专利名称：质子交换膜燃料电池隔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及PEM燃料电池，具体涉及具有可增强导电性的贯穿其中的导电纤维的复合隔板。
背景技术：
燃料电池正发展成为包括机动车应用在内的多种应用的电源。这样的一种燃料电池是质子交换膜或PEM燃料电池。PEM燃料电池在本领域是公知的，它的每个电池单元都包括膜电极组件或MEA。MEA是一种薄的、质子导电的、聚合物的隔膜-电解质，它的一侧形成了阳极面，相对一侧形成阴极面。通常，隔膜-电解质由离子交换树脂制成，一般包括可从E.I.DuPont De Nemeours & Co.得到的全氟代磺酸聚合物如NAFIONTM。另一方面，阳极和阴极面一般包括分得很细的碳粒，在上述碳粒的内外表面上支撑着的分得非常细的催化颗粒，以及与催化颗粒和碳粒混合的质子导电颗粒如NAFIONTM；或者没有碳的催化颗粒，它们分散在整个聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂中。
MEA夹在多孔的透气导电材料薄片之间，这些薄片向MEA的阳极和阴极面施压，并用作燃料电池的一级集电器和MEA的机械支撑件。适当的这种一级集电器薄片包括本领域公知的碳或石墨纸或织物、细网、贵金属滤网等等。在此将该组件称为MEA/一级集电器组件。
MEA/一级集电器组件压在一对无孔的导电隔板之间，该导电隔板用作在燃料电池堆内部的相邻燃料电池之间(即双极板情况下)传导电流和在燃料电池堆外部的电池部(即在单极或端板情况下)传导电流的二级集电器。隔板包括将气态反应物(例如H2和O2/空气)分配到阳极和阴极表面上的流场。这些流场一般包括多个与一级集电器接触的槽脊，在这些流场之间限定出了多个流动通道，气态反应物通过这些流动通道在供料头和位于流动通道对置端的排放头之间流动。
按照惯例，隔板由适当的金属合金形成，如用耐蚀导电涂层保护的不锈钢或铝，用以增强热能和电能的传递。该金属板需要两次冲压或刻蚀过程以形成流场，并需要粘结或钎焊工艺来制造冷却板组件，这就增加了设计成本和复杂性。另外，金属板在腐蚀性燃料电池环境中的耐久性和冷却剂泄漏的可能性仍是问题。
这些缺点使复合隔板得到发展。在这方面，近来在复合隔板研制方面所做努力已使材料具有足够的导电性和导热性。材料供应商已开发出高碳含量的复合板，它由分散在聚合物基体中的体积在70％到90％范围内的石墨粉构成，以实现所需的电导率目标。这类隔板耐得住腐蚀性的燃料电池环境，并在极大程度上满足了成本和电导率目标。但是，由于高石墨含量和石墨的高比重，这些隔板本身较脆且致密，其产生的功率密度低于理想体积和重量的燃料电池堆的功率密度。
另外，人们利用较薄的板来努力减少燃料电池堆的质量和体积。不幸的是，在部件的脱模过程、粘结过程和燃料电池堆组件操作过程中，这些板的脆性频频导致碎裂和破裂，尤其是在板的歧管部分。同样，为了降低隔板的脆性、满足燃料电池堆的质量和体积目标，碳含量较低、而聚合物含量较高的隔板是理想的。不幸的是，在碳含量低时，很难满足所需电导率和热导率目标。
与导电粉末相比，纤维材料在轴向方向上的传导性一般要高10到1000倍。因此，在无需较高碳含量(这会导致脆性)的情况下，在其内具有导电纤维材料的聚合物隔板将提高导电板的导电性。但是，为了获得该优点，纤维材料必需在贯穿平面的方向上正确定向。此外，具有沿贯穿平面的方向连续穿过其中的导电纤维部件的聚合物隔板将大大增强隔板的电能传导能力。
因此，需要提供一种能克服与高碳板有关的固有问题以及与之相关的困难的燃料电池隔板及其制造方法。因此，理想的是提供一种由加强材料制成的燃料电池隔板，所述加强材料具有穿过其中延伸的导电纤维材料，用以增强隔板的导电性。另外，理想的是提供一种具有一体成形的冷却通道的燃料电池隔板，用以减少板内的热能和冷却剂从隔板内泄漏的可能性。另外理想的是，提供一种制造该燃料电池隔板的方法，它能减少制造冷却板的步骤(即，除去两次成型和粘结步骤)。
发明内容
