MXPA02000522A - Placa colectora de conductividad mejorada para celda de combustible y metodo de fabricacion. - Google Patents

Abstract

Se describe un metodo mejorado de fabricacion de una placa colectora para celda de combustible PEM. Durante el moldeo, se forma un compuesto polimerico altamente conductor, que tiene una concentracion de polimero relativamente alta a lo largo de sus superficies externas. Despues del moldeo, la capa rica en polimero (5) se remueve de las zonas terminales mediante maquinado, esmerilado o proceso similar. Esta remocion de capas deja las zonas terminales con una altura reducida (6) y da por resultado una conductividad total incrementada de la placa colectora moldeada. La superficie rica en polimero permanece en los canales (7) de las placas colectoras, proporcionando una resistencia mecanica incrementada y otros beneficios para los canales (7), mientras que las zonas terminales tienen una concentracion similar al volumen (8) de la placa colectora. El metodo mejorado permite tambien un mayor espesor en la cavidad del molde, proporcionando cierto numero de ventajas durante el proceso de moldeo. La figura mas representativa de la invencion es la numero 2.

Description

PLACA COLECTORA DE CONDUCTIVIDAD MEJORADA PARA CELDA DE COMBUSTIBLE Y MÉTODO DE FABRICACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a estructuras de compuestos poliméricos conductores y a métodos para su fabricación. Más particularmente la invención se refiere a composiciones poliméricas conductoras, moldeadas por inyección o compresión, y técnicas para su fabricación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los polímeros pueden tener estructuras fundamentalmente diferentes, y se hace la distinción entre polímeros termoendurecibles y termoplásticos. Los polímeros termoendurecibles se curan con el tiempo usando calor y productos químicos para formar enlaces químicos . Este proceso no es reversible y la estructura resultante es permanente, al menos que la hidrólisis, ataque químico u oxidación a altas temperaturas degrade los enlaces estructurales . Los termoplásticos, por otra parte, pueden formarse con un simple proceso de fusión y enfriamiento. Con el enfriamiento el polímero se solidifica en la forma deseada. De particular importancia, las partes que contienen polímero termoplástico tienen la ventaja de ser reciclables, y pueden ser fabricadas segundos. Estructuras de compuestos poliméricos altamente conductores, con geometría compleja, están desarrollándose y fabricándose para el uso como estructuras resistentes a la corrosión, en aplicaciones de dispositivos electrónicos, electroquímicos, térmicos y termoeléctricos, tales como placas colectoras en las celdas de combustible PEM. El moldeo por inyección es un método bien conocido para la producción en masa de componentes plásticos. Usando este método pueden producirse partes complejas en forma económica con un excelente control de detalles y de las tolerancias. Además, las partes moldeadas a partir de ciertos plásticos tienen muy buena resistencia al ataque químico y a la corrosión, aunque a temperaturas moderadas. El método de fabricación de moldeo por inyección ha estado limitado a materiales con una conductividad eléctrica y térmica relativamente pobres. Esta limitación resulta de la necesidad de que las composiciones ricas en polímero aseguren un flujo adecuado durante el proceso de moldeo y los polímeros son pobres conductores del calor y de la electricidad. Consecuentemente, el desarrollo de estructuras de bajo costo y resistentes a la corrosión, para aplicaciones en dispositivos electrónicos, electroquímicos, térmicos y termoeléctricos, requiere de la innovación en el campo de compuestos poliméricos altamente conductores. Una composición 1 ¡ ( ! ?>A , polimérica altamente conductora y un proceso para moldear la composición que incorpora un flujo elevado y una alta conductividad eléctrica y térmica, ha sido desarrollado por el autor et al . , y se describe con detalle en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. de serie 195,307, presentada el 18 de Noviembre de 1998. Esta composición, aunque tiene grandes cantidades de materiales de relleno, puede moldearse por inyección y está diseñada para el uso en celdas de combustible PEM; funcionando como un conductor eléctrico, material de transferencia de calor y barrera impermeable a gases, con resistencia a la cedencia elástica, hidrólisis y ataque químico, a temperaturas elevadas. La composición se usa para moldear placas colectoras, que pueden comprender hasta el 90 % en peso de cada celda de combustible. Los constituyentes de una celda de combustible PEM típica se representan en la Figura 1. Las placas bipolares, de compuestos, moldeadas por inyección (particularmente aquellas que contienen termoplásticos) desarrollan, durante el moldeo, capas superficiales ricas en polímero, eléctricamente resistivas, y estas capas pueden afectar el funcionamiento de las celdas de combustible durante su operación. Si, al igual que en una celda de combustible, se conduce una corriente eléctrica a través de una interfase que contiene esas capas superficiales, una porción significativa de la corriente eléctrica se transformará en calor, reduciendo la eficiencia eléctrica de la celda de combustible. Los compuestos poliméricos moldeados de acuerdo con este proceso de moldeo inventivo son altamente conductores comparados con los compuestos poliméricos moldeados, previos. Sin embargo, esta conductividad está restringida debido a las mayores concentraciones de la resina polimérica en las superficies exteriores de la estructura del compuesto moldeado.