CN1316660C - 用于燃料电池或者电解槽的金属叠板，包括这种叠板的燃料电池或者电解槽，以及这种叠板在燃料电池或者电解槽中的应用 - Google Patents

用于燃料电池或者电解槽的金属叠板，包括这种叠板的燃料电池或者电解槽，以及这种叠板在燃料电池或者电解槽中的应用 Download PDF

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Abstract

一种用在燃料电池或者电解槽中的叠板，该叠板包括：收集层；至少一个分配层；及至少一个固定层。收集层是金属箔或者金属板或者泡沫金属片，分配层是金属网或者膨胀金属片。固定层的厚度小于0.5mm，固定层包括金属纤维，该固定层烧结在收集层和分配层之间。

Description

用于燃料电池或者电解槽的金属叠板，包括 这种叠板的燃料电池或者电解槽，以及这种 叠板在燃料电池或者电解槽中的应用
发明领域
本发明涉及一种多孔叠板，该叠板包括金属网和/或膨胀金属片或者箔和/或发泡金属片，该叠板用在燃料电池或者电解槽中。
背景技术
燃料电池和电解槽常常包括许多叠板，这些叠板被加入来与质子交换膜(PEM)相结合，以在燃料电池或者电解槽中得到一些用于电化学反应的独立电池。这些叠板通常在现有技术中已经公开。它们常常具有至少3层，这些层相互紧密接合。
第一层是防水和防气体的层，在下文中称为收集层，在现有技术中也称为“双极板”。这种收集层可以防止气体或者水从一个电池泄漏到另一个中，并且把电子导到该电池中或者从该电池中导出电子。因此，通常公知的是，使用导电板、常常是石墨板。
紧密地接合收集层的一侧的第二层用来把气体分布在燃料电池或者电解槽的整个表面上，这些气体借助位于质子交换膜(PEM)处的燃料电池或者电解槽中的电化学反应来使用或者提供。该层在下文中称为“分配层”。
紧密接合收集层的另一侧的第三层是这样的层，该层用来在分配层和PEM之间提供接触。在这种所谓的接触层或者“电极层”中产生电化学反应，因为在接触层或者PEM本身上具有催化剂成分。通过分配层提供到接触层中的气体被充分地保留以产生电化学反应。
接触层和分配层可以由疏水物质(例如借助注入疏水成分如Teflon)或者亲水物质形成。
根据叠板在燃料电池或者电解槽中的位置，产生电化学反应，在这种反应中，e-、质子(H+)和气体在PEM附近被消耗或者提供。
H+通过PEM提供或者排出到电化学反应中。因此，在接触层和PEM之间的接触将尽可能地完全，因为电化学反应产生在催化剂层上，该层靠近PEM的表面。
e-通过由收集层、分配层和接触层所形成的叠板来提供到或者排出。因此，所有接合起来的这些层将是导电的，叠板上的电阻、尤其是许多层的接触处的接触电阻将尽可能的小。
分配层尽可能多地使气流分散在接触层的整个表面上，以尽可能充分地使用目前的催化剂成分，从而在PEM的整个表面上提供e-和H+。
叠板的例子公开在WO0069003和EP0141241中。
此外，还公知的是，在金属板或者箔和金属网或者膨胀金属片或者泡沫金属片之间的烧结连接的机械连接相对较弱。这种较弱的机械连接会导致两种材料之间分离，从而可以在两层之间产生较高的接触电阻，因为这种电阻由两个表面的强烈而牢固的接触来确定。
发明内容
本发明的目的是提供一种用在燃料电池或者电解槽中的改进叠板，该叠板包括金属箔或者金属板、金属网和/或膨胀金属片，该叠板在两个元件之间具有提高的机械接触，该提高的机械接触提高了电性能。
作为本发明主题的叠板包括至少两层：
至少一个气体和液体不能渗透的金属结构(收集层)如金属箔或者金属板；
至少一个金属层(分配层)，它包括金属网和/或膨胀金属片和/或泡沫金属片；
根据本发明，包括金属纤维的层设置在分配层和收集层之间。该层在下文中称为“固定层”。固定层包括金属纤维并且厚度小于0.5mm。
固定层的厚度最好大于0.05mm。优选地，固定层的面密度小于350g/m2，但是大于40g/m2，该固定层的孔隙度大于60％，但是小于98％。
作为本发明主题的叠板可以包括：
气体和液体不能渗透的金属结构(收集层)，如金属箔或者金属板；
两个金属层(分配层)，它们包括金属网和/或膨胀金属片和/或泡沫金属片；第一分配层，它设置在收集层的一侧上，而第二分配层设置在收集层的另一侧上。
根据本发明可以知道，包括金属纤维的固定层设置在分配层和收集层之间。收集层、固定层和分配层相互烧结起来。固定层包括金属纤维并且厚度小于0.5mm，但是优选的是，大于0.05mm。
优选地，固定层的面密度小于350g/m2，但是大于40g/m2，固定层的孔隙度大于60％但是小于98％。
在厚度太大的情况下，在保持网或者膨胀金属的孔隙度足够大的平时，固定层不会进一步提高机械性能。固定层的金属纤维开始穿过分配层，这会降低分配层的空气扩散性能。
用来提供一个或者多个固定层的金属纤维的当量直径D优选地大于2μm，或者甚至大于8μm。但是，最优选的是，使用这样的相对较厚的纤维：该纤维的当量直径大于12μm，或者甚至大于22μm或者35μm。用来提供该固定层或者多个固定层的金属纤维的平均长度L可以在较大范围内进行改变。优选地，L/D大于5，最优选地，大于10或者甚至大于20。
