RU2012120865A - Интегрированный топливный рем-элемент - Google Patents

Интегрированный топливный рем-элемент Download PDF

Info

Publication number
RU2012120865A
RU2012120865A RU2012120865/07A RU2012120865A RU2012120865A RU 2012120865 A RU2012120865 A RU 2012120865A RU 2012120865/07 A RU2012120865/07 A RU 2012120865/07A RU 2012120865 A RU2012120865 A RU 2012120865A RU 2012120865 A RU2012120865 A RU 2012120865A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fibers
anode
cathode
plate
fuel cell
Prior art date
Application number
RU2012120865/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Весна СТАНИЧ
Original Assignee
Энерфьюэл, Инк.
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 Энерфьюэл, Инк. filed Critical Энерфьюэл, Инк.
Publication of RU2012120865A publication Critical patent/RU2012120865A/ru

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0256Vias, i.e. connectors passing through the separator material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0297Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Landscapes

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

Abstract

1. Интегрированный топливный PEM-элемент, содержащий:по меньшей мере две сборки биполярных пластин, каждая из которых включает:газонепроницаемую пластину имножество однонаправленных электропроводных волокон, при этом каждое волокно имеет первый анодный конец и второй катодный конец,волокна сгруппированы в продольные пучки, вытянутые перпендикулярно пластине,анодные концы на одной стороне пластины и катодные концы на другой стороне пластины,причем каждый из пучков покрыт газонепроницаемым покрытием, покрытие протянуто от пластины к каждому из концов волокон, при этом участок волокон, прилегающий к концам, остается непокрытым,оконечные части волокон, переходящие к непокрытым волокнам, образуют щетки из концов волокон;анодная сторона одной из сборок биполярных пластин обращена к катодной стороне другой сборки биполярных пластин;мембранно-электродную сборку, включающую:носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; ипротонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.2. Топливный элемент по п.1, в котором каждый из носителя анодного катализатора и носителя катодного катализатора является ионообменным полимером с катионами катализатора вместо протонов.3. Топливный элемент по п.2, в котором каждый из носителя анодного катализатора и носителя катодного катализатора сформи

Claims (22)