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, un objeto de la invención es proporcionar una estructura de compuesto polimérico altamente conductor, utilizando moldeo por inyección o compresión. Otro objeto de la invención es mejorar adicionalmente la conductividad de esa estructura de compuesto polimérico moldeado. Todavía otro objeto de la invención es utilizar un compuesto polimérico altamente conductor, moldeado, como una placa colectora en una celda de combustible. Aún otro objeto de la invención es proporcionar una placa colectora de compuesto polimérico altamente conductor, moldeado, que tenga superficies de los canales, con mayor cantidad de polímero, que den por resultado mayor resistencia mecánica, una permeabilidad y porosidad ta-....-^. fetJ^,......ir.,..w»... i .. t jA.- .M.b&. ? jt,... ¿2 ^*t? b*~b reducidas, mayor resistencia a la erosión y a la corrosión, y una resistencia reducida al flujo en los canales. Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método de fabricación de un compuesto polimérico altamente conductor, moldeado, que utiliza una cavidad de molde más grande, dando por resultado requerimientos reducidos de la presión en el molde. Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método de fabricación de un compuesto polimérico altamente conductor, moldeado, que tenga espesor reducido . Todavía un objeto adicional de la invención es mejorar la conductividad de una estructura de compuesto polimérico moldeado, que utilice procesos de fabricación de costo relativamente bajo. Estos y otros objetos de la invención se consiguen a través de un método de fabricación de una placa colectora de corriente para el uso en una celda de combustible. El método incluye preferentemente los pasos de: proporcionar una composición polimérica rellenada preferentemente con grafito, con una forma como la de una placa colectora de corriente que tenga zonas terminales sobre superficies opuestas, y retirar una capa de la composición, de al menos una de esas zonas terminales. La composición después del moldeo tiene un gradiente de concentración de aglutinante, creciente, tal como un aglutinante polimérico, hacia las zonas terminales. Después de la remoción de la capa, se proporcionan nuevas zonas terminales que tienen concentraciones de polímero reducidas. El polímero altamente rellenado puede moldearse utilizando moldeo por inyección, moldeo por compresión, o una combinación de ambos. La composición puede incluir una variedad de polímeros, pero es preferente un termoplástico. El termoplástico es preferentemente un polímero de cristal líquido. La remoción de la capa se lleva a cabo preferentemente usando procesos de fabricación de costo relativamente bajo tales como el maquinado, aplicación de chorro de arena o esmerilado de la superficie . El espesor de la capa que se va a retirar puede determinarse a través de la consideración de cierto número de factores. Es deseable que el espesor sea lo suficientemente grande para retirar áreas de alta concentración de polímero. Además puede ser deseable remover un espesor inclusive mayor para mejorar el proceso de moldeo. El espesor de la capa removida deberá encontrarse entre 0.001 y 0.5 cm, y se encuentra preferentemente en el intervalo de 0.015 y 0.06 cm. La invención se enfoca también a una placa colectora mejorada para celda de combustible, que resulta del proceso de fabricación anteriormente descrito. La placa colectora mejorada para celda de combustible incluye preferentemente una composición polimérica rellenada con grafito, que tiene superficies planas opuestas separadas por un espesor de placa. Inicialmente, después del moldeo, la composición tiene un gradiente de concentración de polímero, creciente, hacia las superficies planas. Las superficies planas tienen canales y zonas terminales afuera de los canales. Después de la remoción de la capa sobre las zonas terminales, la placa colectora proporciona mayores concentraciones del material de relleno de grafito conductor en las zonas terminales, mientras que mantiene superficies ricas en polímero dentro de los canales. Estas superficies de los canales, con mayor cantidad de polímero, proporcionan cierto número de beneficios dentro de los canales, tales como una resistencia mecánica mejorada y una porosidad y permeabilidad reducidas. De conformidad con otro aspecto de la invención, el espesor de la capa superficial removida puede determinarse previamente a través de una prueba para identificar el espesor en el cual la velocidad del cambio de la conductividad se convierte desde un cambio rápido hasta uno moderado . Otra ventaja proporcionada por el proceso de remoción de capas, de la invención, es que la estructura compuesta puede ser moldeada hasta un espesor inicial que sea mayor que el espesor del producto final, tal