“金属纤维的当量直径”表示假想圆的直径，该假想圆具有与金属纤维的横截面相同的表面。
分配层可以包括一个或者多个金属网或者膨胀金属片或者泡沫金属片。这些网应该理解成，使用公知的编织或者纺织技术，把编织的、纺织的金属丝结合到片中。一些网也应该理解成焊接网。用来提供金属网的金属丝优选地具有0.5mm-1mm的直径。网的厚度优选地为1mm到2mm之间。最优选的是，使用开口网(open mesh)，该开口网的开口面积大于30％。网的开口面积计算如下：
开口面积＝100×(Wwarp×Wweft)/(Wwarp+dwarp)×(Wwef+dwef)
Wwarp＝沿着经向的两个金属丝之间的距离(经线)
Wweft＝沿着纬向的两个金属丝之间的距离(纬线)
dwarp＝经线的直径
dweft＝纬线的直径
膨胀金属片应该理解成金属板或者箔，该金属板或者箔设置有一组槽，槽的端部沿着板或者箔的平面的一个或者多个方向进行膨胀。金属片的厚度优选地小于1.2mm。开口面积(它是沿着膨胀金属片样品的垂直伸出方向上膨胀金属片样品的开口空间与膨胀金属片样品的总表面之间的比率)优选地大于30％。膨胀金属片(一旦膨胀)的厚度优选为0.8mm和2mm之间。
发泡金属片应该理解成基本上平的发泡片，它由金属合金形成，它的孔隙度为85％-98％，孔的尺寸大小为10-200μm。发泡金属片优选地具有0.8mm-2mm的厚度。
当用在作为本发明主题的叠板中时，这些金属丝网或者膨胀金属片或者泡沫金属片提供了足够大的孔隙度，金属丝网或者膨胀片提供了足够大的平面空气渗透性。
可能的是，包括金属纤维的第二金属纤维层(接触层)在该分配层或者多个分配层的侧部上被烧结到该分配层或者多个分配层中，该侧部没有连接到固定层上。
在具有一个接触层或者多个接触层的情况下，接触层的孔隙度小于80％或者甚至小于75％。
用来提供第二金属纤维层即所谓接触层的金属纤维的当量直径小于30μm，最优选为小于10μm。可能的是，一个以上的金属纤维片用来提供第二金属纤维层。
接触层的厚度优选地小于0.2mm。
优选地，接触层的垂直空气渗透性小于200L/min*dm2，最优选为甚至小于150L/min*dm2。
垂直空气渗透性表示气体量，该气体量沿着垂直于该层表面的方向通过金属纤维层，该气体量使用200Pa的负压来进行测量，并且使用现有技术中的公知方法如TextestFX3300来进行测量。垂直空气渗透性以L/min*dm2来表示。
在固定层、分配层和可能的接触层位于收集层的两侧上的情况下，可能位于不能渗透的金属结构两侧上的本发明的叠板的平面空气渗透性优选地大于0.02L/min*cm，并且最优选的是大于0.2L/min*cm。用来提供本发明主题的叠板的分配层在最大范围内给叠板提供平面空气渗透性，因此反应气体可以优良地分布在叠板的整个表面上。
平面空气渗透性表示这样的气体量，该气体量沿着平行于这些层的平面的方向通过该叠板的金属纤维层。借助采用高度为2.5cm的叠板的矩形部分来测量平面空气渗透性。该侧在下文中称为短侧。矩形样品的另一侧称为长侧。矩形体以这样的方式夹紧在相等尺寸大小的两个密封件之间，以致样品的侧部和密封件的侧部相一致。在长度超过5cm的矩形样品的长侧上，使用200Pa的负压来吸入空气。通过其吸入空气的长侧的未使用长度被密封住。测量空气吸入量，以L/min*cm来表示渗透性，其中cm是样品的长度单位。优选地，使用长侧的5cm的长度。
作为本发明主题的叠板的性能借助设置接触层可以得到进一步的提高。在具有接触层的情况下，通过分配层在它的整个表面上得到反应气体的这些接触层保持足够多的气体以在它的反应侧上进行电化学反应，该反应侧是接触层的侧部，该接触层接触邻近的PEM。由于第二金属纤维层的垂直空气性相对较低，因此可以防止反应气体在叠板的气体入口处消耗得太快，这导致反应气体处于连接层的整个表面上。可能的是，接触PEM的接触层的侧部设置有合适的催化剂。另一方面，催化剂放置在PEM的表面上。由于用来提供接触层和该层密度的金属纤维的当量直径较小，因此在接触层和PEM之间可以得到非常高的接触度，因此接触PEM的该层的侧部相对较软。在使用时，从基本上平的接触层表面上伸出的金属纤维将不会穿过PEM，但是在装配和使用燃料电池或者电解槽期间，弯曲到接触层表面上。
一个或者多个分配层、固定层和可能的接触层的孔隙度表示如下：
孔隙度＝100·密度
密度表示一比率的100倍，该比率是每该层容积的重量与100％金属合金的相同容积的重量之比，其中，该金属合金用于提供金属纤维。该密度表示成百分比。
优选地，不能渗透的金属结构是金属箔或者金属板，最优选的是，由不锈钢、Ni、镍合金例如Inconel或者Ti形成。在是不锈钢的情况下，优选地，使用Fe-Ni-Cr合金，如系列AISI-300的合金，优选地AISI316L或者Fe-Cr合金如系列AISI-400的合金。
