专利名称：用于燃料电池的亲水导电流体分配板的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及亲水导电流体分配板、制造亲水导电流体分配板的方法和利用根据本发明的亲水导电流体分配板的系统。更明确地来讲，本发明涉及在解决燃料电池和其它类型的装置中的水输送难题时亲水导电流体分配板的使用。
背景技术：
正在开发燃料电池作为用于包括车辆用途的许多用途的电源。燃料电池的一种是质子交换膜或PEM燃料电池。PEM燃料电池是本领域中所公知的并在燃料电池中的每个单元中包括膜电极组件或MEA。MEA是具有阳极电极面和阴极电极面的薄质子传导聚合物膜电解质，阳极电极面在MEA的一个侧面上形成，阴极电极面在MEA的相对的侧面上形成。膜电解质的一个示例是用离子交换树脂制成的类型。示范性离子交换树脂包括全氟磺酸(perfluoronated sulfonicacid)聚合物，如可从E.I.DuPont de Nemeours&Co.得到的NAFIONTM。另一方面，阳极面和阴极面通常包括精细分离的碳粒子，支撑在碳粒子的内表面和外表面上的非常精细地分离的催化粒子，以及质子传导粒子，如与催化粒子和碳粒子混合的NAFIONTM；或者分散在整个聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂中的无碳催化粒子。
多单元PEM燃料电池包括多个MEA，这些MEA以电气串联方式堆叠在一起，并且由称为分隔板或双极板的不透气导电流体分配板相互分隔。这些多单元燃料电池称为燃料电池组。双极板具有两个工作面，一个工作面面对一个单元的阳极，另一个工作面面对堆中的相邻的下一个单元上的阴极，并且在相邻的单元之间传导电流。在电池组的端部的导电流体分配板仅接触端部单元并称为端板。双极板含有在阳极和阴极的表面上方分配气体反应物(如H2和O2/空气)的流场。这些流场通常包括多个脊部(land)，这些脊部在它们之间限定多个流动通道，气体反应物通过这些流动通道在供给集管与排气集管之间流动，供给集管和排气集管位于流动通道的相对端部。
通常将称为“扩散介质”的高度多孔(即大约60％至80％)的导电材料(如布、滤网、纸、泡沫等)插在导电流体分配板与MEA之间，并用于(1)在导电流体分配板的脊部之间和下方在电极的整个面上分配气体反应物，和(2)从面对凹槽的电极的面采集电流并将电流输送到限定该凹槽的相邻的脊部。一种公知的扩散介质包括具有约70％的体积孔隙度和约为0.17mm的未压缩厚度的石墨纸，这种石墨纸可在商业上从Toray Company以Toray 060的名字获得。这种扩散介质还可包括本领域中所公知的细筛、贵金属滤网等。
在H2-O2/空气PEM燃料电池环境中，导电流体分配板通常可与含有F-、SO4-、SO3-、HSO4-、CO3-和HCO3-等的弱酸溶液(pH3至5)恒定接触。而且，阴极通常在高度氧化的环境中运行，并且在暴露给增压空气时被极化至约+1V(与标称氢电极相比)的最大值。最后，阳极通常恒定地暴露给氢。因此，导电流体分配板应耐受燃料电池中的不利环境。
一种更普遍类型的适当的导电流体分配板包括用聚合物复合材料模制的那些导电流体分配板，这些材料通常包括50％至90％体积的导电填料(如石墨粒子或丝)，这种导电填料分散在整个聚合物基料(热塑性或热固性的)中。近期在复合导电流体板的开发中的努力一直针对具有足够的导电和导热性的材料。材料供应商已开发出高碳载荷复合板，这些复合板在聚合物基料中包括体积范围在50％至90％之间的石墨粉，以实现必要的传导率目标。这种类型的板通常能够耐受腐蚀性燃料电池环境，并且，就大部分而言，满足成本和传导率目标。目前可得到的一种双极板是来自West Chicago，III.的BulkMolding Compound，Inc.的BMC板。
或者，分立的导电纤维已在降低碳载荷并提高板韧度的尝试中用在复合板中。参看于2003年8月19日公告的发明人为Blunk等人的共同待审的(copending)美国专利No.6,607,857，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用结合在本文中。与导电粉末相比，纤维材料在轴向方向上的导电率通常要大十至一千倍。参看于2004年12月7日公告的发明人为Lisi等人的美国专利No.6,827,747，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用结合在本文中。
