DE112014006188B4 - Brennstoffzellenkomponente, die mehrere Porengrößen besitzt - Google Patents

Brennstoffzellenkomponente, die mehrere Porengrößen besitzt Download PDF

Info

Publication number
DE112014006188B4
DE112014006188B4 DE112014006188.3T DE112014006188T DE112014006188B4 DE 112014006188 B4 DE112014006188 B4 DE 112014006188B4 DE 112014006188 T DE112014006188 T DE 112014006188T DE 112014006188 B4 DE112014006188 B4 DE 112014006188B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
approximately
pore size
fuel cell
coating
cell component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112014006188.3T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112014006188T5 (de
Inventor
Siddique Ali Khateeb Razack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of DE112014006188T5 publication Critical patent/DE112014006188T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112014006188B4 publication Critical patent/DE112014006188B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/861—Porous electrodes with a gradient in the porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Eine Brennstoffzellenkomponente (20), diese umfassend:einen Körper (28 bzw. 40), der eine Mehrzahl an ersten Poren (56) umfasst, welche eine erste Porengröße besitzen; undeine Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff (54) auf zumindest einem Teil des Körpers, wobei die Beschichtung an einem beschichteten Abschnitt des Körpers eine Mehrzahl an zweiten Poren (58) ausbildet, wobei die zweiten Poren eine zweite Porengröße besitzen, die kleiner ist als die erste Porengröße dadurch gekennzeichnet, dass, die erste Porengröße mindestens viermal größer als die zweite Porengröße ist,wobei die erste Porengröße ungefähr 200 Mikron beträgt; unddie zweite Porengröße zwischen ungefähr 1 und ungefähr 50 Mikron beträgt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Brennstoffzellen umfassen typischerweise eine Mehrzahl an Lagen, die einen elektrochemischen Prozess der Elektrizitätserzeugung begünstigen. Mit dem Betrieb von Brennstoffzellen gehen verschiedene Herausforderungen einher. Es ist wünschenswert, die Fluidverteilung und den Feuchtigkeitsgehalt an verschiedenen Stellen innerhalb eines Brennstoffzellenaufbaus zu steuern, um eine befriedigende Brennstoffzellenleistung zu erzielen. Zum Beispiel können Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen beim Betrieb unter Bedingungen mit einer hohen Stromdichte einen Leistungsverlust erfahren, aufgrund eines lokalen Flutens zum Beispiel in einer Katalysatorlage oder Gasdiffusionslage.
  • Ein Ansatz, um dieses Problem zu adressieren, besteht darin, TEFLON in eine mikroporöse Lage oder in die Gasdiffusionslage zu integrieren. Die hydrophobe Natur von TEFLON kann helfen, ein Fluten an der Katalysatorlage-Gasdiffusionslage-Schnittstelle zu verhindern. Mit dem Integrieren von TEFLON ist der Nachteil verbunden, dass die mit der Brennstoffzelle verbundenen Kosten erhöht werden. Zusätzlich kann TEFLON dazu tendieren, Poren zu füllen, die sonst nützlich für einen Gastransport innerhalb der Brennstoffzelle sind. Weiterhin lässt sich eine einheitliche Verteilung von TEFLON nicht auf einfache Weise erzielen, was noch immer ein lokales Fluten erlauben kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine beispielhafte Brennstoffzellenkomponente umfasst einen Körper, der eine Mehrzahl an ersten Poren umfasst. Die ersten Poren besitzen eine erste Porengröße. Eine Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff befindet sich zumindest auf einem Teil des Körpers. Die Beschichtung bildet an einem beschichteten Abschnitt des Körpers eine Mehrzahl an zweiten Poren aus. Die zweiten Poren besitzen eine zweite Porengröße, die kleiner ist als die erste Porengröße.
  • Die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff und die zweiten Poren sind nützlich, um ein Fluten zu verhindern, während noch immer ein Gastransport durch den Körper ermöglicht ist.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus dem vorangehenden Absatz besitzt, ist die erste Porengröße mindestens viermal größer als die zweite Porengröße.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, beträgt die erste Porengröße ungefähr 200 Mikron und beträgt die zweite Porengröße zwischen ungefähr 1 und ungefähr 50 Mikron.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff eine Tintenzusammensetzung auf.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Tintenzusammensetzung fluorierten Kohlenstoffruß (ACCUFLUOR® CFx-2010), fluorierten Graphit (ACCUFLUOR® CFx-3000) und Perfluorotripropylamin (FLUORINERT® FC-3283 Lösungsmittel) auf.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Tintenzusammensetzung ungefähr 2 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes, ungefähr 1 Gramm des fluorierten Graphits, ungefähr 57 Gramm Perfluorotripropylamin und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 5%