como una placa inyección, la presión de nyecc n requer a es generalmente proporcional a la relación de la longitud de flujo con respecto al área de sección transversal de la cavidad del molde. De esta manera, con un espesor incrementado en la cavidad del molde pueden conseguirse cierto número de beneficios. La presión de inyección requerida puede disminuirse debido al área de sección transversal incrementada. Alternativamente, una mayor longitud de flujo y por lo tanto una parte más grande, puede ser moldeada a una presión de inyección determinada. Cuando se combina con el proceso de remoción de capas de la invención, puede obtenerse un producto de placa colectora, final, que tenga una relación de aspecto incrementada. El método de la invención da por resultado composiciones poliméricas conductoras, particularmente para el uso como placas colectoras de celdas de combustible, que tengan una funcionalidad mejorada. La funcionalidad mejorada incluye una conductividad eléctrica y térmica muy altas, alta resistencia y baja permeabilidad al hidrógeno en secciones delgadas, y una resistencia excelente a la erosión-corrosión a temperatura elevada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades preferidas de la invención se ÉAfaifeÉ-a s. j^ „ ^Ái?t?txL.^J .. jt?^lá¿t<itt«-?-a toa í^?ildto&t&At i^?m á , describirán ahora en la siguiente descripción detallada, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La Figura 1 es una vista en corte que ilustra los constituyentes conductores de una celda de combustible PEM típica; La Figura 2 es una vista en corte de una placa colectora moldeada por inyección, que muestra la capa superficial moldeada y la porción de las superficies de las zonas terminales, que van a retirarse de conformidad con la presente invención; La Figura 3 es una gráfica de la resistencia eléctrica debajo de la celda, contra la profundidad de remoción de la superficie de la zona terminal, por lado, para una placa colectora moldeada por inyección de conformidad con la presente invención; La Figura 4 es una gráfica del espesor inicial y maquinado de placas colectoras moldeadas por inyección, contra la resistencia eléctrica debajo de la celda; La Figura 5 es una gráfica del espesor de las capas removidas, incluyendo ambas caras, contra el cambio en la resistencia eléctrica debajo de la celda, con el cambio en el espesor de la placa; La Figura 6 es una gráfica de la fracción del espesor de la placa removido por desbastado, contra la resistencia eléctrica debajo de la celda; y ,? Í?É -l~*"-.«—*-J- "«?U La Figura 7 es una gráfica de la fracción del espesor de placa removida mediante el desbastado, contra el promedio de la resistividad eléctrica gruesa, en las direcciones transversal y del flujo, durante el moldeo por inyección.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se enfoca a la producción, con un costo relativamente bajo, de estructuras de compuesto polimérico de alta conductividad, utilizando moldeo por inyección y otros tipos de moldeo. Los métodos de la invención tienen aplicación particular en la fabricación de placas colectoras para el uso en celdas de combustible PEM, y el siguiente análisis se enfocará por lo tanto a la aplicación en placas colectoras. Sin embargo deberá comprenderse que los procesos de fabricación descritos pueden tener aplicabilidad a otros entornos y no deberán considerarse limitados a la fabricación de placas colectoras. Haciendo referencia en forma general a los dibujos, la Figura 1 es una vista en corte que ilustra los constituyentes conductores de una celda de combustible PEM típica. Los constituyentes de la celda de combustible incluyen una placa colectora 1, la placa colectora está rodeada por capas 2 para la difusión de gases. Cada una de u.M?fki¿?t, ^.,tJ .^an. *>»-.---»-- ....j^a. aafcJüMJ,"-"t- -*f .*- - l las capas para la difusión de gases se interconecta con un electrodo 3. Los electrodos 3 sostienen intercalada una membrana 4 de intercambio de protones. Las celdas de combustible pueden ensamblarse en serie para incrementar el voltaje de la pila formada. De conformidad con la invención, se usa un postratamiento de bajo costo para reducir la resistencia eléctrica de las placas colectoras moldeadas 1, sin cambiar las propiedades críticas tales como la alta resistencia mecánica, alta estabilidad térmica y química, baja permeabilidad a gases y una hidrofobicidad adecuada dentro de los canales moldeados. Haciendo referencia a la Figura 2, una vista en corte de una placa colectora moldeada por inyección muestra la capa superficial moldeada y la porción de las superficies de las zonas terminales que se van a remover de conformidad con la presente invención. Después del moldeo, una capa superficial 5 rica en polímero cubre las superficies de las terminales de la placa colectora. Después de la remoción del material de la superficie, las zonas terminales se reducen hasta una altura 6. Significativamente, las paredes 7 de los canales de la placa colectora conservan sus capas superficiales ricas en polímero, mientras que las zonas terminales recientemente formadas proporcionan en general una concentración rica en material de relleno, similar a la del volumen 8 de la placa colectora.

