DE112004001386T5 - Unbehandeltes Diffusionsmedium mit mesoporöser Schicht und Vorrichtungen, die dieses enthalten - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung eines Diffusionsmediums, wobei das Verfahren umfasst,
dass:
ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen;
eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei
die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst, und
das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist; und
das porenbildende Mittel zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.
ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen;
eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei
die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst, und
das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist; und
das porenbildende Mittel zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Konstruktion und Herstellung von Diffusionsmedien und insbesondere Diffusionsmedien zur Verwendung in elektrochemischen Zellen, in denen ein Wassermanagement einen wichtigen Konstruktionssachverhalt darstellt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Diffusionsmedium und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgesehen, um Sachverhalte in Verbindung mit einem Wassermanagement in elektrochemischen Zellen und anderen Vorrichtungen, die das Diffusionsmedium verwenden, zu berücksichtigen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums vorgesehen. Es wird ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert. Das Substrat umfasst eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, das ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen. Entlang zumindest eines Abschnittes von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats wird eine mesoporöse Schicht aufgebracht. Die mesoporöse Schicht wird auf das Substrat aufgebracht, indem eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente wie auch ein porenbildendes Mittel umfasst. Das Substrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen. Das porenbildende Mittel wird derart zersetzt, dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat wird.
- Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Diffusionsmediums vorgesehen. Gemäß dem Verfahren wird die mesoporöse Schicht auf dem Substrat aufgebracht, indem eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente, ein porenbildendes Mittel wie auch ein Lösemittel umfasst. Die hydrophobe Komponente umfasst ein fluoriertes Polymer. Die hydrophile Komponente umfasst eine kohlenstoffhaltige Substanz, die aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist. Die kohlenstoffhaltige Substanz ist durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet. Das porenbildende Mittel umfasst Ammoniumcarbonat. Das Substrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen. Auf das Substrat wird eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht aufgebracht, um eine Porosität des Diffusionsmediums relativ zu dem Diffusionsmedium ohne die mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen. Die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums liegt zwischen etwa 5 % und etwa 15 %. Das Lösemittel ist aus H2O, Isopropanol und deren Kombinationen gewählt. Die Beschichtung ist derart vorgesehen, dass sie zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt. Das porenbildende Mittel wird in einem Wärmebehandlungsprozess zersetzt, so dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat wird.
- Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist eine Vorrichtung, die ein Diffusionsmedium umfasst, vorgesehen, wobei das Diffusionsmedium ein Diffusionsmediumsubstrat und eine mesoporöse Schicht umfasst. Das Diffusionsmediumsubstratumfasst eine poröse fasrige Matrix, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, und eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen. Das Diffusionsmediumsubstrat trägt die mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnittes von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats. Die mesoporöse Schicht umfasst hydrophobe und hydrophile Komponenten, die hydrophobe und hydrophile Gebiete innerhalb der mesoporösen Schicht definieren. Die mesoporöse Schicht umfasst eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um die mesoporöse Schicht elektrisch leitend zu machen. Die mesoporöse Schicht ist durch eine Porosität gekennzeichnet, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist. Das Diffusionsmediumsubstrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen.
- Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel vorzusehen, um Wassermanagementsachverhalte in Diffusionsmedien zu berücksichtigen, und Vorrichtungen vorzusehen, die derartige Diffusionsmedien verwenden. Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind angesichts der Beschreibung der Erfindung hier offensichtlich.