优选地，金属网和/或膨胀金属片和/或泡沫金属片由不锈钢、Ni、镍合金例如Inconel或者Ti形成。在是不锈钢的情况下，优选地，使用Fe-Ni-Cr合金，如系列AISI-300的合金，优选地AISI316L或者Fe-Cr合金如系列AISI-400的合金。
用来提供该一个或者多个固定层和可能的一个或者多个接触层的金属纤维优选地由不锈钢纤维、镍或者镍合金纤维或者Ti纤维形成。在是不锈钢纤维的情况下，优选地，使用Fe-Ni-Cr合金，如系列AISI-300的合金，优选地AISI316L或者Fe-Cr合金如系列AISI-400的合金。借助使用目前公知的技术如拔束(bundle drawing)、卷削(coil shaving)或者任何其它生产技术，可以得到金属纤维。
优选地，所有叠板层由相同金属或者金属合金来形成。
在一个烧结工作期间，该一个或者多个分配层、收集层和固定层可以立即相互烧结起来。另外，可以进行许多烧结工作，以得到作为本发明主题的叠板。最优选的是，在把它设置到收集层和分配层之间时没有烧结固定层。在一个或者多个接触层设置到叠板中的情况下，在这些层相互烧结起来之前，这些接触层可以分开烧结，或者可以没有烧结地设置到叠板中。
作为本发明主题的叠板在分配层和收集层之间具有改进的机械结合，因为具有固定层。由于固定层的尺寸大小(厚度、重量和孔隙度)保持到最小，因此叠板的重量没有无用地增加，但是机械坚固性在整个时间上得到了提高。由于改善了机械结合，因此在整个叠板的这些层上所测得的电阻保持到最小。与相同的叠板(它没有这种固定层)相比，该电阻甚至降低了。
作为本发明主题的叠板具有横向电阻，该横向电阻小于烧结叠板或者具有类似层的叠板的电阻，其中，该类似层没有被烧结，该烧结叠板不包括固定层。横向电阻表示在不能渗透的金属结构表面上的点和连接层的侧部的点之间所测得的电阻，其中该连接层用在PEM上，该点最靠近不能渗透的金属结构的点。由于在许多纤维之间具有许多接触点，因此可以得到小电阻，而这些纤维相互烧结起来或者烧结到收集层上。
在烧结之后，可能地但不是必须地，这些层可以用疏水剂或者亲水剂，如作为疏水剂的聚四氟乙烯(比如Teflon)来浸渍。
这些叠板可以用在燃料电池中，在该燃料电池中，使用作为本发明主题的至少两个叠板。在第一叠板的接触层和第二叠板的接触层之间设置PEM。在PEM的两侧上具有所需要的催化剂，以进行所想要的电化学反应。把H2提供到第一叠板的分配层上，该H2流过整个分配层(因为该叠板的平面空气渗透性相对较高)。在PEM处，进行如下的反应：
H2→2H++2e-
燃料电池的这个侧部称为阳极。
H+通过PEM到达PEM的相对侧上，而e-通过导电连接和分配层排出到不能渗透的金属结构中。
e-通过电路导入到其它的不能渗透的第二叠板的金属结构中。又通过第二叠板的分配层和连接层，把e-提供到位于PEM侧部的电化学反应中，该侧是阳极侧。
把O2提供到这个第二叠板的分配层中，该分配层通过连接层到达PEM的表面。这里，使用O2、e-和H+(这些通过PEM来提供)来产生反应：
O2+4H++4e-→2H2O
由于叠板具有最佳的平面空气渗透性并且这些连接层具有相对较小的空气渗透性，因此这些气体以最佳的方式在整个PEM表面上进行扩散。此外，由于这些叠板具有较小的横向小电阻，因此e-到达电路而不会有明显的功率损失。
当这些叠板用在电解槽中时，可以得到类似的优点。提供至少两个叠板的相同结合。在两个不能渗透的金属结构之间提供确定的电压。在它的不能渗透的金属结构上具有正电压的叠板处提供H2O，该H2O在PEM表面上进行反应如下：
2H2O→O2+4H++4e-
H+通过PEM到达PEM的另一侧中，因此e-通过金属纤维层到达不能渗透的金属结构。O2容易排出，因为分配层具有较高的平面空气渗透性。
在另一侧上，产生了反应：
2H++2e-→H2
在这里，H+通过PEM来提供，而e-通过不能渗透的金属结构(它是负极)和金属纤维层来提供。由于分配层具有较高的平面空气渗透性，因此H2容易排出。
附图说明
参照附图，现在更加详细地描述本发明，在这些附图中：
图1a、图1b和图1 c示意性地示出了本发明主题的叠板；
图2示意性地示出了作为本发明主题的另一叠板；
图3示意性地示出了作为本发明主题的另一叠板；
图4示出了通过金属纤维层在网或者膨胀金属片和金属板或者箔之间的连接的细节；
图5a、图5b和图5c示意性地示出了一个实验，该实验建立来测量叠板的平面空气渗透性；
图6示意性地示出了作为本发明主题的燃料电池；
图7示意性地示出了作为本发明主题的电解槽。
具体实施方式
作为本发明主题的多孔叠板的实施例示出在图1a、1b和1c中。
叠板10包括气体和液体不能渗透的金属结构、即所谓的收集层11。在图1a、1b和1c中所示出的实施例中，使用由具有合金AISI316L的不锈钢所形成的金属板。收集层的厚度为0.4mm。
金属网12a被烧结到收集层11的一侧上(图1a)。该金属网、优选为编织金属丝网包括直径为0.63mm的金属丝。这种编织网的厚度为1.26mm，并且孔面积为44％。
