137-74-4]与由16,000Mw联苯基全氟环丁烷低聚物和六氟异丙叉基-双-三氟乙烯基醚单体聚合而得的芳基溴化的全氟环丁基聚合物(90,000Mw)的反应制成的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸(PFCB-g-PFSA)离子交联聚合物制备在N，N-二甲基乙酰胺中的10重量％溶液。通过将Kynar Flex 2751在N，N-二甲基乙酰胺中的10重量％溶液3克添加到7克该10重量％PFCB-g-PFSA溶液中，制备共混溶液。将该10wt％溶液随后于50℃涂覆在干净的挤出TeflonTM片上并干燥15分钟。所得到的单层复合膜式薄膜和气体扩散介质接触于120℃和4000lbs压缩2分钟。所得到的扩散介质膜复合物用作湿化器中的水蒸气转移膜，所述湿化器用于在低于100℃下工作的氢-空气燃料电池系统。
实施例6：方法1单层复合材料膜热压到具有微孔层的气体扩散介质上
在具有MPL的GDL上热压全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚
合物共混物
使用由2-(2-碘四氟乙氧基)四氟乙烷磺酰氟的钾盐CAS#：[66137-74-4]与由16,000Mw联苯基全氟环丁烷低聚物和六氟异丙叉基-双-三氟乙烯基醚单体聚合而得的芳基溴化的全氟环丁基聚合物(90,000Mw)的反应制成的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸(PFCB-g-PFSA)离子交联聚合物制备在N，N-二甲基乙酰胺中的5重量％溶液。通过将Kynar Flex 2751在N，N-二甲基乙酰胺中的5重量％溶液3克添加到7克该5重量％PFCB-g-PFSA溶液中，制备共混溶液。将该5wt％溶液随后于50℃涂覆在干净的挤出TeflonTM片上，将ePTFE载体(实例Donaldson 1326)铺展在所述湿层上以使所述溶液能够接触所述多孔载体。该ePTFE结构保持不透明并将该湿膜干燥15分钟。从该TeflonTM背衬薄膜上剥离所得单层复合膜式薄膜并于120℃和4000lbs压缩2分钟，其中所述WVT膜的背衬薄膜侧和所述气体扩散介质接触。所得到的扩散介质膜复合物用作湿化器中的水蒸气转移膜，所述湿化器用于在低于100℃下工作的氢-空气燃料电池系统。
实施例7：方法1单层复合材料膜热压到基于玻璃纤维的气体扩散介质上
全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚合物共混物热压到
GF-GDL上
使用由2-(2-碘四氟乙氧基)四氟乙烷磺酰氟的钾盐CAS#：[66137-74-4]与由16,000Mw联苯基全氟环丁烷低聚物和六氟异丙叉基-双-三氟乙烯基醚单体聚合而得的芳基溴化的全氟环丁基聚合物(90,000Mw)的反应制成的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸(PFCB-g-PFSA)离子交联聚合物制备在N，N-二甲基乙酰胺中的5重量％溶液。通过将Kynar Flex 2751在N，N-二甲基乙酰胺中的5重量％溶液3克添加到7克该5重量％PFCB-g-PFSA溶液中，制备共混溶液。将该5wt％溶液随后于50℃涂覆在干净的挤出TeflonTM片上，将ePTFE载体(实例Donaldson 1326)铺展在所述湿层上以使所述溶液能够接触所述多孔载体。该ePTFE结构保持不透明并将该湿膜干燥15分钟。从该TeflonTM背衬薄膜上剥离所得单层复合膜式薄膜并于120℃和4000lbs压缩2分钟，其中所述WVT膜的背衬薄膜侧和基于玻璃纤维的气体扩散介质接触。所得到的扩散介质膜复合物用作湿化器中的水蒸气转移膜，所述湿化器用于在低于100℃下工作的氢-空气燃料电池系统。
实施例8：方法1单层复合材料膜热压到聚酯气体扩散介质上
在具有MPL的GDL上热压全氟环丁基-接枝-全氟磺酸离子交联聚
合物共混物
使用由2-(2-碘四氟乙氧基)四氟乙烷磺酰氟的钾盐CAS#：[66137-74-4]与由16,000Mw联苯基全氟环丁烷低聚物和六氟异丙叉基-双-三氟乙烯基醚单体聚合而得的芳基溴化的全氟环丁基聚合物(90,000Mw)的反应制成的全氟环丁基-接枝-全氟磺酸(PFCB-g-PFSA)离子交联聚合物制备在N，N-二甲基乙酰胺中的5重量％溶液。通过将Kynar Flex 2751在N，N-二甲基乙酰胺中的5重量％溶液3克添加到7克该5重量％PFCB-g-PFSA溶液中，制备共混溶液。将该5wt％溶液随后于50℃涂覆在干净的挤出TeflonTM片上，将该ePTFE载体(实例Donaldson 1326)铺展在所述湿层上以使所述溶液能够接触所述多孔载体。该ePTFE结构保持不透明并将该湿膜干燥15分钟。从该TeflonTM背衬薄膜上剥离所得单层复合膜式薄膜并于120℃和4000lbs压缩2分钟，其中所述WVT膜的背衬薄膜侧和聚酯气体扩散介质接触。所得到的扩散介质膜复合物用作湿化器中的水蒸气转移膜，所述湿化器用于在低于100℃下工作的氢-空气燃料电池系统。
实验结果
图7提供在湿化的、氢-空气燃料电池系统内水蒸气转移用材料的共同筛选点(common screening point)的实验结果。测量从80℃、85％相对湿度、10slpm干气体流速和160kPaa的湿入口物流到80℃、0％相对湿度、11.5slpm干气体流速、80℃和183kPaa的干入口物流的跨越所述膜转移的水克数。图7还显示汽车燃料电池用途的可接受水平。
上文的本发明的实施方案描述仅是示例性的，因此，其变动不被视为背离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.燃料电池用膜湿化器，该膜湿化器包含：
适于促进第一气体流向其的第一流场板；
设置在所述第一流场板上的第一扩散层；
设置在所述第一扩散层上的聚合物膜，该聚合物膜适于允许水的转移，该聚合物膜包含聚合物基底和粘附到所述第一扩散层上的聚合物层，该聚合物层包含具有氟化环丁基的第一聚合物；
设置在所述聚合物膜上的第二扩散层；和
设置在所述第二扩散层上适于促进第二气体流向其的第二流场板。
2.权利要求1的湿化器，其中所述第一气体和所述第二气体各自独立包括选自由O2、N2、H2O、H2及其组合组成的组的组分。
3.权利要求1的湿化器，其中所述第一流场板和所述第二流场板各自独立地包括外周密封性区。
4.权利要求1的湿化器，其中所述聚合物层包括聚合物链段1：
E0-P1-Q1-P2 1
E0是具有给质子基团的部分；
P1、P2各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；和
Q1是氟化的环丁基部分。
5.权利要求4的湿化器，其中所述给质子基团是SO2X、-PO3H2或-COX，X是-OH、卤素、酯、或
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基或C1-25芳基。
6.权利要求1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段2和3：
[E1(Z1)d]-P1-Q1-P2 2
E2-P3-Q2-P4 3
其中：
Z1是给质子基团；
E1是含芳基的部分；
E2是未磺化的含芳基和/或含脂族基团的部分；
d是连接到E1上的Z1数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NR1H-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；和
Q1、Q2各自独立地为氟化环丁基部分。
7.权利要求1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段4和5：