    auf.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Tintenzusammensetzung ungefähr 0,5 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes, ungefähr 2 Gramm des fluorierten Graphits, ungefähr 31 Gramm Perfluorotripropylamin und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 7,5% auf.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, ist die Beschichtung auf zumindest einer Seite des Körpers aufgebracht.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, ist die Beschichtung auf zwei Seiten des Körpers aufgebracht.
  • In einer beispielhaften Brennstoffzellenkomponente, die ein oder mehrere Merkmale der Brennstoffzellenkomponente aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, ist die Beschichtung auf den Körper vollständig aufgebracht.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenkomponente umfasst ein Zurverfügungstellen eines Körpers, der eine Mehrzahl an ersten Poren mit einer ersten Porengröße umfasst. Eine Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff ist zumindest auf einen Teil des Körpers aufgebracht, um eine Mehrzahl an zweiten Poren an einem beschichteten Abschnitt des Körpers auszubilden. Die zweiten Poren besitzen eine zweite Porengröße, die kleiner ist als die erste Porengröße.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus dem vorangehenden Absatz besitzt, ist die erste Porengröße mindestens viermal größer als die zweite Porengröße.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, beträgt die erste Porengröße ungefähr 200 Mikron und beträgt die zweite Porengröße zwischen ungefähr 1 und ungefähr 50 Mikron.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, umfasst das Aufbringen ein Aufsprühen einer Tintenzusammensetzung aus fluoriertem Kohlenstoff auf zumindest einen Teil des Körpers.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Tintenzusammensetzung fluorierten Kohlenstoffruß, fluorierten Graphit und Perfluorotripropylamin auf.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Tintenzusammensetzung ungefähr 2 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes, ungefähr 1 Gramm des fluorierten Graphits, ungefähr 57 Gramm Perfluorotripropylamin und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 5% auf.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, weist die Tintenzusammensetzung ungefähr 0,5 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes, ungefähr 2 Gramm des fluorierten Graphits, ungefähr 31 Gramm Perfluorotripropylamin und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 7,5% auf.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, umfasst das Aufbringen ein Auftragen der Beschichtung auf zumindest einer Seite des Körpers.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, umfasst das Aufbringen ein Auftragen der Beschichtung auf zwei Seiten des Körpers.
  • In einem beispielhaften Verfahren, das ein oder mehrere Merkmale des Verfahrens aus einem der vorangehenden Absätze besitzt, umfasst das Aufbringen ein Auftragen der Beschichtung auf den vollständigen Körper.
  • Die verschiedenen Merkmale und Vorteile von mindestens einem der offenbarten Ausführungsbeispiele werden für Fachkundige auf dem Gebiet anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich. Die Zeichnungen, die der detaillierten Beschreibung beigefügt sind, lassen sich kurz wie nachfolgend beschreiben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 illustriert schematisch ausgewählte Abschnitte eines beispielhaften Brennstoffzellenaufbaus, der einer Ausführungsform dieser Erfindung entsprechend gestaltet ist.
    • 2 illustriert schematisch ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenkomponente, das einer Ausführungsform dieser Erfindung entspricht.