可选择地，如图1b所示，膨胀金属片12b被烧结到收集层上。金属片设置有大量槽。在伸展之前，金属片的厚度为0.6mm。在伸展(以提供膨胀的金属片)之后，这些槽变成了孔。在进行膨胀之后，膨胀金属片的厚度为0.95mm，并且孔面积为54％。
可选择地，如图1c所示，泡沫金属片12c被烧结到收集层上。该泡沫金属片的厚度为1mm，孔隙率为90％，及平均孔尺寸的范围为10-200μm。
在收集层11和金属丝网12a或者膨胀金属片12b(在下文中称为分配层并作为本发明主题)之间设置精细的金属纤维层。
在下文中称为固定层的该层包括金属纤维，这些金属纤维最好具有被拉成束，但不是必须如此，并且具有22mm的当量直径。该层的厚度为0.4mm，面密度为300g/m2并且孔隙度为87％。
可选择地，也可以使用固定层，该固定层包括这样的金属纤维，该金属纤维具有22μm的当量直径，具有0.1mm的厚度，具有50g/m2的面密度，及具有90％的孔隙度。
额外的一些层可以设置到作为本发明主题的叠板上，如图2所示。叠板20包括收集层21、分配层22和固定层23，这些层与图1a或者图1b的相应层相同。
作为接触层的第二金属纤维层24设置到分配层的侧部上，该扩散侧不接触收集层。
接触层24包括烧结的、拉制成束的不锈钢纤维(合金AISI136L)，这些纤维具有基本上是圆形的横截面，该横截面具有8μm的当量直径。接触层24的厚度大约为0.2mm，并且优选地孔隙度为70％。
作为本发明主题的另一种叠板30示出在图3中。该实施例包括收集层31，该收集层与图1的收集层相同。
在收集层31的两侧35a和35b上设置分配层32a和32b，每个分配层32a和32b与图2的分配层相同。
根据本发明，在收集层31和分配层32a和32b之间设置固定层33a和33b，而该固定层与图2的固定层23相类似。
与图2相类似，接触层34a和34b设置到分配层32a和32b的侧部上。这些接触层34a和34b与图2的接触层相同。
如图4所示，在层11和网或者伸展金属12之间的接触和连接借助提供纤维层13来得到提高。
纤维层13的纤维41在一侧上烧结到收集层11或者其它纤维41上；在另一侧上许多纤维被烧结到网或者伸展金属12上。在网或者伸展金属12和收集层11之间的连接点的数目大大地增大了，这具有两个优点：两层之间的机械连接得到了提高，及由于纤维具有金属属性，因此网或者伸展金属和收集层的连接上的电阻减少了。
如图5a-5c所示一样，测量叠板20的平面空气渗透性及叠板30的两侧35a和35b的平面空气渗透性。
如图5a所示，借助两个夹子505，使具有长侧502和短侧503的叠板的矩形例子(501)被夹紧在两个密封件504之间。密封件504的密封剂材料最好是HD PE-泡沫，在没有挤压时，它的厚度大约为10mm。夹子505最好由金属形成。借助封闭装置506如夹子使所有的零件保持在一起。
使该组件放置在密封层507上，该密封层设置孔，该孔具有直径510(参见图5b和5c)，该孔设置在长侧502的下方。该组件的尺寸大小508和509至少比孔的直径510大2cm。
短侧503的高度515取为2.5cm。
在图5b的AA’的截面上，及在图5c的BB’的截面上，它示出了，该组件放置在吸入装置512例如Textest FX3300的开口上，该装置具有吸入开口，该开口具有直径511，该直径511至少等于密封层507中的开口直径，但是它小于尺寸大小508和509。
通过叠板的例子501，使用200Pa的负压沿着方向513吸入空气，如箭头514所示一样。测量每分钟所吸入的空气量表示为每分钟和每长度单位的开口510直径的空气量。
叠板20的平面空气渗透性和叠板30的两侧35a和35b的平面空气渗透性为0.7L/min*cm。
已发现，接触层24、34a或者34b的孔隙度不会明显改变平面空气渗透性。
对于70％孔隙度的接触层而言，接触层24、34a和34b的垂直空气渗透性被测量为123L/min*dm2。
作为本发明主题的叠板20或者30可以用在电解槽或者燃料电池中，如图6和7所示一样。
图6示出了一种燃料电池，该燃料电池包括许多叠板20和30，使用质子交换膜61来使这些叠板相互分开，合适的催化剂设置在叠板20或者30的接触层和PEM61之间。
以这样的方式把O2或者H2提供到叠板中，以致在PEM的两侧上产生电化学反应。通过接触层和分配层，借助收集层来收集它们。
这些收集层通过合适的电连接装置62而相互连接起来，该连接装置62提供电装置要使用的电流，或者将要使用的电流提供到电池63中。
在图7中，借助涂有催化剂的PEM71使两个叠板20相互分开。
借助电压源72来把电压提供到电解槽的收集层中。提供到电解槽中的H2O进行电化学反应，从而提供O2和H2。

Claims (22)

1.一种用在燃料电池或者电解槽中的叠板，该叠板包括：收集层；至少一个分配层；及至少一个固定层，所述收集层是金属箔或者金属板，所述分配层包括金属网或者膨胀金属片或者发泡金属片，其特征在于，所述固定层包括金属纤维，所述固定层的厚度小于0.5mm，所述固定层设置在所述收集层和所述分配层之间，所述收集层、固定层和分配层相互烧结在一起。
