燃料电池部件的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2012年8月30日提交的美国临时申请号61/694820的优先权，出 于所有目的将该申请的全部内容通过引用结合在此。
技术领域
[0002] 本发明涉及燃料电池的领域，具体地涉及由热塑性材料制成的燃料电池部件，例 如端板。
【背景技术】
[0003] 燃料电池是一种通过燃料（例如氢气）和氧化剂（例如空气）的反应产生电和热 的电化学能量转换装置。在燃料电池系统的设计和配置上存在众多变体，然而，大多数系统 的整体部分是一种燃料电池堆。燃料电池堆包括一系列通过双极集电板彼此分开的膜电极 组件，其中该堆在两端以一个端板组件终止，该端板组件包括一个端板以及典型地一个压 缩板。该堆还配备有燃料和氧化剂气体供应以及移除的装置，以及一种使冷却剂循环穿过 该堆的装置。连接装置（例如，横拉杆或带，使该堆保持在一起并且与这些端板组件结合） 在该堆上施加一个压缩力使该堆组件紧密。此种紧密要求减少这些膜电极组件和这些双极 集电板部件之中的接触电阻并且保护该堆的气封特性。
[0004] 为了避免堆叠失效并且使电效率最大，这些端板组件必须足够强以承受施加在该 堆上的力而没有破坏或翘曲。典型地，该端板组件还需要耐受高达70°C或更高的使用温度。 附加地，当该端板作为歧管起作用时，穿过该歧管引入并且从该堆中去除冷却剂、燃料、和 氧化剂气体，该端板可能需要耐受与此类材料接触而没有恶化或腐蚀。
[0005] 鉴于机械和耐热性的要求，包含在这些端板组件中的压缩板和端板典型地由金 属、通常由不锈钢制造。除相对高的成本和易于腐蚀之外，鉴于提供足够的机械耐受性所要 求的厚度，金属板可以实质性增加燃料电池堆的重量。在汽车和其它应用中，通常令人希望 的是使该燃料电池堆的尺寸和重量最小。
[0006] 如与对于这些端板描述的那些类似的问题总体上还适用于燃料电池的其他结构 部件，例如泵壳体，增湿器壳体，冷却剂、燃料和氧化剂的入口和出口，冷却剂、燃料和氧化 剂的歧管，堆支撑体以及类似物。
[0007] 已经建议了在重量更轻的端板的制造中使用塑料材料。US2002182470 A(泰科纳 公司（TICONA LLC)) 12/5/2002披露了由一种长纤维增强的热塑性树脂复合物制成的模制 的燃料电池端板，该复合物包括一种热塑性树脂和至少30wt%具有至少5_纤维长度的长 纱股的玻璃纤维。该热塑性树脂可以选自下组，该组由以下各项组成：部分芳香族聚酰胺 类、聚芳砜类、聚芳醚酮类、聚芳醚醚酮类、聚芳醚酰亚胺类、聚芳酰亚胺类、聚亚芳基硫醚 以及热致性液晶类。提供了长纤维增强的聚苯硫醚端板的实例。
[0008] US 20030152819(松下电器产业有限公司（MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO.，LTD))8/14/2003披露了由一种树脂占优势的材料制成的端板，该树脂占优势的材料选 自：聚丙烯、尼龙树脂、聚缩醛、聚碳酸酯、改性的聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、超高分子量 聚乙烯、聚甲基戊烯、间规聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚邻苯二甲酰胺、聚苯硫醚、聚对苯二甲 酸环己基二甲酯、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰亚胺、氟碳树脂、硅酮树脂和液晶聚 合物。提供了由玻璃纤维增强的聚苯硫醚、玻璃纤维增强的聚砜和玻璃纤维增强的液晶聚 合物制成的端板的实例。
[0009] WO 2005/031904A(R. JEREZ) 4/7/2005披露了一种用于燃料电池的板构件，该板构 件包括一种选自聚邻苯二甲酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮和液晶聚合物中的至少一种的聚合 物或结晶型热塑性材料。 本发明的披露
[0010] 现已发现具备在厚结构件所需要的延展性与机械耐受性、在恶劣环境中的可提取 物的量以及成本之间的有利平衡的燃料电池部件，具体地端板可以通过利用一种聚合物组 合物（C)获得，该聚合物组合物（C)包括至少一种聚酰胺聚合物[聚酰胺（A)]、至少一种 增强填充剂[填充剂（F)]和至少一种抗冲击改性剂[抗冲击改性剂（IM)]，该聚酰胺聚合 物[聚酰胺（A)]包含源自至少一种苯二甲酸和六亚甲基二胺的缩聚作用的重复单元和小 于 10%摩尔的源自己二酸和六亚甲基二胺的缩聚作用的重复单元。