    • 3 illustriert schematisch auswählte Merkmale von einer Brennstoffzellenkomponente, die einer Ausführungsform dieser Erfindung entsprechend gestaltet ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt schematisch einen Brennstoffzellenaufbau 20. Dieses Beispiel umfasst eine Polymer-Elektrolyt-Membran 22, die zwischen einer Anoden-Katalysatorlage 24 und einer Kathoden-Katalysatorlage 26 angeordnet ist. Die Anoden-Katalysatorlage 24 ist neben einer Gasdiffusionslage 28 angeordnet. Eine Reaktanten-Flussfeldplatte 30 unterstützt die Leitung eines Reaktanten, wie zum Beispiel Wasserstoff, in die Richtung der Gasdiffusionslage 28, so dass der Reaktant die Katalysatorlage 24 erreichen kann, um die elektrochemische Reaktion innerhalb der Brennstoffzelle 20 zu bewirken. Die beispielhafte Reaktanten-Flussfeldplatte 30 umfasst eine Mehrzahl an Kanälen 34, durch die der Reaktant, wie zum Beispiel Wasserstoff, während des Betriebs der Brennstoffzelle fließt.
  • Die Kathoden-Katalysatorlage 26 ist neben einer weiteren Gasdiffusionslage 40 angeordnet. Eine Kathoden-Reaktanten-Flussfeldplatte 42 ist neben der Gasdiffusionslage 40 bereitgestellt. Die Kathoden-Flussfeldplatte 42 umfasst eine Mehrzahl an Kanälen 46, durch die ein Reaktant, wie zum Beispiel Sauerstoff, fließt, so dass der Reaktant die Katalysatorlage 26 erreichen kann, um die elektrochemische Reaktion innerhalb des Brennstoffzellenaufbaus 20 zu unterstützen.
  • Die Art und Weise, wie ein Brennstoffzellenaufbau 20 funktioniert, ist grundsätzlich bekannt und deshalb hier nicht näher in irgendeinem weiteren Detail beschrieben. Eine Art, durch die sich der beispielhafte Brennstoffzellenaufbau 20 von früheren bekannten Brennstoffzellen unterscheidet, besteht darin, dass die Gasdiffusionslagen 28 und 40, oder eine diesen zugeordnete mikroporöse Lage, mehrere Porengrößen umfassen, welche auf diejenige Art und Weise herausgebildet wurden, auf welche die Gasdiffusionslagen (oder die mikroporösen Lagen) hergestellt sind.
  • 2 zeigt schematisch ein beispielhaftes Verfahren 50 der Herstellung der Gasdiffusionslagen 28 und 40. In 2 ist die Gasdiffusionslage 28 als ein Beispiel genannt, aber der gleiche Prozess kann auch für die Herstellung der Gasdiffusionslage 40 (oder einer mikroporösen Lage) genutzt werden. Die Gasdiffusionslage 28 ist zunächst ein Körper, wie eine Platte oder ein Film, der aus einem ausgewählten Gasdiffusionslagenmaterial besteht. In einem Beispiel wird Kohlenstoffgewebe oder ein Material wie TORAY 30 genutzt.
  • Ein Applikator 52 bringt fluorierten Kohlenstoff, welcher schematisch mit 54 gekennzeichnet ist, auf zumindest einen Teil des Körpers der Gasdiffusionslage 28 auf. In manchen Beispielen ist nur eine Seite des Körpers beschichtet. In anderen Beispielen sind zwei entgegengesetzt weisende Oberflächen des Körpers mit dem fluorierten Kohlenstoff beschichtet. In wiederum anderen Beispielen bedeckt der fluorierte Kohlenstoff den vollständigen oder im Wesentlichen den vollständigen Körper.
  • Vor dem Aufbringen des fluorierten Kohlenstoffs umfasst der Körper der Gasdiffusionslage 28 eine Mehrzahl an ersten Poren, welche schematisch mit 56 gekennzeichnet sind. Die ersten Poren besitzen eine erste Porengröße. In einem Beispiel beträgt die erste Porengröße annähernd 200 Mikron. Nachdem der fluorierte Kohlenstoff auf zumindest einem Teil des Körpers der Gasdiffusionslage 28 aufgebracht wurde, umfasst ein beschichteter Abschnitt eine Mehrzahl an zweiten Poren, welche schematisch mit 58 gekennzeichnet sind. Die zweiten Poren 58 besitzen eine zweite Porengröße, die kleiner ist als die erste Porengröße. In manchen Beispielen bewegt sich die zweite Porengröße in einem Bereich von ungefähr 1 Mikron bis ungefähr 50 Mikron. In manchen Beispielen ist die erste Porengröße mindestens viermal größer und bis zu 200 mal größer als die zweite Porengröße.
  • Durch das Zurverfügungstellen von zwei verschiedenen Porengrößen in der Gasdiffusionslage, mit einem fluorierten Kohlenstoff als die Quelle für die kleineren Poren, wird der Gastransport durch die Gasdiffusionslage und eine mikroporöse Lage eines Brennstoffzellenaufbaus begünstigt, während jegliches Fluten beim Betrieb unter Bedingungen einer hohen Stromdichte reduziert oder minimiert ist. Der Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff ist einer TEFLON-Beschichtung überlegen, weil ein höheres Porenvolumen für den Gastransport innerhalb der mikroporösen Lage und der Gasdiffusionslage zur Verfügung steht. Die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff ist auch weniger kostspielig als der Einsatz von TEFLON.