本发明提供了一种用于燃料电池堆的复合隔板。该复合隔板包括多个大体彼此平行取向的细长支撑件和在所述支撑件周围形成的聚合物主体部分。主体部分具有设有多个流动通道的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面。在聚合物的主体部分内布置了多根导电纤维，每根纤维以贯穿平面的构造从聚合物主体部分的第一表面连续地延伸到聚合物主体部分的第二表面。
具体而言，本发明提供了一种用于燃料电池的复合隔板，它包括主体部分，该主体部分具有其中形成了至少一个流动通道的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述主体部分具有在所述第一表面和所述第二表面之间形成的穿过所述隔板的通道以及多个导电元件，所述多个导电元件中的每一个都具有终止于所述第一表面上的第一端和终止于所述第二表面上的第二端，使得所述元件在贯穿平面的方向上连续延伸穿过所述主体。
此外，本发明提供了一种用于燃料电池堆的复合隔板，该复合隔板包括多个细长的支撑件；在支撑件周围形成的主体部分，它具有带有多条流动通道的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；以及多根布置在主体部分内的导电纤维，每根导电纤维在贯穿平面的方向上从主体部分的第一表面连续地延伸到聚合物主体部分的第二表面，其中，在第一表面内形成的每个所述流动通道之间布置有导热部件。
所述聚合材料选自由热固性聚合物和热塑性聚合物组成的组。
本发明还提供了一种制造复合隔板的方法，其中使多个细长的支撑件以大体平行的布置方式取向。布置多根导电的连续纤维与多个支撑件相邻，以形成网格。该网格被包在聚合材料中，形成具有第一和第二表面的无孔隔板。在这些表面中的至少一个表面上形成多条通道。除掉一部分第一和第二表面而形成暴露表面，将连续的纤维切成多个端部终止于暴露表面上的导电元件。这多个导电元件中的每一个元件都在贯穿平面方向上穿过隔板连续延伸。
通过后面提供的详细描述，使本发明的其它用途更加明显。应当理解的是，虽然这些详细描述和具体实例示出了本发明的优选实施例，但它们仅是说明性的，而不是对本发明范围的限制。
通过详细描述和附图，将更易于充分理解本发明，其中图1是PEM燃料电池堆的示意性分解视图；图2是依照本发明构造的双极板的第一实施例的局部剖视图；
图3是依照本发明的双极板结构的第二实施例的局部剖视图；图4是依照本发明构造的双极板的第三实施例的局部剖视图；图5是依照本发明构造的双极板的第四实施例的局部剖视图；图6是依照本发明构造的单极隔板的局部剖视图；图7是表示本发明的优选制造方法的流程图；图8是图7所示制造方法中的方框304的一部分复合隔板的示意图；图9是图7所示优选制造方法中的方框306的一部分复合隔板的示意图；图10是图7所示优选制造方法中的方框308的一部分复合隔板的示意图。
优选实施例的详细描述以下对优选实施例的描述实际上仅是说明性的，不能认为它会限制本发明、及其应用或用途。
参照图1，其示意性地示出了部分PEM燃料电池堆20，它具有一对通过无孔的导电双极隔板26相互隔开的膜电极组件(MEA)22、24。MEA 22、24和隔板26一起叠放在夹持板28、30与单极隔板或端板32、34之间。隔板26、32和34每个都有多条在隔板表面上形成的通道36、38、40、42，它们限定了向MEA 22、24的阳极和阴极面分配反应物(即H2和O2)的流场。不导电的密封垫或密封件44、46、48、50对燃料电池堆20的隔板26、32、34进行密封和电绝缘。一级集电器52、54、56、58由多孔的透气导电材料制成，它们压靠在MEA 22、24的反应面上。一级集电器52-58还为MEA 22、24提供了机械支撑，尤其是在MEA 22、24沿着流场中流动通道36-42的位置上提供机械支撑，不然这些MEA就得不到支撑。适合的一级集电器包括碳/石墨纸/布、细筛滤网、开路电池的贵金属板等，它们能在让反应气体从中通过的同时传导MEA 22、24的电流。
隔板32、34分别压靠在一级集电器52、58上，而隔板26压靠在MEA 22的阳极面上的一级集电器54上，并压靠在MEA 24的阴极面的一级集电器56上。氧通过适当的供料管道62从储槽60供应到燃料电池堆的阴极侧，而氢通过适当的供料管道66从储槽64供应到燃料电池堆的阳极侧。可除去O2储槽60，而由周围环境向阴极侧供应空气；并且可除去H2储槽64，而从可由甲烷或汽油之类的液态烃重整出氢的重整系统向阳极供应氢气。还要设置用于MEA 22和24的H2和O2/空气两侧的排气管道(未示出)，用以从阳极和阴极的流场中除去它们各自的排放物。需要时可设置附加管道68、70和72，用以让冷却流体通过板26、32、34循环。