Dicho de manera simple, de 0.001 a 0.5 cm, e idealmente de 0.015 a 0.06 cm, de la superficie moldeada de las zonas terminales de la placa, se retiran usando maquinado, esmerilado superficial, aplicación de chorro de arena u operación similar, en una manera tal que asegure un alto nivel de planitud y paralelismo en la placa terminada.

Después de la operación de esmerilado, la zonas terminadas tienen la altura óptima requerida para el funcionamiento de la celda de combustible. Esta altura está típicamente entre 0.05 y 0.15 cm, pero puede ser menor que 0.05 cm en ciertos diseños . Removiendo la capa rica en resina, de las proyecciones sobre la placa, las superficies de las zonas terminales resultantes contienen un mayor contenido de material de relleno, que las superficies del artículo moldeado por inyección, original, conduciendo a una mayor conductividad eléctrica y térmica. Las superficies de los canales, que contienen la capa rica en polímero desarrollada durante el proceso de moldeo por inyección, proporcionan alta resistencia mecánica, excelentes propiedades de barrera, resistencia química y a la erosión, así como hidrofobicidad. La operación de esmerilado permite producir una placa colectora de celda de combustible, anisotrópica, con una menor concentración de polímero (mayor concentración de material de relleno conductor) en las superficies de las •fe0- zonas terminales y en el volumen de la placa, y una mayor concentración del polímero (menor concentración de material '" *^" de relleno conductor) en las superficies de los canales dentro de la placa. El beneficio de este proceso es que la 5 estructura anisotrópica es una característica permanente de la placa colectora. En contraste, el recubrimiento de los canales o de las zonas terminales conduciría a una degradación excesiva conforme el tiempo y la temperatura. Usando el método de remoción de superficie, las 0 zonas terminales tienen un alto contenido de material de relleno, similar al de la composición en el volumen del material, proporcionando una excelente conductividad eléctrica y térmica. Dado que las zonas terminales se encuentran en contacto eléctrico con los componentes de la 5 celda de combustible, tales como las capas de difusión y los electrodos, este tratamiento es suficiente para reducir dramáticamente la resistencia eléctrica en el cuerpo de la celda. Este proceso da por resultado placas de celda de combustible con una resistencia de hasta 50 % menor que la que podría obtenerse en un proceso de moldeo de una sola etapa. Se usan dos métodos para medir la resistencia del material de la placa colectora. El primer método mide la resistencia a través del plano, de un ensamble de placas colectoras, debajo de la celda. El ensamble consiste de una - A ión (plana) , sin rasgos característicos, intercalada entre dos materiales de contacto, y representa la configuración de una placa colectora bipolar dentro de la celda de combustible. Este método mide la resistencia total (incluyendo las resistencias de contacto y en el volumen) de los materiales. La resistencia de contacto es afectada por las propiedades superficiales de los materiales, mientras que la resistencia en el volumen es afectada por la estructura interna. El efecto de la remoción superficial, en la resistencia eléctrica total de los ensambles de placas colectoras, debajo de la celda, se muestra en la Figura 3. La Figura 3 es una gráfica de la resistencia eléctrica debajo de la celda, contra la profundidad de la remoción de las superficies de las zonas terminales, por lado, para una placa colectora moldeada por inyección, de conformidad con la presente invención. La unidad eléctrica debajo de la celda, consiste de material de placa colectora intercalado entre dos capas para difusión de gases. Durante el análisis de la resistencia eléctrica, la superficie de la placa se remueve en capas crecientes. Inicialmente la resistencia disminuye rápidamente con la remoción del material de la superficie, pero después de cierta profundidad los valores de la resistencia disminuyen únicamente en forma moderada. La ( endiente de la remoción de superficie, contra la curva de la dramáticamente después de remover de 0.025 a 0.030 cm de la superficie de la placa moldeada. La Figura 3 (y las