1. Интегрированный топливный PEM-элемент, содержащий:
по меньшей мере две сборки биполярных пластин, каждая из которых включает:
газонепроницаемую пластину и
множество однонаправленных электропроводных волокон, при этом каждое волокно имеет первый анодный конец и второй катодный конец,
волокна сгруппированы в продольные пучки, вытянутые перпендикулярно пластине,
анодные концы на одной стороне пластины и катодные концы на другой стороне пластины,
причем каждый из пучков покрыт газонепроницаемым покрытием, покрытие протянуто от пластины к каждому из концов волокон, при этом участок волокон, прилегающий к концам, остается непокрытым,
оконечные части волокон, переходящие к непокрытым волокнам, образуют щетки из концов волокон;
анодная сторона одной из сборок биполярных пластин обращена к катодной стороне другой сборки биполярных пластин;
мембранно-электродную сборку, включающую:
носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;
носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; и
протонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.
2. Топливный элемент по п.1, в котором каждый из носителя анодного катализатора и носителя катодного катализатора является ионообменным полимером с катионами катализатора вместо протонов.
3. Топливный элемент по п.2, в котором каждый из носителя анодного катализатора и носителя катодного катализатора сформирован в виде капель или тонкого покрытия на концах волокон.
4. Топливный элемент по п.3, в котором протонообменная мембрана сформирована в виде ионообменного полимера, размещенного на носителе катализатора на концах волокон.
5. Топливный элемент по п.4, в котором электрокатализатор размещен на поверхности носителя катализатора в виде капель или тонкого покрытия посредством восстановления поверхностных катионов в носителе катализатора.
6. Топливный элемент по п.1, в котором пучки волокон расположены в виде матрицы, чтобы определять поле течения топлива на одной стороне пластины и поле течения окислителя на другой стороне пластины.
7. Топливный элемент по п.1, также содержащий сборки токосъемных пластин, включающие электропроводную пластину для электрического соединения с первым анодным концом одной из сборок биполярных пластин; и вторую электропроводную пластину для электрического соединения с катодным концом другой из сборок биполярных пластин.
8. Топливный элемент по п.1, в котором пластины изготовлены из электропроводной смолы.
9. Топливный элемент по п.1, в котором пучки волокон каждой сборки биполярных пластин проходят через электропроводную подложку, расположенную внутри биполярной пластины, и соединены с ней.
10. Топливный элемент по п.9, в котором волокна, вытянутые через каждую биполярную пластину, разделены подложкой на анодные волокна и катодные волокна.
11. Топливный элемент по п.10, в котором по меньшей мере некоторые из анодных волокон аксиально смещены по отношению к катодным волокнам.
12. Топливный элемент по п.9, в котором подложка расширена за пределы внешнего края биполярной пластины, посредством чего обеспечивается охлаждение на кромке.
13. Интегрированный топливный PEM-элемент, содержащий:
по меньшей мере две сборки биполярных пластин, каждая из которых включает:
газонепроницаемую пластину;
множество электропроводных волокон, расположенных в виде групп волокон, включающих группы анодных волокон, вытянутых от пластины на анодной стороне, и группы катодных волокон, вытянутых от пластины на противоположной катодной стороне, указанные группы анодных волокон и указанные группы катодных волокон электрически соединены,
при этом каждая из указанных групп анодных волокон и групп катодных волокон предоставляет оконечные части волокон, переходящие к щеткам из непокрытых волокон, образованных концами волокон;
анодная сторона одной из сборок биполярных пластин обращена к катодной стороне другой сборки биполярных пластин;
мембранно-электродную сборку, включающую:
носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;
носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; и
протонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.
14. Топливный элемент по п.13, в котором группы волокон сформированы в виде блоков волокон, включающих непрерывные волокна в связующей матричной среде, делающей блок непроницаемым.
15. Топливный элемент по п.14, в котором блоки волокон расположены таким образом, чтобы образовывать пути протекания по меньшей мере для топлива или окислителя.
16. Топливный элемент по п.13, в котором волокна в блоках волокон расположены в виде тканого материала.
17. Топливный элемент по п.13, в котором группы волокон сформированы в виде бархатных сегментов, закрепленных на подложке в каждой газонепроницаемой пластине.
18. Топливный элемент по п.1, также содержащий волокна, имеющие форму крючков, которые вытянуты от каждой сборки биполярных пластин, и волокна, расположенные в виде петель, которые включены в каждую мембранно-электродную сборку, при этом указанные крючки волокон и петли волокон взаимно соединены.
19. Сборка биполярных пластин для топливного элемента, содержащая:
газонепроницаемую пластину и
множество однонаправленных электропроводных волокон, причем каждое волокно имеет первый анодный конец и второй катодный конец,
волокна сгруппированы в продольные пучки, вытянутые перпендикулярно пластине,
анодные концы на одной стороне пластины и катодные концы на другой стороне пластины, каждый из пучков покрыт газонепроницаемым покрытием, покрытие протянуто от пластины к каждому из концов волокон, при этом участок волокон, прилегающий к концам, остается непокрытым, и
оконечные части волокон, переходящие к непокрытым волокнам, образуют щетки из концов волокон.
20. Мембранно-электродная сборка для топливного элемента, содержащая:
множество оконечных участков анодных волокон и множество оконечных участков катодных волокон, расположенных друг против друга;
носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;
носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; и
протонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.
21. Способ объединения мембранно-электродной сборки с биполярной пластиной в топливном элементе, содержащий следующие стадии:
предоставление сборки биполярных пластин, на каждой из которой оконечные части имеющихся волокон расположены друг против друга;
осаждение капель полимера на концы волокон биполярных пластин;
сушка капель, чтобы получить шарики полимера;
осаждение непрерывного тонкого слоя полимера поверх шариков полимера;
замена протонов в шариках полимера и непрерывном слое катионами катализатора, чтобы получить носитель катализатора;
восстановление поверхностных катионов до металлического катализатора на носителе катализатора;
осаждение полимера, чтобы создать мембранный слой с протонной проводимостью;
и соединение мембранных слоев, сформированных на каждой из расположенных друг против друга групп концов волокон, одного с другим.
22. Способ по п.21, также включающий следующие стадии:
нанесение петель волокон на поверхности мембран;
предоставление крючков волокон от пластины при вытягивании до концов волокон или короче;
взаимное соединение петель и крючков, чтобы привести концы волокон в контакт с мембраной.
RU2012120865/07A 2009-10-22 2010-10-20 Интегрированный топливный рем-элемент RU2012120865A (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/603,655 US8455152B2 (en) 2009-10-22 2009-10-22 Integrated PEM fuel cell
US12/603,655 2009-10-22
PCT/US2010/053835 WO2011050314A1 (en) 2009-10-22 2010-10-20 Integrated pem fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2012120865A true RU2012120865A (ru) 2013-11-27

Family

ID=43588859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012120865/07A RU2012120865A (ru) 2009-10-22 2010-10-20 Интегрированный топливный рем-элемент

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8455152B2 (ru)
JP (1) JP2013508925A (ru)
CN (1) CN102742055A (ru)
DE (1) DE112010004227T5 (ru)
RU (1) RU2012120865A (ru)
WO (1) WO2011050314A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2387807B1 (de) * 2009-01-14 2013-01-02 Basf Se Monomerperlen zur herstellung einer protonenleitenden membran
JP6108008B1 (ja) * 2016-05-30 2017-04-05 住友電気工業株式会社 双極板、セルフレーム及びセルスタック、並びにレドックスフロー電池
CN106532089B (zh) * 2016-09-13 2024-03-29 广东工业大学 一种微型燃料电池装置
DE102017109621A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Elektrisches Gerät in Stapelbauweise
CN112838234B (zh) * 2019-11-22 2022-03-11 西部金属材料股份有限公司 金属纤维流场和金属纤维气体扩散层一体化烧结的双极板
TWI762099B (zh) 2020-12-22 2022-04-21 財團法人工業技術研究院 氣冷式燃料電池電堆