- Die folgende detaillierte Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird am besten in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Anordnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei:
-
1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle ist, die ein poröses Diffusionsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst; -
2 eine schematische Darstellung eines porösen Diffusionsmediums gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und -
3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs ist, das eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. - In
1 ist eine Brennstoffzelle10 gezeigt, die ein poröses Diffusionsmedium20 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Insbesondere umfasst die Brennstoffzelle10 eine Membranelektrodenanordnung30 , die zwischen einem Anodenströmungsfeld40 und einem Kathodenströmungsfeld50 der Brennstoffzelle10 angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass die Strömungsfelder40 ,50 und die Membranelektrodenanordnung30 eine Vielzahl herkömmlicher oder noch zu entwickelnder Formen annehmen können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl die spezielle Form der Membranelektrodenanordnung30 jenseits des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, umfasst bei der gezeigten Ausführungsform die Membranelektrodenanordnung30 jeweilige katalytische Elektrodenschichten32 und eine Ionentauschermembran34 . - In
2 ist ein Diffusionsmedium20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt. Das Diffusionsmedium20 umfasst ein Diffusionsmediumsubstrat22 und eine mesoporöse Schicht24 . Das Diffusionsmediumsubstrat22 umfasst eine poröse fasrige Matrix, die eine erste und zweite Hauptseite21 ,23 definiert, und eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, das ausreichend ist, um das Substrat22 elektrisch leitend zu machen. Bei der gezeigten Ausführungsform trägt das Diffusionsmediumsubstrat22 die mesoporöse Schicht24 entlang der ersten Hauptseite21 des Substrats22 . - Bei vielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die mesoporöse Schicht
24 bei der Berücksichtigung von Wassermanagementsachverhalten wirksamer, wenn sie an der Membranelektrodenanordnung30 der Brennstoffzelle10 positioniert ist, im Vergleich dazu, dass sie so positioniert ist, dass sie zu dem Strömungsfeld der Zelle weist. Dennoch sei angemerkt, dass das Diffusionsmediumsubstrat22 die mesoporöse Schicht24 entlang jeder Hauptseite21 ,23 des Substrats22 ungeachtet dessen tragen kann, welche Seite an der Membranelektrodenanordnung30 positioniert ist. Ferner kann die mesoporöse Schicht24 die gesamte oder einen Teil der Seite, entlang der sie getragen ist, bedecken. - Die mesoporöse Schicht
24 ist typischerweise poröser als das Diffusionsmediumsubstrat22 . Für die Zwecke der Definition und Beschreibung der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass die mesoporösen Strukturen durch Porengrößen gekennzeichnet sind, die im Bereich von wenigen Nanometern bis zu Hunderten von Nanometern liegen können. Die mesoporöse Schicht24 umfasst eine hydrophobe Komponente26 und eine hydrophile Komponente28 , die hydrophobe und hydrophile Gebiete in der Schicht24 definieren. Die hydrophobe Komponente26 kann ein fluoriertes Polymer umfassen, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), eine Kombination aus fluorierten Polymeren oder ein beliebiges anderes geeignetes hydrophobes Material oder eine beliebige Kombination aus Materialien. Die hydrophile Komponente28 kann als eine kohlenstoffhaltige Substanz wie Kohlefasern, Kohlepartikel und deren Kombinationen vorgesehen sein, kann jedoch alternativ dazu auch durch ein beliebiges anderes geeignetes hydrophiles Material dargestellt werden. Zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung sei angemerkt, dass die kohlenstoffhaltigen Substanzen wie Acetylenruß, die durch Oberflächen von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet sind, geeignete hydrophile Materialien für die mesoporöse Schicht24 darstellen. Die mesoporöse Schicht24 umfasst auch eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um dieses elektrisch leitend zu machen. Obwohl die hydrophilen oder hydrophoben Komponenten28 , die bereits in der Schicht24 vorhanden sind, so gewählt sein können, um diese Rolle zu erfüllen, sei angemerkt, dass zusätzliche Komponente in die Schicht aufgenommen werden können, um diese elektrisch leitend zu machen. - Wie in
2 gezeigt ist, dringt die mesoporöse Schicht24 zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat22 ein. Das Ausmaß des Eindringens, das schematisch durch die Darstellung der ersten Fläche21 in2 in gestrichelten Linien gezeigt ist, variiert breit abhängig von den Eigenschaften der mesoporösen Schicht24 und des Diffusionsmediumsubstrats22 . - Das Diffusionsmediumsubstrat
22 ist in dem Sinne unbehandelt, als dass es frei von fluorierten Polymeren ist. Selbstverständlich ist bei Ausführungsformen, bei denen die mesoporöse Schicht24 fluorierte Polymere umfasst, anzumerken, dass das Diffusionsmediumsubstrat22 außerhalb von Gebieten des Substrats22 , die die mesoporöse Schicht24 tragen, frei von fluorierten Polymeren ist. - Wie in
3 gezeigt ist, kann ein Brennstoffzellensystem, das Diffusionsmedien gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, derart ausgestaltet werden, dass es als eine Antriebsquelle für ein Fahrzeug100 dient. Insbesondere kann Brennstoff von einer Brennstoffspeichereinheit120 an die Brennstoffzellenanordnung110 geführt werden, die derart ausgebildet ist, um Brennstoff, beispielsweise H2 in Elektrizität umzuwandeln. Die erzeugte Elektrizität wird anschließend als eine Antriebsenergieversorgung für das Fahrzeug100 verwendet, wobei die Elektrizität in Drehmoment und eine Fahrzeugtranslationsbewegung umgewandelt wird. - Bezug nehmend auf den Prozess, mit dem ein Diffusionsmedium der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, wird die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die die hydrophobe Komponente, die hydrophile Komponente, ein porenbildendes Mittel und geeignete Lösemittel umfasst. Das porenbildende Mittel wird anschließend zersetzt, so dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat ist. Das Lösemittel kann ein beliebiges geeignetes Lösemittel sein, wie beispielsweise deionisiertes H2O, Isopropanol und deren Kombinationen.