otras gráficas de las Figuras 4- 7) muestra las gráficas de los datos de análisis para tres placas de prueba, una representada con puntos de análisis sólidos y líneas sólidas una con puntos de prueba huecos y líneas sólidas, y una con líneas discontinuas. Cada placa de análisis se analizó usando tres materiales diferentes para la capa de difusión de gases: ELAT, Grafoil y Papel de Fibra de Carbono (CFP por sus siglas en inglés) . El espesor de la capa superficial resistiva puede encontrarse maquinando capas crecientes de las superficies de la placa y midiendo la resistencia total debajo de la celda, como en la Figura 4. Dentro de un estrecho intervalo de la profundidad de remoción de la superficie, la pendiente cambia dramáticamente. La profundidad a la cual cambia la pendiente dramáticamente es dependiente del espesor real de la placa y representa la profundidad de la capa superficial resistiva. La Figura 5 muestra el cambio en la pendiente como una función del espesor total de las dos capas removidas, una de cada lado de la placa de prueba. Después de la remoción de la capa superficial resistiva, la resistencia a través del plano se reduce moderadamente al incrementarse la remoción de material. Eso se atribuye al espesor decreciente de la placa y representa un material más homogéneo. La Figura 6 muestra .>.»*«..^»*^^-^^»^<terA^!á?-^>^«i¿^ai<ri«tdt«awtáá ,a el cambio en la resistencia eléctrica debajo de la celda, a medida que las capas se remueven, medido como una fracción o porcentaje del espesor original de la placa. Como se muestra en la Figura 7, se llevó a cabo 5 una prueba paralela, separada, para medir la resistividad en el volumen de las placas colectoras. Esta medición es muy insensible a las propiedades superficiales. La resistividad en el volumen se redujo únicamente por un pequeño porcentaje a través del intervalo de remoción superficial . 10 Consecuentemente, los cambios en la resistividad en el volumen no contribuyeron a los cambios observados en la resistencia total debajo de la celda. Por lo tanto se concluyó que la resistencia disminuyó por dos razones. Primero, la remoción de la capa superficial resistiva 15 permitió una mejor conducción eléctrica a través de la muestra, exponiendo más rutas eléctricas. Segundo, el espesor total de la placa disminuyó después de cada operación de remoción superficial, causando que la resistencia correspondiente disminuyera. Para materiales homogéneos este 20 cambio sería lineal. Aparte de reducir la resistencia eléctrica de la placa colectora, el proceso de remoción de superficie tiende a incrementar la envoltura geométrica del proceso de moldeo por inyección. Los procesos de moldeo por inyección y 25 remoción de superficie funcionan conjuntamente en forma 17 ! %_**"• ; sinérgica. La cavidad del molde de inyección está diseñada de manera tal que la placa moldeada tenga mayores proyecciones en las zonas terminales, que lo que se requiere para la parte terminada. La altura en exceso se determina, en parte, en base a la curva de resistencia eléctrica que se usa para encontrar el espesor de la capa resistiva. El valor de la altura en exceso de la zona terminal (altura que se va a remover en el proceso secundario) es al menos equivalente al espesor de la capa superficial resistiva. Para mayores volúmenes de producción puede ser benéfico volver a recolectar el material en exceso, esmerilado, con un sistema de manejo de polvos, apropiado, y reciclarlo nuevamente hacia el proceso de moldeo. Sistemas de vacío diseñados para manejar materiales en polvo a granel se encuentran fácilmente disponibles. Si este método no se encuentra en el sitio, entonces deberá limitarse la remoción superficial para evitar desecho de material . Para ponderar estas opciones apropiadamente deben considerarse las capacidades de la máquina y la complejidad de diseño del molde, para ver si la altura en exceso de la zona terminal (más allá de la altura de la capa superficial resistiva) beneficiará significativamente la operación de moldeo. El diseño de altura en exceso en las zonas terminales de la placa colectora sirve para incrementar el tamaño de la cavidad del molde de inyección. Por ejemplo, el de la placa colectora se incrementa. Esto reduce la caída de presión a través de