E2-P3-Q2-P4 5
其中：
Z1是给质子基团；
E1、E2各自独立地为含芳基和/或含脂族基团的部分；
d是连接到R8上的Z1数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R8(Z1)d是具有d个给质子基团的部分；且
Q1、Q2各自独立地为氟化环丁基部分。
8.权利要求1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段6和7：
E1(SO2X)d-P1-Q1-P2 6
E2-P3-Q2-P4 7
它们通过连接基L1连接以形成聚合物单元8和9：
其中：
Z1是给质子基团；
E1是含芳基的部分；
E2是未磺化的含芳基和/或含脂族基团的部分；
L1是连接基；
d是连接到E1上的Z1官能团数；
P1、P2、P3、P4各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基或C1-25亚芳基；
Q1、Q2各自独立地为氟化环丁基部分；
i代表聚合物链段6的重复数，且
j代表聚合物链段7的重复数。
9.权利要求1的湿化器，其中所述聚合物层包含聚合物链段10和11：
E1(Z1)d——P1-Q1-P2 10
E2(Z1)f——P3 11
其中：
Z1是给质子基团；
E1、E2各自独立地为含芳族或脂族基团的部分，其中E1和E2中的至少一个包括被Z1取代的芳基；
X是-OH、卤素、酯或
d是连接到E1上的Z1官能团数；
f是连接到E2上的Z1官能团数；
P1、P2、P3各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亚烷基、C1-25芳基或另一E1基团；且
Q1是氟化环丁基部分，
条件是当d大于0时，f是0，当f大于0时，d是0。
10.燃料电池系统，其包含：
适于促进第一气体流向其的第一流场板；
设置在所述第一流场板上的第一扩散层；
设置在所述第一扩散层上的聚合物膜，该聚合物膜适于允许水的转移，该聚合物膜包含聚合物基底和粘附到所述第一扩散层上的聚合物层；
设置在所述聚合物膜上的第二扩散层；
适于促进第二气体流向其的第二流场板，所述聚合物层包含第一聚合物，该第一聚合物具有包含聚合物链段1的聚合物链段：
E0-P1-Q1-P2 1
其中：
E0是具有给质子基团的部分；
P1、P2各自独立地为：不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NR1H-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C1-25全氟亚烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亚芳基；且
Q1是氟化环丁基部分。
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|---|---|
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| DE (1) | DE102010035360A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103682402A (zh) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 赋予耐久性和性能的退火wvt膜 |
| CN104103844A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-10-15 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 简化的燃料电池加湿器设计 |
| US9520604B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-12-13 | GM Global Technology Operations LLC | Slip stream for reliable anode to cathode flow in freeze conditions |
| CN108075153A (zh) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于增强基于pfsa的片材型水蒸气传送装置的耐久性的缓解策略 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8329347B2 (en) | 2010-02-08 | 2012-12-11 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell with microtruss water vapor transport device |
| US9735438B2 (en) | 2011-01-13 | 2017-08-15 | Dana Canada Corporation | Humidifier for fuel cell systems |
| US8919746B2 (en) | 2011-01-13 | 2014-12-30 | Dana Canada Corporation | Humidifier for fuel cell systems |
| US8974977B2 (en) | 2011-04-15 | 2015-03-10 | GM Global Technology Operations LLC | Wet side paper for fuel cell humidifier |
| US9028989B2 (en) * | 2011-06-03 | 2015-05-12 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell system having a fluid flow distribution feature |
| DE202012004927U1 (de) * | 2012-05-16 | 2013-08-19 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Befeuchter |
| CN107093207B (zh) * | 2017-04-12 | 2019-07-09 | 武汉大学 | 一种基于gpgpu的天然气泄漏扩散的动态可视化方法 |
| DE102018213154A1 (de) * | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Audi Ag | Befeuchter, Brennstoffzellenvorrichtung mit Befeuchter und Kraftfahrzeug |
| CN112303775A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-02 | 风氢扬氢能科技(上海)有限公司 | 一种板式气体增湿器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101016374A (zh) * | 2005-11-01 | 2007-08-15 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池的磺化全氟环丁烷聚合电解质膜 |
| CN101098021A (zh) * | 2006-06-29 | 2008-01-02 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池的隔膜加湿器 |