- Allgemein ist die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen, die zwischen etwa 15 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% der hydrophoben Komponente, zwischen etwa 85 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% der hydrophilen Komponente und zwischen etwa 0 Gew.-% und etwa 15 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst. Insbesondere ist die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen, die geringfügig weniger als etwa 20 Gew.-% der hydrophoben Komponente, geringfügig weniger als etwa 80 Gew.-% der hydrophilen Komponente und etwa 5 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst.
- Wenn die hydrophile Komponente einen kohlenstoffhaltige Substanz umfasst, kann die Substanz aus einer Vielzahl von Materialien gewählt sein, wie beispielsweise Kohlefasern, Kohlepartikel und deren Kombinationen. Die kohlenstoffhaltige Substanz kann durch eine Oberfläche zwischen etwa 50 cm2/g und etwa 250 cm2/g gekennzeichnet sein. Insbesondere und nur zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung sind geeignete hydrophile Komponenten, wie beispielsweise Acetylenruß, durch Oberflächen von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet.
- Bezüglich des porenbildenden Mittels sollte dieses ein Material umfassen, das dazu neigt, die Porengröße der mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen, wenn es auf das Substrat aufgebracht und ermöglicht wird, dass es sich verfestigen, trocknen, härten oder sich anderweitig stabilisieren kann. Beispielsweise und nur zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung kann das porenbildende Mittel Ammoniumcarbonat oder ein beliebiges anderes Material umfassen, das gewählt ist, um sich in einer Mischung mit den hydrophoben und hydrophilen Komponenten bei Erhitzung zu zersetzen. Die Zersetzung kann partikelfrei verlaufen und kann gasförmige und flüssige Komponenten umfassen. Insbesondere kann das porenbildende Mittel ein Material umfassen, das derart gewählt ist, dass die mesoporöse Schicht im Wesentlichen frei von den Komponenten des porenbildenden Mittels bei Zersetzung des porenbildenden Mittels ist. Porenbildende Mittel, die sich in gasförmige Produkte und Wasser zersetzen, sind für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung geeignet. Beispielsweise umfassen Produkte der thermischen Zersetzung von Ammoniumcarbonat Ammoniak, Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf.
- Die Zersetzung des porenbildenden Mittels kann durch Erhitzung des beschichteten Substrats erleichtert werden. Geeignete Wärmebehandlungstemperaturen variieren abhängig von der Zusammensetzung der mesoporösen Schicht. Wenn beispielsweise Ammoniumcarbonat als das porenbildende Mittel verwendet wird, sollte das beschichtete Medium auf zumindest etwa 100°C erhitzt werden, um eine Verdampfung von Wasser bei Zersetzung des Ammoniumcarbonats zu unterstützen. Allgemein ist der Wärmebehandlungsprozess durch Temperaturen zwischen etwa 75°C und etwa 100°C oder zumindest über etwa 65°C gekennzeichnet.
- Bezüglich der Zunahme der Porosität des Diffusionsmediums mit der mesoporösen Schicht relativ zu der des Diffusionsmediums ohne die mesoporöse Schicht sind, obwohl ein breiter Bereich von Zunahmen beabsichtigt ist, Erhöhungen der Porosität des Diffusionsmediums zwischen etwa 5 % und etwa 15 % und insbesondere von etwa 7,5 % typisch für viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Nur zur Darstellung und nicht zur Beschränkung wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Porosität eines Diffusionsmediums, das ein 250 μm dickes Kohlefaserpapiersubstrat und eine 10 μm dicke mesoporöse Schicht aus Acetylenruß und PTFE umfasst, von etwa 78 % (ohne die mesoporöse Schicht) auf etwa 84 % (mit der mesoporösen Schicht) erhöht.