另一种更普遍类型的适当的导电流体分配板包括用聚合物复合材料涂覆的金属制成的那些导电流体分配板，这些聚合物复合材料含有约30％至约40％的体积的导电粒子。就此方面而言，见于2002年4月16日公告的发明人为Fronk等人的美国专利No.6,372,376，该专利(1)转让给本发明的受让人，(2)通过引用结合在本文中，并且(3)公开了导电流体分配板，这些导电流体分配板用金属薄板制成，这些金属薄板涂有抗腐蚀导电层，这种抗腐蚀导电层包括多个导电抗腐蚀(即抗氧化和抗酸)填料粒子，这些填料粒子分散在抗酸、不溶于水、抗氧化聚合物的整个基料中，这种聚合物将这些粒子粘结在一起并粘结到金属薄板的表面上。根据涂层的成分、电阻率和完整性，Fronk等人类型的复合涂层优选具有不大于约50ohm-cm2的电阻率和介于约5微米和75微米之间的厚度。优选较薄的涂层来实现整个燃料电池组的较低IR降。
正如前面所讨论的那样，大部分导电流体分配板要么包括复合聚合物材料，要么包括涂有导电聚合物复合材料的金属基础层。虽然这些类型的板目前通常具有80°至90°的水接触角，从而导致可接受的水管理性能，但希望提供一种具有提高的水管理性能的导电流体分配板。
发明内容
在至少一个实施例中，提供一种导电流体分配板，这种导电流体分配板包括板体和复合导电涂层，这种板体限定了一组流体流动通道，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，这种复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少该实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。
在又一个实施例中，提供一种制造流体分配板的方法，这种方法包括提供板体和复合导电涂层，这种板体具有限定了一组流体流动通道的主体，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少该实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。
在再一个实施例中，提供一种燃料电池。这种燃料电池包括第一导电流体分配板，这种第一导电流体分配板包括板体和复合导电涂层，这种板体限定了一组流体流动通道，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，这种复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少该实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。在至少该实施例中，这种燃料电池还包括第二导电流体分配板和膜电极组件，这种膜电极组件将第一导电流体分配板和第二导电流体分配板分开，膜电极组件包括电解质膜、阳极和阴极，电解质膜具有第一侧面和第二侧面，阳极邻近于电解质膜的第一侧面，阴极邻近于电解质膜的第二侧面。
从下面结合附图对本发明的优选实施例进行的描述就会更全面地了解本发明。应注意到，权利要求的范围由权利要求所引述的内容所限定，而不是由在本说明书中所列出的特征和优点的特定描述所限定。
在结合下面的附图阅读时就会很好地理解下面的对本发明的实施例进行的详细描述，在这些图中，相同的结构用相同的标号表示，在这些图中 图1是包括燃料电池系统的车辆的示意图； 图2是采用两个燃料电池的燃料电池组的示意图； 图3是根据本发明的一个实施例的导电流体分配板的示意图； 图4是根据本发明的另一个实施例的导电流体分配板的示意图； 图5是示于图3中的板的一部分的放大视图。
技术人员会理解，图中所示出的元件是为了简单和清楚起见，且并非按比例绘制。例如，可将图中的一些元件的尺寸相对于其它元件扩大，以帮助提高对本发明的实施例的理解程度。