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1077612B (it) * 1977-02-07 1985-05-04 Nora Oronzo Impianti Elettroch Setto bipolare conduttore per celle elettrochimiche e metodo di preparazione
US5906898A (en) * 1997-09-18 1999-05-25 M-C Power Corporation Finned internal manifold oxidant cooled fuel cell stack system
JP4000651B2 (ja) * 1998-01-19 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
US6080504A (en) * 1998-11-02 2000-06-27 Faraday Technology, Inc. Electrodeposition of catalytic metals using pulsed electric fields
US6511766B1 (en) * 2000-06-08 2003-01-28 Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation Low cost molded plastic fuel cell separator plate with conductive elements
US6989214B2 (en) * 2002-11-15 2006-01-24 3M Innovative Properties Company Unitized fuel cell assembly
CN100426572C (zh) * 2003-06-24 2008-10-15 旭硝子株式会社 固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及其制造方法
FR2857163B1 (fr) 2003-07-01 2008-12-26 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible dans laquelle un fluide circule sensiblement parallelement a la membrane electrolytique et procede de fabrication d'une telle pile a combustible
FR2888048B1 (fr) 2005-06-29 2007-11-02 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fabrication d'une plaque bipolaire pour pile a combustible et plaque bipolaire obtenue
FR2888047A1 (fr) 2005-06-29 2007-01-05 Peugeot Citroen Automobiles Sa Plaque bipolaire pour pile a combustible et pile a combustible
JP4918984B2 (ja) * 2005-11-15 2012-04-18 日清紡ホールディングス株式会社 多孔質燃料電池セパレータ用導電性樹脂組成物およびその製造方法
US7820316B2 (en) 2006-10-23 2010-10-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Membrane electrode assembly and fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
US8455152B2 (en) 2013-06-04
US20110097643A1 (en) 2011-04-28
CN102742055A (zh) 2012-10-17
DE112010004227T5 (de) 2012-08-23
WO2011050314A1 (en) 2011-04-28
JP2013508925A (ja) 2013-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haider et al. High temperature proton exchange membrane fuel cells: progress in advanced materials and key technologies
US10854904B2 (en) Polymer electrolyte membrane, a method for fabricating the same, and a membrane-electrode assembly including the same
Klingele et al. A completely spray-coated membrane electrode assembly
JP5032443B2 (ja) 燃料電池用膜−電極接合体及びその製造方法
JP6611056B2 (ja) 燃料電池用ガス拡散層、燃料電池及び燃料電池用ガス拡散層の製造方法
RU2012120865A (ru) Интегрированный топливный рем-элемент
CN100444435C (zh) 膜电极组件、其制造方法以及高分子电解质燃料电池
JP2008204945A (ja) ガス拡散電極用基材、ガス拡散電極及びその製造方法、並びに燃料電池
DE602005027048D1 (de) Gasdiffusionselektroden und membranelektrodenbaugruppen für protonenaustauschmembran-brennstoffzellen
CN102906919A (zh) 燃料电池层、燃料电池系统和制造燃料电池层的方法
KR102084568B1 (ko) 그래핀폼을 포함하는 가스유로/가스확산층 복합 기능 연료전지용 부재
US20220158199A1 (en) Gas diffusion layer for a fuel cell, and fuel cell
JPWO2016051633A1 (ja) 燃料電池用ガス拡散層、燃料電池及び燃料電池用ガス拡散層の形成方法
Sahu et al. Endurance of Nafion-composite membranes in PEFCs operating at elevated temperature under low relative-humidity
JP2008234968A (ja) 膜電極複合体ならびにそれの製造方法および高分子電解質型燃料電池
US20080261095A1 (en) Membrane-Electrode Assembly, Method for Manufacturing the Same, and Fuel Cell
JP2008027672A (ja) 導電性多孔体及びその製造方法
KR100805989B1 (ko) 연료전지용 분리판 및 이를 이용한 연료 전지용 스택
JP2010049933A (ja) 燃料電池の電極体の製造方法
KR20210049524A (ko) 연료전지용 복합 부재, 이의 제조방법, 단위전지, 연료전지 및 스택
JP5791701B2 (ja) 電気化学装置のための拡散層、及びそのような拡散層の製造方法
CN220189700U (zh) 用于电化学电池的膜片电极单元
JP2007073324A (ja) 膜電極複合体ならびにそれの製造方法および高分子電解質型燃料電池ならびにそれの製造方法
JP2017168227A (ja) 燃料電池用ガス拡散層および燃料電池
KR102071905B1 (ko) 분리판, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지 스택

Legal Events

Date Code Title Description
FA93 Acknowledgement of application withdrawn (no request for examination)

Effective date: 20131021