2.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，它包括两个分配层和两个固定层，所述这些分配层中的第一个位于所述收集层的一侧上，所述这些分配层中的第二个位于所述收集层的另一侧上，所述固定层位于所述收集层和所述分配层之间。
3.如权利要求1或者2所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述固定层的面密度小于350g/m2。
4.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述固定层的孔隙度大于60％，所述孔隙度小于98％。
5.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述分配层的开口面积大于30％。
6.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述分配层的厚度大于1mm。
7.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述分配层是金属网，所述金属网包括金属丝，该金属丝的直径大于0.5mm。
8.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述分配层是膨胀金属片，所述膨胀金属片的厚度小于1.2mm。
9.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述固定层的所述金属纤维的当量直径大于2μm。
10.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述叠板还包括至少一个接触层，该接触层烧结到所述分配层的没有连接到所述固定层上的一侧上，所述接触层包括金属纤维。
11.如权利要求10所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述接触层的所述金属纤维的当量直径小于30μm。
12.如权利要求10或者11所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述接触层的厚度小于0.2mm。
13.如权利要求10所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述接触层的垂直空气渗透性小于200L/min*dm2。
14.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述叠板的平面空气渗透性大于0.02L/min*cm。
15.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述固定层的所述金属纤维是不锈钢纤维。
16.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述固定层的所述金属纤维是镍-纤维或者镍合金纤维。
17.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述固定层的所述金属纤维是Ti-纤维。
18.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所述收集层、所述分配层和所述固定层由相同的金属或者金属合金来形成。
19.如权利要求1所述的用在燃料电池或者电解槽中的叠板，所有的所述层由相同金属或者金属合金形成。
20.一种燃料电池，它包括如权利要求1所述的一些叠板。
21.一种电解槽，它包括如权利要求1所述的一些叠板。
22.如权利要求1所述的叠板用在燃料电池或者电解槽中。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7892698B2 (en) * 2003-07-18 2011-02-22 Versa Power Systems, Ltd. Electrically conductive fuel cell contact material
CN100399609C (zh) * 2003-09-02 2008-07-02 中国科学院大连化学物理研究所 直接醇类燃料电池膜电极结构与制备方法
FR2860104B1 (fr) * 2003-09-19 2006-05-05 Air Liquide Structure de pile a combustible
US7190568B2 (en) * 2004-11-16 2007-03-13 Versa Power Systems Ltd. Electrically conductive fuel cell contact materials
