專利名稱：使用變頻微波控制氣體擴散介質(zhì)的聚四氟乙烯輪廓的制作方法
使用變頻微波控制氣體擴散介質(zhì)的聚四氟乙烯輪廓 技術(shù)領(lǐng)域
氪燃料電池是包括陽極和陰極并在陽極和陰極之間帶有 電解質(zhì)的電化學(xué)設(shè)備。陽極接收氫氣，陰極接收氧或空氣。氫氣在陽 極中離解從而產(chǎn)生自由的質(zhì)子和電子。質(zhì)子穿過電解質(zhì)到達陰極。質(zhì) 子在陰極中與氧和電子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生水。來自陽極的電子不能穿過電 解質(zhì)，并因此在被送到陰極之前被引導(dǎo)通過負荷做功。該功用于操作 車輛。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的將擴散介質(zhì)襯底浸入在含有 碳氟化合物微粒的水溶液中然后使用變頻微波輻射干燥襯底的過程的 平面圖。
具體實施例方式
施例的下述討論本質(zhì)上僅僅是示范性的，、并且決不是旨在限制本發(fā)^
或本發(fā)明的用途或使用。 擴散介質(zhì)通過制造氟涂層的碳纖維襯底而制備，包括將 溶劑(例如水)中的包含碳氟化合物聚合物的聚合物成分施加到基于 碳纖維的襯底的至少一個表面。水的分散可能包含有機溶劑。在一實 施例中，碳氟化合物是聚四氟乙烯(PTFE)。溶劑從襯底移除而留下 沉積在襯底上的碳氟化合物的膜層。溶劑的移除速度大體上比通過將 被涂層的襯底加熱到溶劑的沸點、接近溶劑的沸點或高于溶劑的沸點 所能實現(xiàn)的速度更慢。在其它實施例中，通過例如在靜止的對流爐中 在溶劑的沸點以下加熱襯底將溶劑移除。在另一實施例中，用于干燥 溶劑的熱的溫度低于溶劑的沸點20° -30° 。 在一實施例中，溶劑通過將襯底暴露到具有波長大于可 見光的波長、而且在足以將溶劑從基于碳纖維的襯底移除的強度和時 間下的電磁輻射而移除。用于移除溶劑的合適的電磁輻射包括紅外輻 射、遠紅外輻射、微波輻射和射頻。[0021如上討論，所述'317過程通過將襯底(例如，碳纖維紙 或碳纖維織品)浸入到含有碳氟化合物微粒(例如，PTFE微粒)的溶 液中制備碳纖維擴散介質(zhì)。在這個過程期間，含有氟微粒的聚合物被 吸收進多孔碳纖維紙中并且溶液覆蓋粘合物區(qū)域和碳纖維兩者。認為 當(dāng)通過在高于溶劑沸點的溫度加熱襯底而迅速移除溶劑時，至少 一部 分碳氟化合物微粒在粘合物上形成微粒的大的沉積。這些相對厚的碳 氟化合物微粒沉積在溶劑千燥過程期間形成，并且在跟隨干燥過程的 高溫碳氟化合物定中心過程期間停留在相同位置。 在一實施例中，碳纖維襯底是基于碳纖維的紙，所述紙 由開始于合適的有機聚合物的連續(xù)的長絲纖維的過程制作。在穩(wěn)定期 后，連續(xù)的長絲在大約1200° -1 350° C的溫度處被碳化并被切斷以提 供更短的短碳纖維。隨后，短纖維注入有機樹脂并模壓成片。然后在 高于2000° C的溫度處碳化或石墨化模壓片以形成碳纖維紙。襯底可 采用碳纖維紙、濕敷填注紙(wet laid filled paper)、碳化織物或 干敷填注纟氏(dry laid filled paper)。石友纖維利用可石友化的熱固初t脂(thermal set resin)注 入在襯底中。大體上，可以使用任何熱固樹脂。因盼醛樹脂的高碳產(chǎn) 出量和相對的低成本通常優(yōu)選酚醛樹脂。在最后的碳化或石墨化之后， 碳纖維紙具有特征為利用粘合物保持在 一起的碳纖維的結(jié)構(gòu)，其中， 粘合物由碳化的熱固樹脂構(gòu)成。 在一實施例中，上述討論的襯底干燥過程使用在從大約 50謹Hz到大約lOOOGHz范圍內(nèi)的頻率下的微波輻射以提供用于襯底干 燥的加熱。從單一頻率加熱導(dǎo)致的在襯底上的截面碳氟化合物微粒輪 廓本質(zhì)上可能是拋物線型，因此在擴散介質(zhì)上可能不具有一致的碳氟 化合物微粒沉積。本發(fā)明提出在村底干燥過程期間使用變頻微波加熱
層上兩;的分布實現(xiàn)均勻的更/泛的控制。這改善氣體擴散介質(zhì)水移 除特性和燃料電池性能。變頻微波加熱能提供對在氣體擴散介質(zhì)襯底和在含有沉
積在氣體擴散介質(zhì)上或沉積到氣體擴散介質(zhì)中的碳氟化合物微粒的懸 浮物上的目標區(qū)域的選擇性加熱。以前的研究表明碳氟化合物微粒的 凝聚和沉積由懸浮物的干燥速度控制。通過任何其它技術(shù)不能實現(xiàn)通 過變頻微波加熱而實現(xiàn)的對碳氟化合物微粒分布控制的水準。 前述討論僅4又公開和描述本發(fā)明的示范性實施例。本領(lǐng) 域技術(shù)人員從這些討論和從附圖
