專利名稱：燃料電池的透氣層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燃料電池的透氣層。
背景技術(shù)：
燃料電池通常由多個(gè)電池單元構(gòu)成，每個(gè)電池單元包括兩個(gè)電極(陽極和陰極)， 該兩個(gè)電極被膜電極組件(MEA)隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個(gè) 電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個(gè)電極供給燃料而另一個(gè)供給氧化劑，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從 而在電極之間形成電位差，并且因此產(chǎn)生電能。膜電極組件中通常包括透氣層(Gas diffusion layer，⑶L)，如圖1所示，該透氣 層是一種導(dǎo)電的多孔纖維質(zhì)材料，該透氣層用于向模電極組件的催化劑層傳送燃料和氧化 劑等介質(zhì)，并將反應(yīng)生成的水排出。為使反應(yīng)生成的水能夠快速排出，通常透氣層經(jīng)過疏水 性(hydrophobic)處理，以提高透氣層的排水的速度。對(duì)于傳輸介質(zhì)而言，需要快速有效通 過，不能過于致密，排出水不會(huì)堵塞通道，不會(huì)粘在透氣層上，因此做疏水處理。排水不能過 于迅速，否則影響反應(yīng)速度。但是，由于膜電極組件中的質(zhì)子交換模需要含有一定的水分才能傳導(dǎo)質(zhì)子，特別 是對(duì)于聚四氟乙烯的質(zhì)子交換膜(Nafion)而言，需要保持一定的濕度才能達(dá)到較高的反 應(yīng)效率。而透氣層又必須將反應(yīng)產(chǎn)生出的水快出排出，否則同樣可能造成反應(yīng)效率下降。為 此，現(xiàn)有的改進(jìn)方案是，在模電極上增加了由特殊材料制成的保濕層涂層，該保濕層材料成 本高，亦難以推廣應(yīng)用。并且由于反應(yīng)時(shí)，由于流道內(nèi)介質(zhì)(空氣)速度快，導(dǎo)致該保溫層 材料容易被吹走，造成燃料電池輸出功率的減小和使用壽命的縮短。質(zhì)子交換模1，催化劑層，透氣層。反應(yīng)產(chǎn)生的水用于質(zhì)子交換模的傳質(zhì)。為保證 透氣層能夠正常工作，通常需要對(duì)透氣層進(jìn)行疏水處理，以防止由于水氣在透氣模上凝結(jié)， 造成透氣層透氣性能的下降，影響燃料電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種燃料電池的透氣層，以提高透氣層的保濕性，降低燃 料電池制作難度和成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案燃料電池的透氣層，包括透氣層所述透氣層上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)疏水區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)親水區(qū)域。進(jìn)一步地，從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述親水區(qū)域的密度由 高到低分布。進(jìn)一步地，從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述疏水區(qū)域的密度由 低到高分布。進(jìn)一步地，在靠近所述透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處設(shè)有親水區(qū)域。進(jìn)一步地，在靠近所述透氣層的反應(yīng)流出口處設(shè)有疏水區(qū)域。
進(jìn)一步地，所述親水區(qū)域?yàn)闂l狀或帶狀或點(diǎn)狀或環(huán)狀。進(jìn)一步地，所述疏水區(qū)域和親水區(qū)域相互分隔。進(jìn)一步地，所述親水區(qū)域包括多根縱向的條帶或多根橫向的條帶。進(jìn)一步地，所述親水區(qū)域包括條狀交叉的橫向條帶，所述疏水區(qū)域設(shè)于所述縱向 條帶和橫向條帶之間。進(jìn)一步地，所述親水區(qū)域?yàn)樵谕笟鈱硬牧仙蠂娡?、注入或編織親水材料的區(qū)域。本發(fā)明通過在透氣層上分別設(shè)有親水區(qū)域和疏水區(qū)域，省略了現(xiàn)有的保濕層，降 低了燃料電池制作難度和成本，提高了燃料電池的性能。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明燃料電池的透氣層實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明燃料電池的透氣層另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明燃料電池的透氣層再一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明燃料電池的透氣層再一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種燃料電池的透氣層，包括一個(gè)或多個(gè)疏水區(qū)域1和一個(gè)或多個(gè)親 水區(qū)域2。其中親水區(qū)域2的設(shè)置位置可根據(jù)燃料電池的反應(yīng)特性、反應(yīng)流的流速、燃料電 池的雙極板的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。通過有選擇性地在設(shè)置親水區(qū)域2進(jìn)行保濕，可保證模 電極有水，有效地提高了入口側(cè)的反應(yīng)效率。優(yōu)選地，從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述親水區(qū)域2的密度由 高到低分布。