  • Mit der beispielhaften Anordnung kann der Transport von flüssigem Wasser unterstützt werden aufgrund der großen Oberfläche des Kohlenstoffs, welchem fluorierter Kohlenstoff zugeordnet ist, während sie es weiterhin erlaubt, Wasser zu speichern ohne diejenigen Poren zu füllen, die ansonsten für den Gastransport genutzt werden. Die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff verfügt über das Potential Wasser zu speichern oder zu halten, aufgrund der großen Oberfläche, die mit der Beschichtung sowie den kleineren Porengrößen verbunden ist. Das Zurückhalten von Wasser auf denjenigen Abschnitten des Körpers, die mit der Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff beschichtet sind, kann nützlich sein, um die gewünschte Brennstoffzellenleistung beim Betrieb unter Bedingungen einer niedrigen Stromdichte zu unterstützen.
  • 3 illustriert schematisch einen beispielhaften Beschichtungsabschnitt einer Brennstoffzellenkomponente, wie einer Gasdiffusionslage oder einer mikroporösen Lage. In diesem Beispiel umfasst der Körper der Gasdiffusionslage mit 60 gekennzeichnete Kohlenstofffasern, die die ersten Poren 56 ausbilden, welche eine größere Porengröße besitzen. Die Beschichtung 54 aus fluoriertem Kohlenstoff bildet die zweiten Poren 58 aus, welche die zweite, kleinere Porengröße besitzen.
  • In einem Beispiel weist die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff eine Zusammensetzung einer mikroporösen Lage schwarzer Tinte auf. Eine beispielhafte Beschichtung weist fluorierten Kohlenstoffruß (ACCUFLUOR® CFx-2010, fluorierten Graphit (ACCUFLUOR® CFx-3000 und Perfluorotripropylamin (FLUORINERT® FC-3283 Lösungsmittel) auf. Ein besonderes Beispiel weist ungefähr zwei Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes, ungefähr ein Gramm des fluorierten Graphits, ungefähr 57 Gramm Perfluorotripropylamin und einen Kohlenstoff-zu-Tinte Gewichtsanteil von annähernd fünf Prozent auf. Eine andere beispielhafte Zusammensetzung einer Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff weist ungefähr 0,5 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes, ungefähr zwei Gramm des fluorierten Graphits, ungefähr 30,8 Gramm Perfluorotripropylamin und einen Kohlenstoff-zu-Tinte Gewichtsanteil von ungefähr 7,5 Prozent auf.
  • Die größeren Poren, kombiniert mit den kleineren Poren, bilden eine effektive gewundene Leitungsbahn durch den Körper der Brennstoffzellenkomponente aus, welche einen Gastransport erlaubt während die Möglichkeit des Flutens reduziert oder minimiert ist. Die kleineren Porengrößen bilden eine Dampfsperre aus, die ein Fluten verhindert, welches andererseits aufgrund der größeren ersten Poren auftreten könnte. Die kleineren Poren 58 unterstützen auch die Flüssigkeitsregulierung aufgrund einer Kapillarwirkung. Die große Verteilung von Kohlenstoff an der Oberfläche, welche durch die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff gemeinsam mit der relativ starken Verwindung der Leitungsbahnen durch die Komponente bereitgestellt ist, stellt eine nützliche Dampfsperre bereit, um einen Verlust von Wasserdampf während des Betriebs unter Bedingungen hoher Temperaturen zu verhindern.
  • Der Einsatz einer Stabbeschichtungstechnik um den Komponentenkörper mit der Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff zu imprägnieren, lässt eine sinnvolle Verteilung der ersten Poren 56 und der zweiten Poren 58 entstehen, wodurch kein ungewünschter Abfall des Gasdrucks innerhalb einer Brennstoffzelle hervorgerufen wird.
  • Die offenbarte beispielhafte Brennstoffzellenkomponente ist als eine Gasdiffusionslage oder eine mikroporöse Lage einsetzbar, um eine verbesserte Brennstoffzellenleistung unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen zu begünstigen. Insbesondere Hochstrombedingungen werden zu keinem Fluten führen, wie es dagegen bei manchen Brennstoffzellenanordnungen der Fall ist. Das Verhindern des Flutens verhindert eine Reduzierung der Ausgangsleistung und den Verlust der Brennstoffzellenleistung.
  • Die vorstehende Beschreibung ist als illustrativ und damit nicht in einer limitierenden Natur zu verstehen. Variationen und Modifikationen an den offenbarten Beispielen können für Fachkundige deutlich werden und führen nicht notwendiger Weise vom Wesen dieser Erfindung weg. Der dieser Erfindung gegebene rechtliche Schutzbereich kann nur durch Studium der nachstehenden Ansprüche ermittelt werden.