以及權(quán)利要求將容易認識到在不偏離 由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在其中做出各種 變化、修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于制備用于燃料電池的擴散介質(zhì)的方法，所述方法包括提供擴散介質(zhì)襯底；將包括碳氟化合物的溶劑施加到所述襯底；和使用電磁輻射加熱所述襯底以干燥所述溶劑從而使得所述碳氟化合物分散在所述襯底上，其中，加熱所述襯底包括改變所述電磁輻射的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，使用電磁輻射加熱所述襯底 包括使用微波輻射。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，改變電磁輻射的頻率包括在 從大約50固Hz到大約1000GHz的范圍中改變^b皮輻射的頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，施加溶劑到所述襯底包括施 加包括PTFE^t粒的溶劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，施加溶劑到所述襯底包括將 所述襯底浸入在水溶液中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，提供襯底包括提供碳纖維襯底。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，被干燥的擴散介質(zhì)襯底具有 8和20之間的碳氟(C/F)比。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述燃料電池是車輛上的燃 料電池堆的一部分。
9. 一種用于制備用于燃料電池的擴散介質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于將包括碳氟化合物的溶劑施加到擴散介質(zhì)襯底的設(shè)備； 用于干燥所述襯底上的所述溶劑的加熱裝置，其中，所述加熱裝置使用電磁輻射以干燥所述襯底，所述加熱裝置改變所述電磁輻射的頻率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射是微波輻射。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述加熱裝置在從大約 5 00MHz到大約1000GHz的范圍中改變微波輻射的頻率。
12. 才艮據(jù);k利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述溶劑包括PTFE孩么粒。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述襯底是碳纖維襯底。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述設(shè)備包括容納水溶液 的容器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，被干燥的擴散介質(zhì)襯底具 有8和20之間的碳氟(C/F)比。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述燃料電池是車輛上的 燃料電池堆的一部分。
17. —種用于制備用于燃料電池的擴散介質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于將包括PTFE微粒的溶劑施加到碳纖維襯底的設(shè)備；用于干燥所述襯底上的干燥所述溶劑的加熱裝置，其中，所述加熱 裝置使用微波輻射以干燥所述襯底，所述加熱裝置在從大約50謹Hz到 大約1 000GHz的頻率范圍內(nèi)改變所述電磁輻射的頻率，其中被干燥的擴 散介質(zhì)襯底具有8和20之間的碳氟(C/F)比。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述設(shè)備包括容納水溶 液的容器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述燃料電池是車輛上 的燃料電池堆的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用變頻微波控制氣體擴散介質(zhì)的聚四氟乙烯輪廓，更具體地，涉及一種用于制備用于燃料電池的擴散介質(zhì)的方法，所述方法包括在使用包括碳氟化合物微粒的溶劑對擴散介質(zhì)涂層后使用變頻微波以加熱擴散介質(zhì)從而對碳氟化合物在擴散介質(zhì)上的分布提供更廣泛的控制。在一實施例中，碳纖維襯底浸入到含有碳氟化合物微粒和表面活性劑的溶液中。然后使用微波輻射將濕潤和涂層的襯底干燥，其中，改變微波輻射的頻率以增加或控制碳氟化合物微粒的分散度和擴散介質(zhì)的疏水性。在一實施例中，微波輻射的頻率在500MHz和1000GHz之間改變。
文檔編號H01M4/94GK101515649SQ20091000755
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者A·安杰羅普洛斯, S·佩爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司