图2表示依照本发明的教导构造的双极隔板26的流场部分38、40。双极隔板26包括主体部分100，它限定了隔板26的示范性形状；设置在主体部分100内的多个管状构件102；以及多个导电元件104，它在贯穿平面的方向上穿过主体部分100延伸。操作过程中，隔板26借助集电器54、56与MEA 22、24电接触，并与流过通道38、40的气态反应物热接触。隔板26的导电纤维104和管状构件102分别增强了电能和热能的传导，从而控制了燃料电池的环境。
主体部分100成形为具有形成于隔板上表面106上的流场38。流场38由多个通道108和多个与一级集电器54接触的槽脊110来限定。流场38为燃料电池堆中从入口歧管(未示出)到达排气歧管(未示出)的气态反应物提供通路。与之类似，在隔板26的下表面111上形成了流场40。流场40由多个通道112和多个与燃料电池堆的一级集电器56接触的槽脊114来限定。可将通道108和112以及槽脊110、114构造成各种几何形状。这些槽脊的形状限定了流场38、40的尺寸、形状和结构，它们可以改变以获得理想的气态反应物流量。如目前所示，可将流场构造成具有平行的通道和槽脊。
主体部分100由强度较高、热性能合适、相对于冷却剂流体和反应物气体而言渗透性低的聚合材料制成。优选的是，主体部分100由增韧的导热聚合物如填充了碳的环氧制成。但是，主体部分100也可由其它具有这种理想特性的适合的材料制成。例如，主体部分选自由硅氧烷、聚异丁烯、环氧、聚乙烯酯、聚酯、酚醛、聚丙烯、ETFE(乙烯-四氟乙烯聚合物)、聚酰胺或者橡胶改性的聚丙烯组成的组制成。可通过含有碳、石墨或贵金属颗粒的聚合材料增强导热性。
设置在隔板26的主体部分100内的管状构件102可操作地限定出次级流场，通过它可让冷却流体流过隔板26以控制隔板的热能。管状构件102适合让冷却流体通过管道70，以从燃料电池堆20带走热能(或给)燃料电池堆20增加热能。将管状构件102流体接到管道70上的冷却剂头部应当在二者之间提供电绝缘，以消除纤维104和管状构件102之间的分路电流。
通常，燃料电池堆20中气态反应物的放热反应产生应当被除去的不需要的热能。管状构件102限定了通过所述管状构件102延伸的通道116。如图2所示，将管状构件102作成与隔板26的槽脊110、114形状互补。于是，虽然示出的是管状构件102具有大致成梯形的横截面，但有经验的从业者将认识到可将管状构件102的横截面作成各种形状。在这方面，优选让管状构件102具有至少一半的槽脊横截面积，更优选具有约80％的槽脊横截面积，以便使热传导能力最强。
目前优选的是，管状构件102由填充了碳的聚合物制成。但是，可想到的是，管状构件102可由导热的、不易在暴露于燃料电池堆的常用气态反应物或冷却剂中时发生腐蚀的各种材料中的任何一种构成。一些其它适合的材料包括钛、碳或不锈钢。
随着主体部分100与管状构件102的外表面之间的接触面积增大，将热能从隔板26传至管状构件102的能力一般也会增大。还应当理解的是，管状构件102的尺寸和形状会影响主体部分100与管状构件102之间的导热性。例如，图2所示梯形形状的管状构件102被认为能优化它们之间的导热性。
设置在隔板26内的导电元件104一般沿贯穿平面的方向取向，并从隔板26的上表面106连续地延伸到隔板26的下表面112，以最大限度地减小隔板26的体电阻率。每一导电元件104都是细长的纤维(即，纵横比为2000∶1或更大)。第一端118暴露在上表面106上，并与一级集电器54直接接触。第二端120暴露在下表面111上，并与一级集电器56直接接触。所述第一和第二端中每一个的横截面积分别包括所述第一和第二表面表面积的5％到50％。所述主体部分还包括多个导热聚合物颗粒。导电元件104由碳基导电纤维如沥青基纤维、PAN(聚丙烯腈)基纤维或其它材料构成。导电元件104还可选自由碳纤维、石墨纤维、涂覆有金的石墨纤维、涂覆有铂的石墨纤维、金纤维、铂纤维和不锈钢纤维组成的组。