Family Cites Families (63)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5006408A (en) * | 1989-01-03 | 1991-04-09 | Allied-Signal Inc. | Stain-resistant polymers derived from itaconic acid useful as coatings for fibers |
| US5021602A (en) * | 1989-06-09 | 1991-06-04 | The Dow Chemical Company | Reactive compounds containing perfluorocyclobutane rings |
| US5159037A (en) * | 1989-06-09 | 1992-10-27 | The Dow Chemical Company | Perfluorocyclobutane ring-containing polymers |
| US5066746A (en) * | 1989-06-09 | 1991-11-19 | The Dow Chemical Company | Perfluorocyclobutane ring-containing polymers |
| US5159038A (en) * | 1989-06-09 | 1992-10-27 | Dow Chemical Company | Perfluorocyclobutane ring-containing polymers |
| US5037917A (en) * | 1989-06-09 | 1991-08-06 | The Dow Chemical Company | Perfluorocyclobutane ring-containing polymers |
| US5620807A (en) * | 1995-08-31 | 1997-04-15 | The Dow Chemical Company | Flow field assembly for electrochemical fuel cells |
| US6444343B1 (en) * | 1996-11-18 | 2002-09-03 | University Of Southern California | Polymer electrolyte membranes for use in fuel cells |
| US6416895B1 (en) * | 2000-03-09 | 2002-07-09 | Ballard Power Systems Inc. | Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream |
| US5910378A (en) * | 1997-10-10 | 1999-06-08 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Membrane electrode assemblies |
| US6124060A (en) * | 1998-05-20 | 2000-09-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolytes |
| US6277512B1 (en) * | 1999-06-18 | 2001-08-21 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolyte membranes from mixed dispersions |
| US6284399B1 (en) * | 1999-09-17 | 2001-09-04 | Plug Power Llc | Fuel cell system having humidification membranes |
| US6523699B1 (en) * | 1999-09-20 | 2003-02-25 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Sulfonic acid group-containing polyvinyl alcohol, solid polymer electrolyte, composite polymer membrane, method for producing the same and electrode |
| US6884536B1 (en) * | 1999-11-08 | 2005-04-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| JP2001202975A (ja) | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池用加湿装置 |
| EP1126537B1 (en) * | 2000-02-15 | 2010-12-15 | Asahi Glass Company Ltd. | Block polymer, process for producing a polymer, and polymer electrolyte fuel cell |
| US6864005B2 (en) * | 2000-03-08 | 2005-03-08 | Ballard Power Systems Inc. | Membrane exchange humidifier for a fuel cell |
| US6559237B1 (en) * | 2000-06-05 | 2003-05-06 | 3M Innovative Properties Company | Sulfonated perfluorocyclobutane ion-conducting membranes |
| IT1318593B1 (it) * | 2000-06-23 | 2003-08-27 | Ausimont Spa | Ionomeri fluorurati. |
| JP3411897B2 (ja) * | 2000-10-12 | 2003-06-03 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池の活性固体高分子電解質膜 |
| DE10201691A1 (de) * | 2001-01-19 | 2002-09-05 | Honda Motor Co Ltd | Polymerelektrolytmembran, Verfahren zu deren Herstellung und Membranelektrodenanordnung und Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die diese umfasst |
| DE10201886B4 (de) * | 2001-01-19 | 2014-01-23 | Honda Giken Kogyo K.K. | Polymerelektrolytmembran sowie Verfahren zur Herstellung dieser und Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle, welche diese verwendet |