- Bezüglich der jeweiligen Dicken a, b des Diffusionsmediumsubstrats
22 und der mesoporösen Schicht24 , die in2 gezeigt sind, sei angemerkt, dass geeignete Werte abhängig von der bestimmten Anwendung variieren, in der das Diffusionsmedium verwendet wird. Beispielsweise wird erwogen, dass Kohlefaserpapierprodukte mit Dicken b zwischen etwa 100 μm und etwa 300 μm zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung mit Dicken a der mesoporösen Schicht zwischen etwa 10 μm und etwa 25 μm geeignet sind. - Es sei angemerkt, dass die Begriffe wie "bevorzugt", "üblicherweise" und "typischerweise" hier nicht dazu verwendet sind, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken oder zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar wichtig für den Aufbau oder die Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Vielmehr sind diese Begriffe lediglich dazu bestimmt, Alternativen oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die bei einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, jedoch nicht müssen.
- Für die Zwecke der Beschreibung und der Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff "Vorrichtung" hier verwendet ist, um eine Kombination aus Komponenten und einzelne Komponenten ungeachtet dessen zu repräsentieren, ob die Komponenten mit anderen Komponenten kombiniert sind. Beispielsweise kann eine "Vorrichtung" gemäß der vorliegenden Erfindung ein Diffusionsmedium, eine Brennstoffzelle, die ein Diffusionsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, ein Fahrzeug, das eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, etc. umfassen.
- Für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff "im Wesentlichen" hier dazu verwendet ist, den inhärenten Grad an Unsicherheit zu repräsentieren, der auf einen quantitativen Vergleich, einen Wert, eine Messung oder eine andere Darstellung zurückzuführen ist. Der Begriff "im Wesentlichen" wird hier auch dazu verwendet, den Grad zu repräsentieren, um den eine quantitative Darstellung von einer festgelegten Referenz abweichen kann, ohne eine Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstands zu bewirken.
- Nach der detaillierten Beschreibung der Erfindung und Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen derselben wird offensichtlich, dass Abwandlungen und Variationen ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung, der in den angefügten Ansprüchen definiert ist, möglich sind. Insbesondere ist, obwohl einige Aspekte der vorliegenden Erfindung hier als bevorzugt oder insbesondere vorteilhaft bezeichnet sind, anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf diese bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung beschränkt ist.
- Zusammenfassung
- Es sind ein Diffusionsmedium und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorgesehen, um Sachverhalte in Verbindung mit einem Wassermanagement in elektrochemischen Zellen und anderen Vorrichtungen, die das Diffusionsmedium verwenden, zu berücksichtigen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums vorgesehen. Es wird ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert. Das Substrat umfasst eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen. Es wird eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht. Die mesoporöse Schicht wird auf das Substrat aufgebracht, indem eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst. Das Substrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen. Das porenbildende Mittel wird zersetzt, so dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat ist.
Claims (38)
- Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen; eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst, und das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist; und das porenbildende Mittel zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Komponente ein fluoriertes Polymer umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei die hydrophobe Komponente PTFE umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen ist, die zwischen etwa 15 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% der hydrophoben Komponente umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen ist, die etwa 20 Gew.-% der hydrophoben Komponente umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydrophile Komponente eine kohlenstoffhaltige Substanz umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche zwischen etwa 50 cm2/g und etwa 250 m2/g gekennzeichnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz Acetylenruß umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen wird, die zwischen etwa 60 Gew.-% und etwa 85 Gew.-% der hydrophilen Komponente umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen wird, die etwa 80 Gew.-% der hydrophilen Komponente umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die mesoporöse Schicht bei Zersetzung des porenbildenden Mittels im Wesentlichen frei von Komponenten des porenbildenden Mittels ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das gewählt ist, um sich in einer Mischung mit den hydrophoben und hydrophilen Komponenten bei Erhitzung über Raumtemperatur zu zersetzen.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die Zersetzung partikelfrei verläuft.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die Zersetzung gasförmige und flüssige Komponenten umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die Zersetzung zumindest eine gasförmige Komponente und H2O umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel Ammoniumcarbonat umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen wird, die zwischen etwa 0 Gew.-% und etwa 15 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen ist, die etwa 5 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Porosität des Diffusionsmediums relativ zu der des Diffusionsmediums ohne die mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen.