复合隔板26可利用以下工艺形成即将导电元件104布置在主体部分102内，让每根纤维从上表面106沿贯穿平面的方向连续延伸到隔板的下表面112上。目前优选的是，隔板26由复合材料构成，所述复合隔板包括体积占50％到99％的聚合材料和体积占1％到50％的导电纤维。更优选的是，隔板26包括至少80％的聚合材料，约10％的导电元件，其余是分散在聚合材料内的导热材料。优选的隔板在压缩比约小于或等于14千克力每平方厘米(Kgf/cm2)时，体电阻率等于或小于0.01欧姆·厘米(Ω·cm)，面积比电阻等于或小于50毫欧·平方厘米(mΩ·cm2)。这里，面积比电阻包括隔板的接触电阻和体电阻。优选地，所述复合隔板的体电阻率小于0.01欧·厘米，所述复合隔板的面积比电阻小于20毫欧·平方厘米。
图3表示依照本发明形成的隔板150的第二优选实施例。除了下面要详细讨论的特征外，隔板150与上述隔板26基本类似。隔板150的管状构件152与槽脊160、162的平面156、158热接触。一延伸的传导部分164从管状部分152开始延伸，终止于平面156、158处。延伸的传导部分164与一级集电器54相接合。在操作中，延伸的传导部分164将热能从一级集电器54与隔板150界面处直接传给管状构件152和其中的冷却剂流体。延伸的传导部分164优选与管状构件152一体成形。但是，可以预期的是，延伸的传导部分164可单独成形，或者由能增强向管状构件152的热能传递的其它传导材料制成。
图4示出了依照本发明的教导构造的隔板170的第三实施例。除了下面要详细描述的区别外，隔板170与上述隔板26基本类似。将隔板170成形为具有设置在槽脊174、176的平面上的高导电性的层172。高导电性的层172覆盖在槽脊174、176的暴露表面上，并与导电纤维178的端部部分电接触。高导电性的层172是可操作的以将一级集电器54、56的电能传导给隔板170的导电纤维178。所述复合隔板包括布置在第一表面上并与所述多个导电元件接触的一层导电材料。该层导电材料包括选自由金、铂、碳、钯、铑和铷组成的组中的至少一种材料。所述第二表面包括在其中形成的多个流动通道。有关高导电性层的详细内容在2001年11月20申请的、名称为“低接触电阻PEM燃料电池”的美国申请09/997190中公开，该申请为本发明的受让人所共有，在此通过参考将其结合进来。
图5中示出了依照本发明的教导构造的隔板180的第四优选实施例。除了下面要详细讨论的几个不同之处外，隔板180与隔板26基本类似。隔板180包括形成于隔板180的槽脊184中的中空通道182。在这方面，去除了隔板26的管状构件102。导电纤维186穿过隔板180的主体部分188延伸。通道182与流体冷却系统(未示出)相连接，用于按照前面相对管状构件102描述的方式控制隔板180中的热能。
该复合隔板包括多个细长的支撑件；在支撑件周围形成的主体部分，它具有带有多条流动通道的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；以及多根布置在主体部分内的导电纤维，每根导电纤维在贯穿平面的方向上从主体部分的第一表面连续地延伸到聚合物主体部分的第二表面，其中，在第一表面内形成的每个所述流动通道之间布置有导热部件。优选地，所述支撑件包括导热部件。所述导热部件可操作地与热管理系统相连接，以控制所述复合隔板的温度。所述导热部件还包括管状构件。优选地，该复合隔板还包括从所述导热的管状构件开始延伸、并终止于所述第一表面的吸热设备。
所述管状构件包括从含碳的聚合物、不锈钢、导热聚合物、碳、钛组成的组中选出的至少一种材料。所述多根纤维是导热的。所述复合隔板包括布置在所述第一表面上并与所述多根纤维导通的一层导电材料。其中该层导电材料包括选自金、铂、石墨、碳、钯、铑和铷组成的组中的至少一种材料。优选地，所述第二表面包括多个在其内形成的流动通道。
上面描述的复合隔板26、150、170、180都是双极型的。但是，本发明的教导同样适用于图6所示的单极型隔板190。单极隔板190包括由槽脊192限定的流场42和位于隔板190的上表面196上的通道194。大体平坦的下表面198与上表面196相对，并与端板12、14接合。导电纤维200从槽脊192的上表面196延伸穿过隔板190，并终止于隔板190的下表面198上，用以增强隔板190的导电性和导热性。同样，管状构件202可延伸穿过隔板190，以提供内部冷却通道。