DE102005028797A1 (de) * 2005-06-22 2007-01-25 Forschungszentrum Jülich GmbH Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer metallischen Tragstruktur für die Festoxid-Funktionsschichten
JP5192654B2 (ja) * 2006-04-11 2013-05-08 日本発條株式会社 燃料電池用電極の製造方法
JP5046612B2 (ja) * 2006-10-27 2012-10-10 本田技研工業株式会社 燃料電池
CN101638794B (zh) * 2009-06-01 2012-05-30 新奥科技发展有限公司 金属扩散层及包含它的膜电极组件
JP5493544B2 (ja) * 2009-07-28 2014-05-14 日産自動車株式会社 燃料電池用ガス拡散層、燃料電池用ガス拡散層の製造方法、燃料電池、および燃料電池自動車
KR101718593B1 (ko) 2014-12-26 2017-03-22 주식회사 포스코 직접 메탄올 연료전지용 분리판
KR101720559B1 (ko) * 2015-03-13 2017-03-30 주식회사 라이트브릿지 스택형 전기분해 시스템
CN105040021B (zh) * 2015-06-04 2017-04-12 无锡国赢科技有限公司 一种纯氧发生组件的结构及包含该组件的微氧治疗仪
US10459017B2 (en) * 2016-08-03 2019-10-29 The Boeing Company Method and apparatus for detecting electrical conductance including control system for adjusting compressive force applied to an object by an actuator
DE102016226234A1 (de) * 2016-12-27 2018-06-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Strömungsplatte für eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektrolyseur
KR101848292B1 (ko) 2017-04-10 2018-04-12 주식회사 라이트브릿지 고면적, 다공성 타입의 유로 내장형 전기화학적 전극 및 이를 가지는 스택형 전기분해 시스템
CN112928296B (zh) * 2019-12-05 2022-11-18 未势能源科技有限公司 膜电极组件及燃料电池堆
CN112838233B (zh) * 2021-01-22 2023-02-28 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池气体扩散层、电极、膜电极组件、单电池及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0432381A1 (de) * 1989-10-12 1991-06-19 Asea Brown Boveri Ag Bauteilanordnung zur Stromführung für keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen
WO2000069003A2 (en) * 1999-05-08 2000-11-16 Lynntech, Inc. A unitized barrier and flow control device for electrochemical reactors
WO2001028018A1 (fr) * 1999-10-14 2001-04-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a combustible electrolytique polymere
CN1307733A (zh) * 1998-06-30 2001-08-08 松下电器产业株式会社 固体高分子电解质燃料电池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5076875A (en) * 1983-01-11 1991-12-31 Facet Enterprises, Incorporated Composite intermediate bonding structures