la placa colectora durante el proceso de inyección. Una placa con área más grande puede moldearse usando una presión de inyección y un tonelaje de apriete, equivalentes, cuando el área de sección transversal de la placa se haga mayor. Alternativamente, placas colectoras muy delgadas pueden fabricarse finalmente con menos presión de inyección y menos tonelaje de apriete, usando el proceso de inyección y 10 remoción de material superficial . Dado que las placas colectoras forman la mayor parte de un apilamiento de celdas de combustible, la capacidad para moldear placas colectoras muy delgadas, con gran área y altamente conductoras, incrementa en gran medida 15 la densidad de energía del apilamiento, y tiende a reducir el número de placas necesarias por kilovatio de celda de combustible. Por lo tanto, el valor de una placa colectora depende, en gran medida, de su relación de aspecto y funcionamiento . 20 Además de mejorar la capacidad de moldeo por inyección para placas delgadas de gran área, el proceso de moldeo y remoción de superficie mejora la funcionalidad de estas placas en la celda de combustible. La funcionalidad y conductividad mejoradas son los principales beneficios de la 25 estructura de placa colectora novedosa. Cuando se usan placas muy delgadas, las capas ricas en polímero que forman las At paredes de los canales previenen el cruce o permeación de gases entre las celdas. Esto resulta del mayor nivel de polímero que sella efectivamente todos los poros en la placa. Dado que estas capas son una parte integral de la placa, la barrera no se deteriorará o deslavará. Esto permite que la celda de combustible funcione en forma segura y a un mayor nivel de eficiencia por un período de tiempo prolongado. Las capas ricas en polímero, sobre las paredes de los canales, proporcionan también alta resistencia mecánica eliminando los poros que conducen a la propagación de grietas, y formando capas de refuerzo alineadas debajo de la superficie. La tela entre los pisos de los canales de la placa colectora es típicamente la sección más delgada de la placa y representa la parte más débil de una placa colectora tradicional. Con superficies de los canales ricas en polímero se pueden usar placas muy delgadas sin que ocurra daño durante la manipulación, ensamble o funcionamiento de la celda de combustible. Estas capas proporcionan también una excelente resistencia química y contra la erosión, para permitir un diseño que dure de cincuenta a cien mil horas de operación bajo condiciones muy agresivas. Las paredes de los canales de la placa colectora son lisas y no porosas. Estas conservan el acabado superficial de las proyecciones (núcleos) del molde para moldeo por inyección, dando por resultado hidrofobicidad, y actuando como un repelente al agua para mejorar el transporte y eliminación del agua durante el funcionamiento de la celda de combustible. Proporcionando propiedades conductoras mejoradas a través de las zonas terminales y estructura interna de la placa, y proporcionando propiedades estructurales y de barrera, mejoradas, en las paredes de los canales, se optimiza la estructura de placa colectora. Usando la técnica de remoción de superficie, se permite que el proceso de moldeo por inyección fabrique partes que no puedan ser fabricadas en un proceso de una sola etapa, debido a las limitaciones de la máquina y del flujo del material. Aún, funcionando como un todo, esta invención representa una innovación significativa para la producción en masa en el campo de compuestos poliméricos altamente conductores, y particularmente en el campo de celdas de combustible PEM para generación de energía eléctrica. Aunque anteriormente se han descrito modalidades preferidas del método y producto de la invención, con un detalle y especificidad relativamente grandes, estas modalidades sirven únicamente como ejemplos. Alternativas y variaciones dentro del alcance de la invención pueden ahora ser fácilmente evidentes para un experimentado en la técnica, después de una revisión de esta descripción. Como tal, el l<#?iil§lf_^-'A'-»*ffl^**-,ai^^ alcance apropiado de la invención, al cual tiene derecho el inventor, deberá determinarse a partir de las siguientes reivindicaciones y no mediante la descripción detallada anterior.

