JP4791253B2 - 燃料電池セパレータ板コーティング - Google Patents
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Description
広い範囲の負荷にわたり安定であるPEM燃料電池の作動を達成するために、燃料電池において、流体の流れ、より詳しくは液体の流れを、妥当に管理することが必要である。例えば、液体の水は、電気化学的燃料電池の作動中に起こるカソードの酸素還元反応により生成され、それは、安定な反応を維持するために、有効に循環され及び/又は除去されなければならない。本明細書で記載する液体の蓄積は、本質において、カソードで主に形成される液体の水の溜まりである。燃料電池の作動に関する鍵となるファクターは、燃料電池において、水を輸送することと、望ましくない水の蓄積を防ぐことである。かくして、様々なレベルの気体速度や操作条件での、流路チャネルから水を排出する能力が、燃料電池の作動に重要である。そのような点についていえば、本発明は、二重の性質の水処理特性を有する、電気伝導性の流路セパレータ板の使用を意図している。流路は、乾燥時には性質として実質的に疎水性で、湿潤時には性質として実質的に親水性である、カチオン又はアニオン交換樹脂、又はその両方のような、イオン交換活性を有する有機ポリマーでコートされる。この二重の性質のコーティングは、薄い水のフィルムを形成することにより燃料電池の作動を改善させて、それにより、反応体ガスの流れの抵抗を最小化し、低いガス速度で安定な性能を維持させる。
8・・・バイポーラセパレータ板
10、12・・・末端コレクター板
14、16・・・端部接触流体分配要素
18、19、20、21、22、23・・・電気活性側面
26、28、30、32、33、35・・・非伝導性ガスケット又はシール
34、36、38、40、43、45・・・ガス拡散媒体
41・・・排気配管
42、44・・・供給配管
46、48・・・貯蔵タンク
50・・・配管
52・・・貯蔵エリア
54・・・排出配管
56・・・バイポーラ板
58・・・第一外部セパレータシート
59・・・動作表面
60・・・第二外部セパレータシート
62・・・内部スペーサーシート
64・・・ランド
66・・・溝
68、70・・・バイポーラ板側面
72、74・・・ヘッダー又はマニホールド溝
99・・・末端コレクター端部板
100・・・非伝導性領域
102・・・電気伝導性領域
104・・・開口部
120・・・伝導性コレクタータブ
128・・・基板
Claims (15)
- 燃料電池の電気伝導性要素であって:
反応体ガスを分配するように構成されて配置された表面を有する基板を含んでなり、該表面の少なくとも1つの領域が、不連続な樹脂コーティングを含んでなり、該不連続な樹脂コーティングが、コートされた各領域間の距離が平均して10〜100μmとなるように間隔が空けられている不連続な領域を複数含んでなり、該樹脂コーティングが、局所的相対湿度が100%未満である場合に90度を超える静的水接触角を有し、局所的相対湿度が100%を超える場合に90度未満の静的水接触角を有し、ここでコーティング中の樹脂が一つ以上のイオン交換樹脂からなる
電気伝導性要素。 - 該樹脂コーティングがペルフルオロスルホン酸ポリマーを含んでなる、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該樹脂コーティングが、100%の局所的相対湿度を超える状態の間は45度未満の静的水接触角を示す、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該樹脂コーティングが、90%の局所的相対湿度未満の状態の間は90度を超える静的水接触角を示す、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該樹脂コーティングが、0.01〜10μmの厚さを有する、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該樹脂コーティングが、第一の厚さを有する第一の領域と、該第一の厚さとは異なる第二の厚さを有する第二の領域とを含んでなる、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該基板が、複合材料、金属材料のうちの1つか又はその両方を含んでなる、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 燃料電池であって:
アノード;
カソード;
該アノードと該カソード間に設置されたプロトン交換膜;及び、
該アノード又は該カソード、又は該アノードと該カソードの両方に隣接して設置された少なくとも1つの流路板
を含んでなり、
該流路板が、不連続なイオン交換樹脂コーティングを含んでなり、該不連続な樹脂コーティングが、コートされた各領域間の距離が平均して10〜100μmとなるように間隔が空けられている不連続な領域を複数含んでなり、該樹脂コーティングが、局所的相対湿度が100%未満である場合に90度を超える静的水接触角を有し、局所的相対湿度が100%を超える場合に90度未満の静的水接触角を有し、ここでコーティング中の樹脂が一つ以上のイオン交換樹脂からなる
燃料電池。 - 該樹脂コーティングが、0.01〜10μmの厚さを有する、請求項8に記載の燃料電池。
- 該アノードと該カソードの少なくとも1つに隣接するガス拡散層をさらに含んでなり、かつ、繊維性材料を含んでなり、該樹脂コーティングが、コートされた領域間の距離が該繊維性材料の平均繊維直径の1〜10倍の大きさとなるように間隔が空けられている複数の不連続な領域を含んでなる、請求項8に記載の燃料電池。
- 該樹脂コーティングが、ペルフルオロスルホン酸ポリマーを含んでなる、請求項8に記載の燃料電池。
- 電気化学的燃料電池に使用される電気伝導性要素を製造する方法であって、該方法が:
該電気伝導性要素の流路の少なくとも1つの領域上に不連続なイオン交換樹脂コーティングを施すことを含んでなり、該不連続な樹脂コーティングは、コートされた各領域間の距離が平均して10〜100μmとなるように間隔が空けられている不連続な領域を複数含んでなり、該樹脂コーティングは、局所的相対湿度が100%未満である場合に90度を超える静的水接触角を有し、局所的相対湿度が100%を超える場合に90度未満の静的水接触角を有し、ここでコーティング中の樹脂が一つ以上のイオン交換樹脂からなる
方法。 - 該樹脂コーティングが、0.01〜10μmの厚さを有するように施される、請求項12に記載の方法。
- 該樹脂コーティングを施す前に、該電気伝導性要素の少なくとも1つの領域をマスクすることをさらに含んでなる、請求項12に記載の方法。
- 二次的な除去方法を用いて、該電気伝導性要素の少なくとも1つの領域から、該イオン交換樹脂コーティングの一部を除去することをさらに含んでなる、請求項12に記載の方法。
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