| US7541308B2 (en) * | 2001-04-11 | 2009-06-02 | Cabot Corporation | Fuel cells and other products containing modified carbon products |
| JP2003017074A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| US6953653B2 (en) * | 2001-08-30 | 2005-10-11 | Clemson University | Fluoropolymer compositions, optical devices, and methods for fabricating optical devices |
| JP3634304B2 (ja) * | 2001-12-12 | 2005-03-30 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池用電極構造体 |
| JP3621078B2 (ja) * | 2002-06-20 | 2005-02-16 | 田中貴金属工業株式会社 | 高分子固体電解質形燃料電池の燃料極 |
| JP4037698B2 (ja) * | 2002-06-26 | 2008-01-23 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型セルアセンブリ |
| JP3878520B2 (ja) * | 2002-07-18 | 2007-02-07 | 本田技研工業株式会社 | プロトン伝導性高分子固体電解質およびその製造方法 |
| JP3867029B2 (ja) * | 2002-08-20 | 2007-01-10 | Ｊｓｒ株式会社 | プロトン伝導膜の製造方法 |
| JP2004186050A (ja) * | 2002-12-04 | 2004-07-02 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用電極構造体 |
| EP1465277A1 (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-06 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Solid polymer electrolyte and protonconducting membrane |
| DE10324213A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellenvorrichtung |
| JP4384485B2 (ja) * | 2003-07-09 | 2009-12-16 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP2005036113A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Honda Motor Co Ltd | スルホン化ポリフォスファゼン誘導体及びその製造方法 |
| JP2007503098A (ja) * | 2003-08-19 | 2007-02-15 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | 電気化学電池のための、非イオノマーフルオロポリマーとブレンドされたフッ素化イオノマーの膜 |
| JP5000073B2 (ja) * | 2003-09-08 | 2012-08-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタックの氷点下起動方法、燃料電池スタックの氷点下起動システム、および燃料電池スタックの設計方法 |
| US6974648B2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-12-13 | General Motors Corporation | Nested bipolar plate for fuel cell and method |
| US20050064260A1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-03-24 | Jsr Corporation | Membrane-electrode structure for solid polymer fuel cell |
| JP4486340B2 (ja) * | 2003-10-22 | 2010-06-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池用電極−膜接合体の製造方法 |
| EP1531511B1 (en) * | 2003-11-12 | 2012-10-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrolyte-electrode assembly and method for producing the same |
| US20050106440A1 (en) * | 2003-11-19 | 2005-05-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Proton conductor and method for producing the same |
| JP2005162772A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Jsr Corp | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 |
| JP4294457B2 (ja) * | 2003-12-10 | 2009-07-15 | Ｊｓｒ株式会社 | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 |
| JP4304101B2 (ja) * | 2003-12-24 | 2009-07-29 | 本田技研工業株式会社 | 電解質膜・電極構造体及び燃料電池 |
| JP4109623B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2008-07-02 | 本田技研工業株式会社 | プロトン伝導体及びその製造方法 |
| JP4351557B2 (ja) * | 2004-03-03 | 2009-10-28 | 本田技研工業株式会社 | プロトン伝導体 |
| JP4116585B2 (ja) * | 2004-04-07 | 2008-07-09 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2006054165A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-23 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の製造方法 |
| US20060127728A1 (en) * | 2004-12-15 | 2006-06-15 | JSR CORPORATION; and | Membrane-electrode assembly for fuel cell |