Claims (16)

  1. Eine Brennstoffzellenkomponente (20), diese umfassend: einen Körper (28 bzw. 40), der eine Mehrzahl an ersten Poren (56) umfasst, welche eine erste Porengröße besitzen; und eine Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff (54) auf zumindest einem Teil des Körpers, wobei die Beschichtung an einem beschichteten Abschnitt des Körpers eine Mehrzahl an zweiten Poren (58) ausbildet, wobei die zweiten Poren eine zweite Porengröße besitzen, die kleiner ist als die erste Porengröße dadurch gekennzeichnet, dass, die erste Porengröße mindestens viermal größer als die zweite Porengröße ist,wobei die erste Porengröße ungefähr 200 Mikron beträgt; und die zweite Porengröße zwischen ungefähr 1 und ungefähr 50 Mikron beträgt.
  2. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff eine Tintenzusammensetzung aufweist.
  3. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 2, wobei die Tintenzusammensetzung fluorierten Kohlenstoffruß; fluorierten Graphit; und Perfluorotripropylamin aufweist.
  4. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 3, wobei die Tintenzusammensetzung ungefähr 2 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes; ungefähr 1 Gramm des fluorierten Graphits; ungefähr 57 Gramm Perfluorotripropylamin; und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 5% aufweist.
  5. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 4, wobei die Tintenzusammensetzung ungefähr 0,5 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes; ungefähr 2 Gramm des fluorierten Graphits; ungefähr 31 Gramm Perfluorotripropylamin; und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 7,5% aufweist.
  6. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf zumindest einer Seite des Körpers aufgebracht ist.
  7. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf zwei Seiten des Körpers aufgebracht ist.
  8. Die Brennstoffzellenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf den Körper vollständig aufgebracht ist.
  9. Ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenkomponente (20), dieses umfassend die Schritte: Zurverfügungstellen eines Körpers (28 bzw. 40), der eine Mehrzahl an ersten Poren (56) umfasst, welche eine erste Porengröße besitzen; und Aufbringen einer Beschichtung aus fluoriertem Kohlenstoff (54) auf zumindest einem Teil des Körpers, um eine Mehrzahl an zweiten Poren (58) an einem beschichteten Abschnitt des Körpers auszubilden, wobei die zweiten Poren eine zweite Porengröße besitzen, die kleiner ist als die erste Porengröße dadurch gekennzeichnet, dass die erste Porengröße mindestens viermal größer als die zweite Porengröße ist wobei die erste Porengröße ungefähr 200 Mikron beträgt; und die zweite Porengröße zwischen ungefähr 1 und ungefähr 50 Mikron beträgt.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufbringen ein zumindest einen Teil des Körpers bedeckendes Aufsprühen einer Tintenzusammensetzung aus fluoriertem Kohlenstoff umfasst.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Tintenzusammensetzung fluorierten Kohlenstoffruß; fluorierten Graphit; und Perfluorotripropylamin aufweist.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Tintenzusammensetzung ungefähr 2 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußess; ungefähr 1 Gramm des fluorierten Graphits; ungefähr 57 Gramm Perfluorotripropylamin; und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 5% aufweist.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Tintenzusammensetzung ungefähr 0,5 Gramm des fluorierten Kohlenstoffrußes; ungefähr 2 Gramm des fluorierten Graphits; ungefähr 31 Gramm Perfluorotripropylamin; und einen Kohlenstoff zu Tinte Anteil von ungefähr 7,5% aufweist.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufbringen ein Auftragen der Beschichtung auf zumindest einer Seite des Körpers umfasst.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufbringen ein Auftragen der Beschichtung auf zwei Seiten des Körpers umfasst.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufbringen ein Auftragen der Beschichtung umfasst auf den vollständigen Körper.
DE112014006188.3T 2014-01-16 2014-01-16 Brennstoffzellenkomponente, die mehrere Porengrößen besitzt Active DE112014006188B4 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2014/011806 WO2015108518A1 (en) 2014-01-16 2014-01-16 Fuel cell component having multiple pore sizes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112014006188T5 DE112014006188T5 (de) 2016-10-06
DE112014006188B4 true DE112014006188B4 (de) 2023-11-23