優(yōu)選地，從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述疏水區(qū)域1的密度由 低到高分布。優(yōu)選地，在靠近所述透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處設(shè)有親水區(qū)域2。在靠近所述透氣層的 反應(yīng)流出口處設(shè)有疏水區(qū)域1。通常燃料電池在反應(yīng)流的出口側(cè)堆積反應(yīng)生成的水，而在進(jìn) 口入處則相對(duì)干燥，其反應(yīng)效率低下。通過在進(jìn)口處設(shè)置親水區(qū)域，可有效改善反應(yīng)流的反 應(yīng)狀況，使電化學(xué)反應(yīng)在整個(gè)模電極組件中分布更加均勻，大幅減少局部反應(yīng)區(qū)域之間的 電壓差和橫向電流，提高燃料電池的壽命。其中，所述親水區(qū)域2為條狀或帶狀，也可以是點(diǎn)狀(如圖3所示)或環(huán)狀。其中，所述疏水區(qū)域1和親水區(qū)域2相互分隔。其中，所述親水區(qū)域2包括多根縱向的條帶。如圖1所示。其中，所述親水區(qū)域2包括多根橫向的條帶。其中，所述親水區(qū)域2包括條狀交叉的橫向、縱向條帶，所述疏水區(qū)域1設(shè)于所述 縱向條帶和橫向條帶之間，如圖2所示。還可以所述疏水區(qū)域1進(jìn)一步設(shè)有點(diǎn)狀的親水區(qū) 域2，如圖4所示。其中，所述親水區(qū)域2可通過在現(xiàn)有的透氣層材料上噴涂、注入或編織親水材料 制成，例如在透氣層上注入、噴涂、編織具有毛細(xì)現(xiàn)象(Wicking)的親水材料。
以上所述的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi) 的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，不能僅以本實(shí)施例來限定本發(fā)明的專利范 圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種燃料電池的透氣層，包括透氣層，其特征在于所述透氣層上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)疏水區(qū)域(1)和一個(gè)或多個(gè)親水區(qū)域(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池的透氣層，其特征在于從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述親水區(qū)域(2)的密度由高到低分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池的透氣層，其特征在于從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述疏水區(qū)域(1)的密度由低到高分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 在靠近所述透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處設(shè)有親水區(qū)域(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 在靠近所述透氣層的反應(yīng)流出口處設(shè)有疏水區(qū)域(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 所述親水區(qū)域(2)為條狀或帶狀或點(diǎn)狀或環(huán)狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 所述疏水區(qū)域(1)和親水區(qū)域(2)相互分隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 所述親水區(qū)域(2)包括多根縱向的條帶或多根橫向的條帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 所述親水區(qū)域(2)包括條狀交叉的橫向條帶，所述疏水區(qū)域(1)設(shè)于所述縱向條帶和橫向條帶之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的燃料電池的透氣層，其特征在于 所述親水區(qū)域(2)為在透氣層材料上噴涂、注入或編織親水材料的區(qū)域。
全文摘要
燃料電池的透氣層，包括透氣層，所述透氣層上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)疏水區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)親水區(qū)域。進(jìn)一步地，從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述親水區(qū)域的密度由高到低分布。進(jìn)一步地，從透氣層的反應(yīng)流進(jìn)口處至反應(yīng)流的出口處，所述疏水區(qū)域的密度由低到高分布。進(jìn)一步地，所述親水區(qū)域?yàn)樵谕笟鈱硬牧仙蠂娡?、注入或編織親水材料的區(qū)域。本發(fā)明通過在透氣層上分別設(shè)有親水區(qū)域和疏水區(qū)域，省略了現(xiàn)有的保濕層，降低了燃料電池制作難度和成本，提高了燃料電池的性能。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101800320SQ20101015459
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者高勇 申請(qǐng)人:上海恒勁動(dòng)力科技有限公司