- Verfahren nach Anspruch 21, wobei die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums zwischen etwa 5 % und etwa 15 % liegt.
- Verfahren nach Anspruch 21, wobei die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums bei etwa 7,5 % liegt.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Porosität des Diffusionsmediums, das das Substrat und die mesoporöse Schicht umfasst, etwa 84 % beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung ferner ein Lösemittel umfasst, das aus H2O, Isopropanol und deren Kombinationen gewählt ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung derart vorgesehen ist, so dass sie zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Gesamtporosität des Diffusionsmediums von etwa 78 % ohne die mesoporöse Schicht auf etwa 84 % mit der mesoporösen Schicht wesentlich zu erhöhen.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Dicke der mesoporösen Schicht zwischen etwa 10 μm und etwa 25 μm zu erzielen.
- Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Diffusionsmediumsubstrat mit einer Dicke zwischen etwa 100 μm und etwa 300 μm vorgesehen ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel durch einen Wärmebehandlungsprozess zersetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Wärmebehandlungsprozess durch Temperaturen zwischen etwa 75°C und etwa 100°C gekennzeichnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Wärmebehandlungsprozess durch Temperaturen über etwa 65°C gekennzeichnet ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Diffusionsmediumssubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen; eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente, ein porenbildendes Mittel und ein Lösemittel umfasst, wobei die hydrophobe Komponente ein fluoriertes Polymer umfasst, die hydrophile Komponente eine kohlenstoffhaltige Substanz umfasst, die aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist, die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet ist, das porenbildende Mittel Ammoniumcarbonat umfasst, das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist, eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Porosität des Diffusionsmediums relativ zu dem Diffusionsmedium ohne die mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen, die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums zwischen etwa 5 % und etwa 15 % liegt, das Lösemittel aus H2O, Isopropanol und deren Kombinationen gewählt wird, und die Beschichtung derart vorgesehen wird, dass sie zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt, und das porenbildende Mittel in einem Wärmebehandlungsprozess zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.
- Vorrichtung mit einem Diffusionsmedium, wobei: das Diffusionsmedium ein Diffusionsmediumsubstrat und eine mesoporöse Schicht umfasst; das Diffusionsmediumsubstrat eine poröse fasrige Matrix, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, und eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material umfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen; das Diffusionsmediumsubstrat die mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats trägt; die mesoporöse Schicht hydrophobe und hydrophile Komponenten umfasst, die hydrophobe und hydrophile Gebiete in der mesoporösen Schicht definieren; die mesoporöse Schicht eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material umfasst, die ausreichend ist, um die mesoporöse Schicht elektrisch leitend zu machen; die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist; und das Diffusionsmediumsubstrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die mesoporöse Schicht durch Porengrößen von etwa 1 nm und etwa 1 μm gekennzeichnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei: die hydrophobe Komponente ein fluoriertes Polymer umfasst; die hydrophile Komponente eine kohlenstoffhaltige Substanz umfasst, die aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist; die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet ist; die mesoporöse Schicht zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt; das Diffusionsmediumsubstrat durch eine Porosität von etwa 78 % außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, gekennzeichnet ist; und das Diffusionsmedium durch eine Gesamtporosität von etwa 84 % gekennzeichnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Vorrichtung ferner eine Anordnung umfasst, die eine Brennstoffzelle definiert, die das Diffusionsmedium verwendet.
- Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Vorrichtung ferner eine Anordnung umfasst, die ein Fahrzeug definiert, das von der Brennstoffzelle angetrieben wird.