Family

ID=53543277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112014006188.3T Active DE112014006188B4 (de) 2014-01-16 2014-01-16 Brennstoffzellenkomponente, die mehrere Porengrößen besitzt

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11152626B2 (de)
DE (1) DE112014006188B4 (de)
WO (1) WO2015108518A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5350643A (en) 1992-06-02 1994-09-27 Hitachi, Ltd. Solid polymer electrolyte type fuel cell
JP2012238398A (ja) 2011-05-09 2012-12-06 Daido Gakuen 中温型プロトン交換膜形燃料電池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5176947A (en) 1990-12-07 1993-01-05 International Business Machines Corporation Electroerosion printing plates
US5712062A (en) * 1992-11-06 1998-01-27 Daikin Industries, Ltd. Carbon fluoride particles, preparation process and uses of the same
US5620807A (en) * 1995-08-31 1997-04-15 The Dow Chemical Company Flow field assembly for electrochemical fuel cells
JP3584612B2 (ja) * 1996-05-30 2004-11-04 旭硝子株式会社 固体高分子型燃料電池およびその電極の製造方法
US7105594B2 (en) 2001-04-11 2006-09-12 Xerox Corporation Conductive carbon filled polyvinyl butyral adhesive
DE60236059D1 (de) * 2001-09-28 2010-06-02 Panasonic Corp Polymer-Elektrolyt Brennstoffzelle
US6733915B2 (en) * 2001-12-27 2004-05-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Gas diffusion backing for fuel cells
US20070154777A1 (en) * 2006-01-05 2007-07-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. The Penn State Research Foundation Cathode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel at low oxidant stoichiometry
KR20080047765A (ko) 2006-11-27 2008-05-30 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법, 및 이를포함하는 연료전지 시스템
JP5118372B2 (ja) * 2007-03-28 2013-01-16 株式会社東芝 直接メタノール型燃料電池
US8409769B2 (en) 2007-12-07 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Gas diffusion layer for fuel cell
CN102017250B (zh) * 2008-04-22 2014-09-24 百拉得动力系统公司 Pem燃料电池催化剂层的聚合物涂层
KR101481187B1 (ko) * 2009-12-03 2015-01-09 현대자동차주식회사 연료전지용 기체확산층및 그 제조방법
JP2014011163A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Jntc Co Ltd ガス拡散層用炭素基材、それを利用したガス拡散層、それを含む燃料電池用電極