本发明的另一方面是提供一种在贯穿平面的方向上具有连续导电纤维、以增强隔板的导热和导电性的隔板的制造方法。制造前述隔板的方法能利用一体形成的冷却通道来增强隔板的热容量。
在图7的用300总体表示的流程图中以及在图8-10中阐明了依照本发明的复合隔板制造步骤。如方框302所示，一开始将多个支撑件312、314置于由模具318限定的空腔316中(如图8所示)。图8-10所示的支撑件312、314是细长的横截面为弧形的部件。有经验的从业人员可以理解的是，支撑件312、314可以是各种横截面形状中的任意一种。例如，支撑件312、314可以是与槽脊形状对应的正方形、三角形、矩形或者梯形。同样，支撑件的横截面可以是图8-10所示实心的，或者是图2-6所示的管状的。
支撑件312、314按大体平行的结构排列对齐，但也可根据要形成的复合隔板的尺寸和形状按各种结构排列对齐。支撑件312、314分别位于中央面P的上方和下方。具体而言，将支撑件312、314定位，使得位于中央面P下方的支撑件312与位于中央面P上方的支撑件314是隔开的。为了清楚起见，仅示出了没有支撑或对齐排列装置的支撑件312、314。但是，通常可理解的是，模具318或某些相关装置对齐并保持着支撑件312、314，以实现一致并且所需的对齐方式。
接着，在支撑件312、314周围编织多条连续纤维320，由此每条纤维320都受到支撑件312、314支撑，从而形成图7的方框304所示的网格结构322。图8所示的连续纤维320按大体正弦的形式行进，以便为获得穿过板的有效电导率而优化连续纤维320在贯穿平面的方向上的取向。连续纤维320优选沿支撑件312、314的纵轴进行布置，以提供均匀的接触元件分布。为了清楚起见，示出的连续纤维320没有任何固定物。但是，容易理解的是，连续纤维320需要一种将纤维对齐排列或保持在所需位置上的装置。
在形成了网格322之后，如图7的方框306所示，准备原位模制聚合物的主体部分324。隔板的主体部分324包住支撑件312、314和连续纤维320。图9表示注射型聚合物模塑过程中的网格结构322。在注射模塑过程中，将网格322置于注射模具318的模腔316中。模腔316(如图8所示)包括形成于其中的第一成型面326和第二成型面328。第一成型面326内有多条沟槽，用以形成隔板中的多条互补槽脊。同样，第二成型面328内形成了多条沟槽，用以限定出多个互补槽脊。通过这种方式，如图10所示，成型面326、328构成位于复合隔板的上下表面上的模制流场。一旦将网格恰当地设置在模腔316中，就能利用传统注射模塑技术来制造隔板。
成型面326、328的几何形状以及这些槽脊的几何形状对连续纤维320的取向起重要作用。虽然可用许多参数来限定板的几何形状，例如沟槽长度、槽脊长度和沟槽宽度，但伸到支撑件312、314以外的附加槽脊高度有利于连续纤维320在贯穿平面的方向上的取向。在该意义上，图8-10所示的弧形横截面、尤其是圆顶部分迫使连续纤维210进入成型面326、328的沟槽中。因此，使得成型面326、328形成里面具有一部分连续纤维320的槽脊延长部分330、332。按照目前优选的，附加的槽脊高度是在所需隔板厚度的10％到50％范围内。例如，对于厚度为2.0毫米的隔板来说，附加的槽脊高度约为0.2-1.0毫米。
在成型并冷却后，将隔板334从模具318中取出，然后准备进行机加工。在图7的方框308所示的机加工步骤中，去掉槽脊延长部分330、332以减小板334的厚度，并切断一部分连续纤维320。槽脊延长部分330、332的去除降低了槽脊高度，并形成了暴露表面。一旦去除了槽脊延长部分330、332，就会露出纤维端部。于是，切断连续纤维320产生了终止于这些暴露表面上的端部，所述端部提供了与一级集电器的良好电接触和热接触。