具体实施例方式 下面的对优选实施例的描述实质上仅仅是示范性的且决不是旨在对本发明及其应用或用途进行限制。将详细参考本发明目前所优选的成分、实施例和方法，这些成分、实施例和方法构成发明人目前所知的实施本发明的最佳模式。附图不必按比例绘制。不过，将会理解，所公开的实施例仅仅是对本发明的示范，而本发明可体现在各种替代形式中。因此，本说明书所公开的特定细节并不解释为限制性的，而仅是权利要求的代表性基础和、或用于教导本领域中技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
除了在示例中之外或以其它形式明确说明之外，将表明材料的量或反应条件和、或用途的本说明书中的所有数值量理解为在描述本发明的最宽广范围时由词语“约”修正。通常优选在所陈述的数值限制内的实施。而且，除非有明确的相反说明，百分比、“…的部分”和比率值按重量计算；用语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；适合于或优选用于与本发明有关的指定目的的材料群组或类别的描述表明群组或类别的组成部分中的任何两种或多种的混合同样是适合的或优选的；用化学用语对组分进行的描述是指加到描述中所明确的任何组合中时的组分，而不必排除混合物的一旦混合时的组分之间的化学相互作用；首字母简略词或其它缩略语的第一定义适用于相同的缩略语在本说明书中随后的使用并且适用于最初限定的缩略语的标准语法变化；而且，除非有明确的相反说明，一种特性的测量由以前或以后参考用于相同的特性的相同的技术确定。
参看图1，图中示出了用于车辆用途的示范性燃料电池系统2。不过，将会理解，其它的燃料电池系统应用如在居住系统领域也可受益于本发明。
在示于图1的实施例中，所示出的车辆具有车体90和示范性燃料电池系统2，示范性燃料电池系统2具有燃料电池处理器4和燃料电池组15。以下参考图2至图5描述体现在燃料电池组和燃料电池中的本发明的实施例。将会理解，虽然描述一种特定的燃料电池组15的设计，但本发明也适用于使用流体分配板的任何燃料电池组的设计。
图2示出了两个燃料电池的燃料电池组15，燃料电池组15具有一对膜电极组件(MEA)20和22，MEA 20和22由导电流体分配板30相互分离。板30用作具有多个流体流动通道35、37的双极板，多个流体流动通道35、37用于将燃料和氧化剂气体分配给MEA 20和22。“流体流动通道”是指用于将流体输送到板中、从板输送出、沿着板输送或穿过板输送的板上的路径、区、区域或任何范围。可在夹板40和42与导电流体分配板32和34之间将MEA 20和22以及板30堆叠在一起。在所示出的实施例中，板32和34用作端板，这些端板分别仅具有包含通道36和38的一个侧面，这种侧面用于燃料和氧化剂气体分配给MEA 20和22，而不是板的两个侧面。
可设有不导电的衬垫50、52、54和56，以在燃料电池组的几个部件之间提供密封和电气绝缘。透气碳/石墨扩散纸60、62、64和66可压在MEA 20和22的电极面上。板32和34可分别压在碳/石墨扩散纸60和66上，而板30可压在MEA 20的阳极面上的碳/石墨扩散纸64上，并且压在MEA 22的阴极面上的碳/石墨扩散纸60上。
在所示出的实施例中，从储存容器70通过适当的供给管道86将氧化流体如O2提供给燃料电池组的阴极侧面。在将氧化流体提供给阴极侧面时，将还原流体如H2从储存容器72通过适当的供给管道88提供给燃料电池的阳极侧面。还设有既用于这些MEA的H2侧又用于O2/空气侧的排气管道(未示出)。设有其它的管道80、82和84用于向板30和板32与34供应液体制冷剂。还设有用于从板30、32和34排出制冷剂的适当管道，但在图中并未示出。
图3示出了示范性导电流体分配板30，导电流体分配板30包括第一薄板102和第二薄板104。第一薄板和第二薄板102、104在它们的外侧面/表面上包括多个流体流动通道106、108，燃料电池的反应气体通常穿过这些流体流动通道106、108在沿着每个板的一个侧面的曲折路径中流动。第一薄板和第二薄板102、104的内侧面可包括多个第二流体流动通道110、112，在燃料电池的运行期间，制冷剂流过这些流体流动通道110、112。在将第一薄板102和第二薄板104的内侧面放置在一起以形成板体120时，这些流体流动通道连接并形成用于制冷剂流过板30的一系列通道。