FR2552609B1 (fr) 1983-09-27 1985-10-25 Cit Alcatel Procede et dispositif de selection d'une station d'un ensemble de stations dialoguant avec une station principale
JPS6152383A (ja) * 1984-08-21 1986-03-15 Japan Storage Battery Co Ltd 陽イオン交換膜を電解質とする電気化学装置
US4791035A (en) * 1987-12-10 1988-12-13 Westinghouse Electric Corp. Cell and current collector felt arrangement for solid oxide electrochemical cell combinations
EP0392082B1 (en) * 1989-04-14 1996-01-31 Katayama Special Industries, Ltd. Method for manufacturing a metallic porous sheet
IT1270878B (it) * 1993-04-30 1997-05-13 Permelec Spa Nora Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici
CA2139167C (en) * 1993-12-29 1997-12-02 Keijiro Yamashita Electrode used in electrochemical reaction and fuel cell using the same
US5512145A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 The Cooper Union For The Advancement Of Science And Art Energy conversion system
IT1284072B1 (it) * 1996-06-26 1998-05-08 De Nora Spa Cella elettrochimica a membrana provvista di elettrodi a diffusione gassosa contattati da portacorrente metallici lisci e porosi a
US6146780A (en) * 1997-01-24 2000-11-14 Lynntech, Inc. Bipolar separator plates for electrochemical cell stacks
US6096450A (en) * 1998-02-11 2000-08-01 Plug Power Inc. Fuel cell assembly fluid flow plate having conductive fibers and rigidizing material therein
US6613468B2 (en) * 2000-12-22 2003-09-02 Delphi Technologies, Inc. Gas diffusion mat for fuel cells

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0432381A1 (de) * 1989-10-12 1991-06-19 Asea Brown Boveri Ag Bauteilanordnung zur Stromführung für keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen
CN1307733A (zh) * 1998-06-30 2001-08-08 松下电器产业株式会社 固体高分子电解质燃料电池
WO2000069003A2 (en) * 1999-05-08 2000-11-16 Lynntech, Inc. A unitized barrier and flow control device for electrochemical reactors
WO2001028018A1 (fr) * 1999-10-14 2001-04-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a combustible electrolytique polymere

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Publication number Publication date
CN1615555A (zh) 2005-05-11
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