| US8178224B2 (en) * | 2005-02-08 | 2012-05-15 | GM Global Technology Operations LLC | Sulfonated polyelectrolyte membranes containing perfluorosulfonate ionomers |
| US8101320B2 (en) * | 2006-02-21 | 2012-01-24 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell integrated humidification |
| US8492460B2 (en) * | 2006-07-28 | 2013-07-23 | GM Global Technology Operations LLC | Fluorinated polymer blocks for PEM applications |
| US8298713B2 (en) * | 2006-10-25 | 2012-10-30 | GM Global Technology Operations LLC | Thermally integrated fuel cell humidifier for rapid warm-up |
| US7749661B2 (en) * | 2007-01-31 | 2010-07-06 | Gm Global Technology Operations, Inc. | High performance, compact and low pressure drop spiral-wound fuel cell humidifier design |
| US8956779B2 (en) * | 2007-04-02 | 2015-02-17 | GM Global Technology Operations LLC | Sealed water vapor transfer unit assembly with integrated load transferring structure |
| US8048585B2 (en) * | 2007-10-08 | 2011-11-01 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell membrane humidifier plate design |
| US7985805B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-07-26 | GM Global Technology Operations LLC | Polyelectrolyte membranes comprised of blends of PFSA and sulfonated PFCB polymers |
| US7897693B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-03-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Proton conductive polymer electrolytes and fuel cells |
| US7888433B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-02-15 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Sulfonated-polyperfluoro-cyclobutane-polyphenylene polymers for PEM fuel cell applications |
| US7897692B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-03-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Sulfonated perfluorocyclobutane block copolymers and proton conductive polymer membranes |
| US7897691B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-03-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Proton exchange membranes for fuel cell applications |
-
2009
- 2009-08-28 US US12/549,889 patent/US20110053008A1/en not_active Abandoned
-
2010
- 2010-08-25 DE DE102010035360A patent/DE102010035360A1/de not_active Withdrawn
- 2010-08-30 CN CN2010102677884A patent/CN102005590A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101016374A (zh) * | 2005-11-01 | 2007-08-15 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池的磺化全氟环丁烷聚合电解质膜 |
| CN101098021A (zh) * | 2006-06-29 | 2008-01-02 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池的隔膜加湿器 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103682402A (zh) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 赋予耐久性和性能的退火wvt膜 |
| US9520604B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-12-13 | GM Global Technology Operations LLC | Slip stream for reliable anode to cathode flow in freeze conditions |
| CN104103844A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-10-15 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 简化的燃料电池加湿器设计 |
| CN104103844B (zh) * | 2013-04-15 | 2017-01-04 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 简化的燃料电池加湿器设计 |
| CN108075153A (zh) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于增强基于pfsa的片材型水蒸气传送装置的耐久性的缓解策略 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102010035360A1 (de) | 2011-04-07 |
| US20110053008A1 (en) | 2011-03-03 |
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