可用单个薄板或板而不是示于图3中的两个分立的薄板形成板 体120。当用单个板形成板体120时，可在板体120的外侧面上形成这些通道，且这些通道可穿过板体120的中部，以使合成的板体120相当于从两个分立的薄板102、104构造成的板体120。
可用金属、金属合金或复合材料形成板体120，且板体120必须导电。在一个实施例中，钝化金属或钝化合金形成板体120。“钝化金属”或“钝化合金”是指由于与周围的物质如空气或水的反应的原因而形成不活泼的钝化层的金属或合金。例如，钝化层(未示出)可以是金属氧化物。金属氧化物通常通过要求氧扩散到整个层中以到达金属或合金表面起到进一步的氧化的阻挡层的作用。因此，钝化层可保护金属或金属合金的整体性。
适当的金属、金属合金和复合材料应以足够的耐久性和刚性为特征，以起到燃料电池中的流体分配板的作用。在选择用于板体的材料时所考虑的其它设计性能包括透气性、导电性、密度、导热性、抗腐蚀性、图案清晰度、热与图案稳定性、可加工性、成本和可用性。
可用的金属和合金包括铝、钛、不锈钢、镍基合金和它们的组合。复合材料可包括石墨、石墨箔、聚合物基料中的石墨粒子、碳纤维纸和聚合物叠层、带有金属芯的聚合物板、导电地涂覆的聚合物板和它们的组合。
第一薄板和第二薄板102、104的厚度通常介于约51至约510微米(:m)之间。可通过机械加工、模制、切割、雕刻、模压、光蚀刻或其它任何适当的设计和制造工艺来形成这些薄板102、104，光蚀刻如通过光刻掩模进行。能构思出的是，薄板102、104可包括叠层结构，这种叠层结构包括平薄板和另外的薄板，这种另外的薄板包括一系列外流体流动通道。内金属隔离薄板(未示出)可位于第一薄板和第二薄板102、104之间。
在示意性地示于图3的板30中，形成体120的结构性部件的基板102、104包括易腐蚀金属，如铝、钛、不锈钢和镍基合金。板30的工作面用导电聚合物复合涂层125覆盖。在至少一个实施例中，聚合物导电涂层125包括导电抗氧化抗酸保护材料，这种材料具有小于约50ohm-cm2的电阻率并包括多个抗氧化不溶于酸的导电粒子(即小于约50微米)，这些粒子分散在整个抗酸抗氧化聚合物基料中。可从美国专利No.6,372,376获知这些涂层的适当的示例和应用方式。
在至少一个实施例中，导电填料粒子可以是金、铂、石墨、碳、钯、铌、铑、钌和稀土金属中的至少一种。在至少某些实施例中，这些粒子可包括重量载荷为25％的导电碳和石墨。聚合物基料可包括可形成为薄的粘附膜并可耐受燃料电池的不利氧化性和酸性环境的不溶于水的聚合物。因此，除了其它的聚合物之外，还认为诸如环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟橡胶(如聚偏二氟乙烯)、聚酯、苯氧基酚醛、环氧酚醛、丙烯酸树脂和聚氨酯这样的聚合物可用于复合涂层。交联聚合物可用于制造不透水涂层，且最优选聚酰胺酰亚胺热固聚合物。
在至少一个实施例中，可通过将聚酰胺酰亚胺溶解在溶剂中来涂敷聚合物复合层125，这种溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、丙二醇和乙酸甲酯(methyl ether acetate)的混合物，且加入21％至23％重量的石墨和碳黑粒子和混合物。在至少一个实施例中，石墨粒子的尺寸范围在5微米至20微米之间，且碳黑粒子的尺寸范围在0.5微米至1.5微米之间。在至少一个实施例中，可将这种混合物喷射到基板上、干燥(如将溶剂蒸发)并固化，以提供具有碳与石墨的重量含量为38％的10至30微米厚的涂层。可在低温(即＜400)下将这种聚合物缓慢固化，或者在两步过程中较快固化，在此过程中，先在约300至350通过十分钟的加热除去溶剂(即干燥)，然后在从约1/2分钟至约15分钟的不同时间(根据所使用的温度)以较高的温度加热(500至750)，以将聚合物固化。正如在下面所描述的那样，本发明的多孔表面层130在干燥和固化之前涂敷，而复合层125仍有粘性。