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FR2827856B1 (fr) * | 2001-07-25 | 2004-06-04 | Saint Gobain Quartz | Fibre minerale munie d'un revetement microporeux ou mesoporeux |
US20060204831A1 (en) * | 2004-01-22 | 2006-09-14 | Yan Susan G | Control parameters for optimizing MEA performance |
US7399549B2 (en) * | 2005-04-22 | 2008-07-15 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Altering zeta potential of dispersions for better HCD performance and dispersion stability |
US8007943B2 (en) * | 2005-11-03 | 2011-08-30 | GM Global Technology Operations LLC | Cascaded stack with gas flow recycle in the first stage |
US20070178341A1 (en) * | 2006-01-27 | 2007-08-02 | Christian Wieser | Gas channel coating with water-uptake related volume change for influencing gas velocity |
US7955750B2 (en) * | 2006-02-21 | 2011-06-07 | GM Global Technology Operations LLC | Controlled electrode overlap architecture for improved MEA durability |
US8343452B2 (en) * | 2006-03-20 | 2013-01-01 | GM Global Technology Operations LLC | Acrylic fiber bonded carbon fiber paper as gas diffusion media for fuel cell |
US7569299B2 (en) | 2006-07-25 | 2009-08-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Multi-component fuel cell gasket for low temperature sealing and minimal membrane contamination |
US7749632B2 (en) | 2006-07-27 | 2010-07-06 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Flow shifting coolant during freeze start-up to promote stack durability and fast start-up |
US7883810B2 (en) | 2006-11-09 | 2011-02-08 | GM Global Technology Operations LLC | Slow purge for improved water removal, freeze durability, purge energy efficiency and voltage degradation due to shutdown/startup cycling |
US8168340B2 (en) * | 2007-11-07 | 2012-05-01 | GM Global Technology Operations LLC | Water removal features for PEMfc stack manifolds |
US8409769B2 (en) * | 2007-12-07 | 2013-04-02 | GM Global Technology Operations LLC | Gas diffusion layer for fuel cell |
US20100028750A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Gas diffusion layer with lower gas diffusivity |
US20100028744A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Gas diffusion layer with lower gas diffusivity |
KR101240973B1 (ko) | 2010-09-29 | 2013-03-11 | 기아자동차주식회사 | 국부 친수성 가스 확산층과 이를 포함하는 연료전지 스택 |
CN108511777A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-07 | 华南理工大学 | 具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法及其基于这种质子交换膜的高性能膜电极 |
Family Cites Families (45)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3238068A (en) | 1962-03-07 | 1966-03-01 | Allis Chalmers Mfg Co | Manufacture of porous nonwetting electrodes |
US3960601A (en) * | 1974-09-27 | 1976-06-01 | Union Carbide Corporation | Fuel cell electrode |
NL7714464A (nl) * | 1977-12-28 | 1979-07-02 | Electrochem Energieconversie | Poreuze elektrode. |
US4175055A (en) | 1978-06-28 | 1979-11-20 | United Technologies Corporation | Dry mix method for making an electrochemical cell electrode |
US4468362A (en) | 1980-10-31 | 1984-08-28 | Diamond Shamrock Corporation | Method of preparing an electrode backing layer |
US4405544A (en) | 1980-10-31 | 1983-09-20 | Diamond Shamrock Corporation | Strengthening of carbon black-teflon-containing electrode |
CA1163768A (en) | 1980-10-31 | 1984-03-20 | Frank Solomon | Electrode backing layer and method of preparing |
NL8301780A (nl) | 1983-05-19 | 1984-12-17 | Electrochem Energieconversie | Poreuze elektrode. |
US4659528A (en) | 1984-12-04 | 1987-04-21 | The Dow Chemical Company | Method of making an electrolyte-permeable, heterogeneous polymer sheet for a gas diffusion composite electrode |
EP0241432B1 (de) * | 1986-03-07 | 1993-08-11 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Gasdurchlässige Elektrode |
JPS62226583A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-05 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の電極・マトリツクス結合体とその製造方法 |
JP2505446B2 (ja) * | 1987-03-12 | 1996-06-12 | 田中貴金属工業株式会社 | ガス拡散電極反応層用原料分散液の製造方法 |