由于连续纤维320在网格322中的取向，通过切断连续纤维320形成的导电元件按照所需的贯穿平面的结构方式对齐排列。该去除槽脊延长部分330、332的机加工操作可通过任何适当的机械加工方法来实施，其取决于具体的复合材料及其机加工特性。在这一点上，优选的机械加工方法包括激光机加工、喷水机加工、铣削、快速切削和砂纸打磨。机加工操作具有去掉模塑过程中形成的聚合物表层的附加优点。一旦完成机加工操作，就形成了成品。通过机加工，还可实现对隔板几何尺寸的较好控制。
如上所述，利用模塑工艺形成隔板的槽脊和通道。方框308所示的机加工方法还包括对槽脊和通道的机加工，以获得几何尺寸适当的流场。可以选择的是，可将模具构造成能形成大体平坦的坯件，然后对坯件进行机加工以形成所需的流场。该可选择的流场制造方法也在本发明的范围之内。
一般而言，隔板中模制的流场图案的几何形状对取向有明显的影响，因此也影响着它的导热性和导电性。例如，按照2001年5月31日申请的、名称为“Fuel Cell Separator Plate Having ControlledFiber Orientation And Method Of Manufacture”(“具有可调节纤维取向的燃料电池隔板及其制造方法”)的美国申请09/871189(在此特意通过参考将其结合进来)所公开的，采用不连续纤维(即不连续地穿过隔板延伸的纤维)的板设计仅支持较窄的流场沟槽宽度以及较宽的槽脊宽度，以获得不连续纤维贯穿平面的取向。但是，本发明的制造方法除了提供穿过板的连续电通路(它与一级集电器形成良好的电接触和热接触)之外，还最大限定地减小了纤维取向对流场几何形状的敏感度。此外，本发明还提供了流场几何形状方面的灵活性。虽然在此公开的优选实施例包括具有大体平行的支撑件和大体平行的流动通道的隔板，但本发明还适合几何结构更为复杂的板设计，它仅受导电纤维包裹支撑件能力的限制。有经验的从业人员还要注意到，交错或迂回的几何形状(即上槽脊区域在下部通道沟槽上方)使得能够采用连续纤维。
在优选制造方法的前述讨论中引用了注射型模塑工艺，尤其是能在上下表面上形成具有某些槽脊延长部分细节的隔板的模腔。但是，本领域的普通技术人员将容易地认识到，还可利用其它传统成型工艺如压模成形法或注射压模成形法来制造具有这种槽脊延长特征的隔板。同样，本发明并不限于在此所述的注射模塑技术，而是涵盖了其它合适的模塑方法。
机械加工完成后，按照图7的方框310所示，沿槽脊的平面布置高导电层。高导电层形成于已去除了上下延长部分330、332后的隔板上。可通过往暴露表面上粘附足量的导电颗粒而在该暴露表面上形成参照图4描述的高导电层。导电颗粒可通过汽相沉积(PVD或CVD)喷涂、刷涂、过滤、流化床浸渍等方式粘到暴露表面上。另外可预期的是，可在聚合材料还处于胶粘态时通过碰撞或简单粘到表面上来将所述高导电层形成在暴露的顶面上。
本发明的隔板还可包括制造出带有孔隙或通道(正如参照图5所描述的)而不是布置于其中导电的细长支撑件的隔板的附加步骤。在该方法中，在图7的方框302所示的步骤中采用由聚苯乙烯、铝或氧化铝构成的支撑件。在去掉了槽脊延长部分后，利用适当的溶剂如丙酮或NaOH溶解支撑件。一旦管子溶解，就会在主体部分中留下通道，该通道适合与冷却流体相连接，用以控制隔板内的热能。由于纤维直接将热能传递给冷却剂，因此能增强热能的传递。
对本发明优选实施例的上述描述实际上仅是示例性的，因此试图认为不偏离本发明要旨的变型都落在本发明的范围内。不应认为这些变型偏离了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于燃料电池的复合隔板，它包括主体部分，该主体部分具有其中形成了至少一个流动通道的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述主体部分具有在所述第一表面和所述第二表面之间形成的穿过所述隔板的通道以及多个导电元件，所述多个导电元件中的每一个都具有终止于所述第一表面上的第一端和终止于所述第二表面上的第二端，使得所述元件在贯穿平面的方向上连续延伸穿过所述主体。
2.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述主体部分还包括聚合材料。
3.根据权利要求2所述的复合隔板，其中所述聚合材料是导热性聚合材料。
4.根据权利要求2所述的复合隔板，其中所述聚合材料选自由热固性聚合物和热塑性聚合物组成的组。