可将导电聚合物涂层125直接涂覆到基板金属并允许在基板金属上干燥/固化，或者可在将导电聚合复合层125涂覆之前首先用可氧化金属(如不锈钢)覆盖基板金属(如铝)(见前面的Li等人的专利)。可用各种方式涂覆复合层125，如涂刷、喷射、涂抹或将预成形膜层压到基板上。
在示于图3的实施例中，导电流体分配板30包括复合导电涂层130，这种复合导电涂层130粘附到聚合物导电涂层125上并覆盖聚合物导电涂层125。在至少一个实施例中，如在图5中详细地示出的那样，复合导电涂层包括聚合物导电层140和粒子碳层150，聚合物导电层140邻近于聚合物导电涂层125，粒子碳层150在聚合物导电层140的上表面144上。在至少一个实施例中，复合导电涂层130具有小于40°的水接触角，在另一个实施例中为小于25°，在又一个实施例中为小于10°，在再一个实施例中为小于5°，在再一个实施例中为小于1 °。
虽然复合导电涂层130可如图3中所示意性地示出的那样基本上在板30的整个外表面上延伸，但复合导电涂层130还可在小于整个外表面的上延伸。此外，虽然粒子碳层150可如图3中所示意性地示出的那样基本上在整个聚合物导电层140上延伸，但粒子碳层150还可在小于整个聚合物导电层140上延伸。虽然由于粒子碳层150而导致复合导电层130的性质较脆弱，但提供聚合物导电涂层125，聚合物导电涂层125至少部分地向金属基板102和104提供额外的防腐保护，不过，在至少一个实施例中，本发明还构思出将聚合物导电涂层125略去，且聚合物导电层140向金属基板102和104提供足够的防腐保护。
申请人:已发现，提供包括具有粒子碳层的复合导电涂层130的导电分配板30可产生具有优良的水管理性能(即具有小于40°的水接触角)的导电的分配板。
在至少一个实施例中，除了聚合物导电层140的上表面144注有碳粒子之外，复合涂层130的聚合物导电层140可基本上类似于前面所描述的聚合物导电涂层125。不过，应理解，任何适当的聚合物导电材料均可用于形成聚合物导电层140。在至少一个实施例中，聚合物导电层140的厚度为10至40微米，在另一个实施例中为15至30微米。
在至少一个实施例中，粒子碳层150包括设置在聚合物导电层140的上表面144上的多个碳粒子。在至少一个实施例中，粒子碳层150的厚度为0.5至10微米，在另一个实施例中为1至5微米。在至少一个实施例中，粒子碳层150的碳粒子可展示出基于复合涂层130的重量的5至70％重量的载荷，在其它实施例中为15至60％，在另一个实施例中为30至50％。在至少一个实施例中，粒子碳包括碳黑、石墨和它们的组合。
各种类型的碳黑适合用在层150中。作为示例而不是作为限定，碳黑可选自乙炔黑、Ravan black、Ketjen blackTM、Vulcan blackTM、RegalTM、炉黑、black pearlTM、AX-21和它们的组合。碳黑可以介于约0.05至约0.2微米之间的粒子尺寸为特征。
申请人:已发现，某些类型的碳黑具有使这些类型的碳黑特别适于与本发明一起使用的孔隙结构。在至少一个实施例中，用于形成根据本发明制造的导电流体分配板30的粒子碳层150的碳黑粒子可展示出5∶1至40∶1的中孔微孔比，在其它实施例中为10∶1至35∶1，在又一些实施例中为15∶1至25∶1。用在本说明书中的用语“中孔”是指1至80nm(纳米)的孔尺寸，且用语“微孔”是指小于1nm的孔尺寸。在至少一个实施例中，已证明具有20∶1的中孔微孔比的乙炔黑在提供亲水复合涂层130时非常有效。
申请人:已发现，某些类型的碳黑具有使这些类型的碳黑特别适于与本发明一起使用的孔隙结构。在至少一个实施例中，用于形成根据本发明制造的导电流体分配板30的粒子碳层150的碳黑粒子可呈酸性并展示出小于4.0的pH值，在其它实施例中在1至3.5之间，在又一些实施例中在1.5至3.0之间。在这个实施例中，已证明具有2.3的pH值的Ravan black在提供亲水复合涂层130时非常有效。
在至少一个实施例中，极性石墨粒子可用于形成根据本发明制造的导电流体分配板30的粒子碳层150。在此实施例中，已证明具有小于4.0的pH值的酸性磺化石墨在提供亲水复合涂层130时非常有效。