[0011] 因此，本发明的一个第一目的是一种包括聚合物组合物（C)的燃料电池部件，该 聚合物组合物（C)包括至少一种聚酰胺聚合物[聚酰胺（A)]、至少一种增强填充剂[填充 剂（F)]和至少一种抗冲击改性剂[抗冲击改性剂（IM)]，该聚酰胺聚合物[聚酰胺（A)]包 含源自至少一种苯二甲酸和六亚甲基二胺的缩聚作用的重复单元和小于10%摩尔的源自 己二酸和六亚甲基二胺的缩聚作用的重复单元。
[0012] 燃料电池部件的非限制性实例是例如端板，泵壳体，增湿器壳体，冷却剂、燃料和 氧化剂的入口和出口，冷却剂、燃料和氧化剂的歧管，堆支撑体。
[0013] 在本发明的一个优选的实施例中，该燃料电池部件是燃料电池端板。
[0014] 源自己二酸和六亚甲基二胺的缩聚作用的重复单元在聚酰胺（A)中优选地小于 5%摩尔、更优选地小于3%摩尔并且甚至更优选0%摩尔。
[0015] 出于本发明的目的，术语"聚酰胺聚合物"指的是包含重复单元的任何聚合物，这 些重复单元源自至少一种二羧酸组分或其衍生物与至少一种二胺组分的缩聚，和/或源自 氨基羧酸和/或内酰胺的缩聚。表述"其衍生物"，当与表述'羧酸'结合使用时，旨在是指 能够在缩聚条件下进行反应以产生酰胺键的任何一种衍生物。形成酰胺的衍生物的实例包 括此种羧酸的单-或二-烷基酯，如单-或二-甲基、乙基或丙基酯；其单-或二-芳基酯； 其单-或二-酰基卤；以及其单-或二-酰胺，单-或二-羧酸盐。
[0016] 二羧酸组分和二胺组分总体上以基本上等分子的量包含在聚酰胺（A)中；这意味 着二羧酸组分的-COOH基团的总量与二胺组分的-NH 2基团的总量之间的摩尔比是1.1 : 1 至 0.9 : 1、优选 1.075 : 1 至 1 : 0.925。
[0017] 聚酰胺（A)包含源自至少一种苯二甲酸与六亚甲基二胺的缩聚反应的重复单元。 表述"苯二甲酸"用于指间苯二甲酸、对苯二甲酸和邻苯二甲酸中的任何一种。
[0018] 根据本发明的一个实施例，该至少一种苯二甲酸选自由间苯二甲酸和对苯二甲酸 组成的组。间苯二甲酸以及对苯二甲酸可以单独或组合使用。该苯二甲酸优选地是对苯二 甲酸与间苯二甲酸组合。
[0019] 除了该至少一种苯二甲酸之外，聚酰胺（A)可包括基于聚酰胺（A)的所有二羧酸 组分的高达40%摩尔、优选高达30%摩尔、更优选高达25%摩尔的一种不同于苯二甲酸的 二羧酸组分，其条件是源自己二酸和六亚甲基二胺的重复单元小于10%摩尔。所述不同于 苯二甲酸的二羧酸组分可以选自由芳香族二羧酸和非芳香族二羧酸组成的组。
[0020] 出于本发明的目的，当一种二羧酸包含一个或多于一个芳香族基团时，它被认为 是"芳香族的"。合适的芳香族二羧酸的非限制性实例是2,5_吡啶二羧酸、2,4_吡啶二羧 酸、3, 5-吡啶二羧酸、2, 2-双（4-羧苯基）丙烷、双（4-羧苯基）甲烷、2, 2-双（4-羧苯基） 六氟丙烷、2, 2-双（4-羧苯基）酮、4,4' -双（4-羧苯基）砜、2, 2-双（3-羧苯基）丙烷、 双（3-羧苯基）甲烷、2, 2-双（3-羧苯基）六氟丙烷、2, 2-双（3-羧苯基）酮、双（3-羧基 苯氧基）苯、2,6-萘二羧酸、2, 7-萘二羧酸、1，4-萘二羧酸、2, 3-萘二羧酸、1，8-萘二羧酸、 1，2_萘二羧酸。
[0021] 用于在聚酰胺㈧中适合的非芳香族二羧酸的非限制性实例是草 酸[HOOC-COOH]、丙二酸（HOOC-CH 2-COOH)、己二酸[HOOC-(CH2)4-COOH]' 丁二 酸[HOOC-(CH2) 2-C00H]、戊二酸[HOOC-(CH2) 3-C00H]、2, 2-二甲基-戊二酸 [HOOC-C(CH3)2-(CH2) 2-C00H]、2,4,4-三甲基-己二酸[HOOC-CH(CH3)-CH2-C(CH 3 )2-CH2-C00H]、庚二酸[H00C-(CH2)5-COOH]' 辛二酸[H00C-(CH2)6-COOH]' 壬二酸 [H00C- (CH2) 7-C00H]、癸二酸[H00C- (CH2) 8-C00H]、^-一 烷二酸[H00C- (CH2) 9_C00H]、十二 烷二酸[H00C- (CH2) 1(l-C00H]、十四烷二酸[H00C- (CH2) n-C00H]、顺式-和 / 或反式-环己 烷-1，4-二羧酸和/或顺式-和/或反式-环己烷-1，3-二羧酸。
[0022] 当所述不同于苯二甲酸的二羧酸组分选自由非芳香族二羧酸组成的组时，