5.根据权利要求4所述的复合隔板，其中所述聚合材料选自由硅氧烷、聚异丁烯、环氧、聚乙烯酯、聚酯和酚醛组成的组。
6.根据权利要求4所述的复合隔板，其中所述聚合材料选自由聚丙烯、乙烯-四氟乙烯聚合物、聚酰胺和橡胶改性的聚丙烯组成的组。
7.根据权利要求2所述的复合隔板，其中所述多个导电元件选自由碳纤维、石墨纤维、涂覆有金的石墨纤维、涂覆有铂的石墨纤维、金纤维、铂纤维和不锈钢纤维组成的组。
8.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述复合隔板包括体积占50％到99％的聚合材料和体积占1％到50％的导电纤维。
9.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述第一和第二端中每一个的横截面积分别包括所述第一和第二表面表面积的5％到50％。
10.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述主体部分还包括多个导热聚合物颗粒。
11.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述复合隔板的体电阻率小于0.01欧·厘米。
12.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述复合隔板的面积比电阻小于20毫欧·平方厘米。
13.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述复合隔板包括布置在第一表面上并与所述多个导电元件接触的一层导电材料。
14.根据权利要求13所述的复合隔板，其中该层导电材料包括选自由金、铂、碳、钯、铑和铷组成的组中的至少一种材料。
15.根据权利要求1所述的复合隔板，其中所述第二表面包括在其中形成的多个流动通道。
16.一种用于燃料电池堆的复合隔板，该复合隔板包括多个细长的支撑件；在支撑件周围形成的主体部分，它具有带有多条流动通道的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；以及多根布置在主体部分内的导电纤维，每根导电纤维在贯穿平面的方向上从主体部分的第一表面连续地延伸到聚合物主体部分的第二表面，其中，在第一表面内形成的每个所述流动通道之间布置有导热部件。
17.根据权利要求16所述的复合隔板，其中所述支撑件包括导热部件。
18.根据权利要求17所述的复合隔板，其中所述导热部件可操作地与热管理系统相连接，以控制所述复合隔板的温度。
19.根据权利要求17所述的复合隔板，其中所述导热部件还包括管状构件。
20.根据权利要求19所述的复合隔板，它还包括从所述导热的管状构件开始延伸、并终止于所述第一表面的吸热设备。
21.根据权利要求19所述的复合隔板，其中所述管状构件包括从含碳的聚合物、不锈钢、导热聚合物、碳、钛组成的组中选出的至少一种材料。
22.根据权利要求16所述的复合隔板，其中所述多根纤维是导热的。
23.根据权利要求16所述的复合隔板，其中所述复合隔板包括布置在所述第一表面上并与所述多根纤维导通的一层导电材料。
24.根据权利要求23所述的复合隔板，其中该层导电材料包括选自金、铂、石墨、碳、钯、铑和铷组成的组中的至少一种材料。
25.根据权利要求16所述的复合隔板，其中所述第二表面包括多个在其内形成的流动通道。
全文摘要
提供了一种用于燃料电池堆(20)的复合隔板(26，32，34)。该复合隔板包括多个以大体彼此平行的方式取向的细长支撑件(104)和在支撑件周围形成的聚合物主体部分(102)。所述主体部分包括设有多个流动通道的第一表面以及与该第一表面相对的第二表面。在聚合物主体部分内布置了多根导电纤维(178)，每根纤维都以贯穿平面的结构方式从聚合物主体部分的第一表面延伸到聚合物主体部分的第二表面。
文档编号H01M2/14GK1976091SQ200610115569
公开日2007年6月6日 申请日期2003年2月3日 优先权日2002年2月11日
发明者D·J·利斯, R·H·布伦克, 埃尔哈米德 M·H·阿布德, Y·M·米克海尔 申请人:通用汽车公司