形成复合涂层130的方式不必是重要的。可用任何适当的方式在板30上提供复合涂层130。一种示范性方式是在导电聚合物复合涂层125上提供聚合物导电材料的湿层140，这种聚合物导电材料的成分与用于形成导电聚合物复合涂层125的成分相同或类似。可用任何适当的方式来提供湿的聚合物导电层130，如喷射。在湿的聚合物导电层140完全干燥之前，可将适当量的粒子碳嵌入湿的聚合物导电层140的上表面144中，以形成粒子碳层150。可用任何适当的方式来嵌入粒子碳，如喷射、刮板涂覆和丝网印刷。
然后可将湿的聚合物层140干燥或固化，且粒子碳层150在湿的聚合物层140上。若干燥之后在已固化的聚合物层140的表面上留有过多的碳粒子，则可用任何适当的方式清扫或清洁表面层，以去除过多的碳粒子。
图4示出了本发明的另一个实施例。示于图4的板30′和板体120′的结构和用途类似于示于图3中的板30和板体120。基本上与示于图3中的板30的对应部分相同的板30′的部分用相同的标号表示，且为了清楚起见，基本上与板30的对应部分不同的板30′的部分用带有后缀“′”(撇号)的相同的标号表示。
导电流体分配板30′的板体120′完全用复合材料制成(如模制)，且在接合扩散介质的复合材料的外表面上形成复合导电层130。在此实施例中，不必使用导电涂层125。板30′的复合材料可以是用于形成板的任何适当的导电复合材料，如聚合物复合材料，这种聚合物复合材料包括50％至90％体积的导电填料(如石墨粒子或丝)，这种导电填料分散在整个聚合物基料(热塑性或热固性的)中。
根据本发明的各种实施例的导电流体分配板具有优良的水管理性能。应理解，本发明的原理同样适用于单极板和双极板。
将通过示例对本发明进行进一步说明。将会理解，本发明并不限于这些示例。
示例 首先用如在美国专利No.6,372,376中所公开的导电防护聚合物涂层涂覆金属双极板。第一涂层有助于保护基层金属(如不锈钢)不会在活泼的燃料电池环境中腐蚀，并被以150℃闪蒸(flash)10分钟，然后以260℃固化15分钟。在板冷却之后，将相同的聚合物层的第二层喷射到第一涂层上。然后使用喷枪用碳黑(乙炔黑)将湿的层去尘，之后利用与第一涂层相同的固化周期固化。固化之后，将干燥的额外碳黑(乙炔黑)从板拭去。在这种板上所测得的水接触角小于10°。
虽然已示出并描述了本发明的实施例，但并不是说在这些实施例示出和描述了本发明的所有可能的形式。相反，用在说明书中的语言是描述的语言而不是限制，而且应理解，在并不背离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种变化。
权利要求
1.一种导电流体分配板，包括
板体，所述板体限定了一组流体流动通道，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流；以及
复合导电涂层，所述复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到所述板体上，所述复合涂层包括
聚合物导电层，所述聚合物导电层粘附到所述板体上，所述聚合物导电层具有外表面；以及
粒子碳层，所述粒子碳层粘附到所述聚合物导电层的所述外表面上。
2.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述粒子碳层包括分散在所述聚合物导电层的所述外表面上的多个碳黑粒子。
3.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述碳黑层的厚度为0.5至10微米，且所述聚合物导电层的厚度为10至40微米。
4.如权利要求3所述的板，其特征在于，所述复合涂层包括基于所述复合导电涂层的重量的5至70％重量的碳黑。
5.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括金属薄板和复合聚合物导电涂层，所述复合聚合物导电涂层不同于所述复合导电涂层。
6.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括金属薄板。
7.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板体包括复合材料，所述复合材料包括设置在整个聚合物基料中的导电填料。