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Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar una placa colectora de corriente, para el uso en una celda de combustible, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar una composición de material conductor- aglutinante, con una forma tal como una placa colectora de corriente, que tiene zonas terminales sobre al menos una superficie, la composición tiene un gradiente de concentración de aglutinante, creciente, hacia las zonas terminales; y, remover una capa de esa composición, de al menos una de las zonas terminales, por lo cual se proporcionan nuevas zonas terminales que tienen concentraciones de aglutinante, reducidas.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de proporcionar la composición, con una forma tal como la de una placa colectora' de corriente, comprende: inyectar la composición a una cavidad del molde; dar a la composición la forma de la placa colectora de corriente; y, retirar la composición con forma de placa colectora de corriente.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el aglutinante es un termoplástico.

4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el termoplástico es un polímero de cristal líquido.

5. El método de conformidad con la reivindicación * 1, caracterizado porque la capa removida tiene un espesor que se encuentra entre 0.001 y 0.5 cm.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el espesor de la capa removida se encuentra entre 0.015 y 0.06 cm.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de remoción se lleva a cabo usando una de las siguientes operaciones: maquinado, aplicación de chorro de arena y esmerilado superficial.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las zonas terminales, antes de la remoción de la capa, definen zonas terminales iniciales, y las zonas terminales expuestas después de la remoción de la capa definen las zonas terminales postratamiento, y porque la resistencia eléctrica debajo de la celda, medida cuando hace contacto con las zonas terminales iniciales, es al menos 38% mayor que la resistencia eléctrica debajo de la celda, medida cuando hace contacto con las zonas terminales postratamiento.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las zonas terminales antes de la remoción de capas definen zonas terminales iniciales, y las zonas terminales expuestas después de la remoción de capas definen zonas terminales postratamiento, y porque la resistencia eléctrica debajo de la celda, medida cuando hace ¿z < contacto con las zonas terminales postratamiento, es menor-"?* .» que 25 mOhm-cm2. -^ . "

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa removida tiene un espesor, el espesor es de 0.09 a 0.50 el espesor de la placa colectora, medido en las zonas terminales antes de la remoción de capas.

11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la al menos una superficie proporciona canales rebajados en la placa, desde las zonas terminales.

12. El método de conformidad con la / reivindicación 1, caracterizado porque se remueve una capa sobre cada una de las superficies opuestas de la placa.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material conductor es carbón.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el material conductor es grafito.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el material conductor es un polvo.

16. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el material conductor incluye fibras.

17. Una placa colectora de corriente, de celda de combustible, fabricada mediante los pasos de proceso de: proporcionar una composición de material conductor- aglutinante, con una forma tal como la de una placa colectora que tiene superficies planas opuestas, separadas por un espesor de placa, la composición tiene un gradiente de concentración de aglutinante, creciente, hacia las superficies planas; y, remover una capa de la composición, de al menos una de las superficies planas, por lo cual se proporcionan nuevas superficies planas que tienen concentraciones reducidas del aglutinante.

18. Una placa colectora de corriente, de celda de combustible, caracterizada porque comprende: una composición de material conductor-aglutinante, con una forma tal como la de una placa colectora, que tiene superficies planas opuestas separadas por un espesor de placa, la composición tiene un gradiente de concentración de aglutinante, creciente, hacia las superficies planas; al menos una de las superficies planas tiene canales y zonas terminales afuera de esos canales, al menos esos canales tienen superficies de base de los canales, la composición tiene una concentración mayor de aglutinante en las superficies de base de los canales que en las zonas terminales.

19. Un sistema de celda de combustible, caracterizado porque comprende: un par de placas colectoras que tienen una serie de canales para el flujo de reactivos desde orificios formados a través de las placas colectoras; una primera y una segunda capa para difusión de gases, colocadas entre las placas colectoras; y, un ensamble de electrodo de membrana (MEA) que incluye una membrana intercalada entre dos capas de electrodo, el MEA está interpuesto entre las capas para difusión de gases; cada una de las placas colectoras está hecha de una composición de material conductor-aglutinante y tiene superficies planas, opuestas, separadas por un espesor de placa, la composición tiene un gradiente de concentración de aglutinante, creciente, hacia las superficies planas; los canales están definidos en las superficies planas, las superficies planas tienen zonas terminales afuera de esos canales, los canales tienen superficies de base de los canales, la composición tiene una mayor concentración en las superficies de base de los canales que en las zonas terminales.