US4877694A (en) | 1987-05-18 | 1989-10-31 | Eltech Systems Corporation | Gas diffusion electrode |
US4865925A (en) * | 1987-12-14 | 1989-09-12 | Hughes Aircraft Company | Gas permeable electrode for electrochemical system |
US5185218A (en) * | 1990-12-31 | 1993-02-09 | Luz Electric Fuel Israel Ltd | Electrodes for metal/air batteries and fuel cells and metal/air batteries incorporating the same |
JP3245929B2 (ja) * | 1992-03-09 | 2002-01-15 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池及びその応用装置 |
US5272017A (en) * | 1992-04-03 | 1993-12-21 | General Motors Corporation | Membrane-electrode assemblies for electrochemical cells |
US5350643A (en) | 1992-06-02 | 1994-09-27 | Hitachi, Ltd. | Solid polymer electrolyte type fuel cell |
FR2706912B1 (fr) * | 1993-06-25 | 1995-09-15 | Rhone Poulenc Chimie | Element cathodique depourvu de fibres d'amiante |
US5840438A (en) | 1995-08-25 | 1998-11-24 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell with an electrode substrate having an in-plane nonuniform structure for control of reactant and product transport |
CN1180249A (zh) * | 1996-08-27 | 1998-04-29 | 纽约州立大学研究基金会 | 以聚醚砜与碳的混合物为基础的气体扩散电极 |
US5952119A (en) | 1997-02-24 | 1999-09-14 | Regents Of The University Of California | Fuel cell membrane humidification |
JP3773325B2 (ja) | 1997-03-17 | 2006-05-10 | ジャパンゴアテックス株式会社 | 高分子固体電解質燃料電池用ガス拡散層材料及びその接合体 |
KR100201572B1 (ko) | 1997-04-18 | 1999-06-15 | 최수현 | 코팅 및 롤링의 혼합법에 의한 연료전지의 전극 제조방법 |
JP3929146B2 (ja) | 1997-11-07 | 2007-06-13 | 松下電器産業株式会社 | 固体高分子型燃料電池システム |
US6103077A (en) | 1998-01-02 | 2000-08-15 | De Nora S.P.A. | Structures and methods of manufacture for gas diffusion electrodes and electrode components |
US5998058A (en) | 1998-04-29 | 1999-12-07 | International Fuel Cells Corporation | Porous support layer for an electrochemical cell |
JP2000182625A (ja) | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用電極及びその製造方法 |
FR2788168A1 (fr) | 1998-12-30 | 2000-07-07 | Messier Bugatti | Electrode a diffusion gazeuse supportant un catalyseur de reaction electrochimique |
EP1063717B1 (de) | 1999-06-22 | 2011-09-28 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Stabile und Hochleitungsfähige Brennstoffzelle |
US6517962B1 (en) * | 1999-08-23 | 2003-02-11 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell anode structures for voltage reversal tolerance |
US6280870B1 (en) | 1999-08-26 | 2001-08-28 | Plug Power Inc. | Combined fuel cell flow plate and gas diffusion layer |
US6303245B1 (en) | 1999-08-27 | 2001-10-16 | Plug Power Inc. | Fuel cell channeled distribution of hydration water |
US6350539B1 (en) | 1999-10-25 | 2002-02-26 | General Motors Corporation | Composite gas distribution structure for fuel cell |
US6413664B1 (en) | 1999-12-23 | 2002-07-02 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell separator plate with discrete fluid distribution features |
JP2001216973A (ja) * | 2000-02-01 | 2001-08-10 | Toray Ind Inc | 電極およびその製造方法並びにそれを用いた燃料電池 |
WO2001080342A1 (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-25 | Johnson Matthey Pulic Limited Company | Gas diffusion substrate |
DE10112232A1 (de) | 2001-03-07 | 2002-09-19 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Elektrode oder Elektrodenverbundeinheit und Gasdiffusionselektrode |
US7638222B2 (en) * | 2001-03-28 | 2009-12-29 | Hexis Ag | Porous, gas permeable layer substructure for a thin, gas tight layer for use as a functional component in high temperature fuel cells |
KR100397611B1 (ko) | 2001-03-31 | 2003-09-17 | 삼성전자주식회사 | 수소이온교환 연료전지 스택 |
JP3596773B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2004-12-02 | 松下電器産業株式会社 | 高分子電解質型燃料電池 |
DE60236059D1 (de) | 2001-09-28 | 2010-06-02 | Panasonic Corp | Polymer-Elektrolyt Brennstoffzelle |
CN1168853C (zh) * | 2002-08-22 | 2004-09-29 | 上海交通大学 | 膜气体扩散电极的制备方法 |
US7105242B2 (en) * | 2003-10-17 | 2006-09-12 | General Motors Corporation | Control of polymer surface distribution on diffusion media improved fuel cell performance |
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