8.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述碳黑包括乙炔黑、Ravan black、Vulcan blackTM、炉黑、Ketjen blackTM、black pearlTM、RegalTM、AX-21和它们的组合中的至少一种。
9.如权利要求8所述的板，其特征在于，所述碳黑的粒子尺寸在0.05微米与0.2微米之间。
10.如权利要求9所述的板，其特征在于，所述碳黑呈酸性。
11.如权利要求2所述的板，其特征在于，所述碳黑的pH值小于4。
12.如权利要求11所述的板，其特征在于，所述碳黑包括Ravanblack。
13.如权利要求9所述的板，其特征在于，所述碳黑具有5∶1至40∶1的中孔对微孔之比。
14.如权利要求13所述的板，其特征在于，所述碳黑包括乙炔黑。
15.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述粒子碳包括酸性石墨。
16.如权利要求8所述的板，其特征在于，所述水接触角是小于10°的。
17.一种制造流体分配板的方法，所述方法包括
提供板体，所述板体具有限定了一组流体流动通道的主体，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流；
复合导电涂层，所述复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到所述板体上，所述复合导电涂层包括
聚合物导电层，所述聚合物导电层粘附到所述板体上，所述聚合物导电层具有外表面；以及
粒子碳层，所述粒子碳层粘附到聚合物导电层的所述外表面上。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述主体上提供复合导电涂层的步骤包括
在所述主体上提供所述导电聚合物层；以及
将足够量的碳黑嵌入所述聚合物导电层中，以导致小于40°的水接触角。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述嵌入步骤包括在所述聚合物导电层的所述外表面喷射碳黑粒子，以形成厚度为0.5至10微米的碳黑层。
20.一种燃料电池，包括
第一导电流体分配板，所述第一导电流体分配板包括板体，所述板体限定了一组流体流动通道，所述流体流动通道构造成经过所述板的至少一个侧面分配流体流，
复合导电涂层，所述复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到所述板体上，所述复合涂层包括
聚合物导电层，所述聚合物导电层粘附到所述板体上，所述聚合物导电层具有外表面；以及
粒子碳层，所述粒子碳层粘附到聚合物导电层的所述外表面上；
第二导电流体分配板；以及
膜电极组件，所述膜电极组件将所述第一导电流体分配板和所述第二导电流体分配板分开，所述膜电极组件包括
电解质膜，所述电解质膜具有第一侧面和第二侧面以及阳极，所述阳极邻近于所述电解质膜的第一侧面；以及
阴极，所述阴极邻近于所述电解质膜的第二侧面。
全文摘要
在至少一个实施例中，本发明提供一种亲水导电流体分配板、制造亲水导电流体分配板的方法和用于利用亲水导电流体分配板的系统。在至少一个实施例中，该板包括板体和复合导电涂层，板体限定了一组流体流动通道，这些流体流动通道构造成经过板的至少一个侧面分配流体流，复合导电涂层具有小于40°的水接触角并粘附到该板体上。在至少一个实施例中，复合涂层包括聚合物导电层和粒子碳层，聚合物导电层粘附到板体上并具有外表面，粒子碳层粘附到聚合物导电层的外表面上。
文档编号H01M8/20GK101213701SQ200680024397
公开日2008年7月2日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年5月12日
发明者M·H·阿布德埃尔哈米德, Y·M·米克海尔, G·维亚斯, 峰 钟, R·H·布伦克, D·J·利西, M·K·布丁斯基, G·W·弗利, T·J·福勒, B·K·布拉迪, K·E·纽曼 申请人:通用汽车环球科技运作公司