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5350643A (en) 1992-06-02 1994-09-27 Hitachi, Ltd. Solid polymer electrolyte type fuel cell
JP2012238398A (ja) 2011-05-09 2012-12-06 Daido Gakuen 中温型プロトン交換膜形燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015108518A1 (en) 2015-07-23
US11152626B2 (en) 2021-10-19
US20160336601A1 (en) 2016-11-17
DE112014006188T5 (de) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112004001393B4 (de) Brennstoffzelle enthaltend ein räumlich variierendes Diffusionsmedium und Verwendung einer solchen Brennstoffzelle in einem Fahrzeug
DE69824784T2 (de) Brennstoffzelle
DE2927682A1 (de) Elektrochemische zelle
DE112012001547T5 (de) Elektrolytmembranelektrodenanordnung für Brennstoffzellen und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102010031903B4 (de) Verfahren zur Steuerung einer Ionomer- und Katalysatorverteilung in einer Elektrode
DE102020207671A1 (de) Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
WO2015172946A1 (de) Bipolarplatte und schichtstruktur auf der bipolarplatte
DE102004058040B4 (de) Brennstoffzelle
DE112004001386B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Diffusionsmedien, Diffusionsmedien und deren Verwendung
DE102018220464A1 (de) Verteilerstruktur für Brennstoffzelle und Elektrolyseur
DE102015214517A1 (de) Bipolarplatte und Membran-Elektroden-Einheit für eine in einem Brennstoffzellenstapel angeordnete Brennstoffzelle, Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE102008060437B4 (de) Verfahren zum Formen einer Gasdiffusionsschicht für Brennstoffzellen
DE102009020463B4 (de) Beschichtungsarchitektur für bipolare Platten für Brennstoffzellen sowie Verfahren zur Herstellung
DE112014006188B4 (de) Brennstoffzellenkomponente, die mehrere Porengrößen besitzt
WO2020182433A1 (de) Gasdiffusionslage für eine brennstoffzelle und brennstoffzelle
DE102016224696A1 (de) Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
DE102018213155A1 (de) Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenstapel
DE102018213148A1 (de) Schichtaufbau für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtaufbaus
DE102018210457A1 (de) Gasdiffusionselektrode zur Kohlendioxid-Verwertung, Verfahren zu deren Herstellung sowie Elektrolysezelle mit Gasdiffusionselektrode
DE112007002132B4 (de) Brennstoffzelle mit Gasstrompfaden
DE102014203150B4 (de) Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
DE102008003688A1 (de) Brennstoffzellenelektrode, Membranelektrodenanordnung und Brennstoffzellensystem
DE102013209226B4 (de) Einzelelektrodenplatte zur Verwendung in einer Brennstoffzelle
DE102020207581A1 (de) Separator für brennstoffzelle
DE2037358A1 (de) Elektrische Energiequelle mit Brenn Stoffzellen und Flektroden und Herstellungs verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWALTSPARTNERSCHAFT , DE

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWAELTE PARTG MBB, DE

Representative=s name: HENTRICH PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000

Ipc: H01M0008023000

R018 Grant decision by examination section/examining division