[发明专利]减少头部损失的气体扩散装置

说明书

本发明涉及一种气体扩散装置(6)，其包括以下各层的叠层：‑复合材料层(621)，其包括导电纤维和涂覆所述导电纤维的聚合型树脂；‑第一导电层(611)，其在第一面和第二面之间具有开孔，并且包括第二面(67)中的第一空隙(64)，第一面(68)与复合材料层(621)的导电纤维电接触，聚合型树脂涂覆第一面(68)上的第一导电层(622)的一部分。

技术领域

本发明涉及电化学反应器的制造，尤其涉及用于电化学反应器的气体扩散装置的制造。

背景技术

在电化学反应器中，燃料电池堆正经历实质性的发展。燃料电池堆尤其被设想为未来大规模生产的机动车辆的动力源，或作为航空业中的辅助动力源。直接将化学能转换为电能的燃料电池堆是电化学装置。燃料电池堆包括串联的多个电池的堆。每个电池通常产生约1伏特的电压，将电池堆叠允许实现更高的电平的电源电压，例如，产生约一百伏特的电源电压。

在已知类型的燃料电池堆中，值得注意的是低温的质子交换膜(PEM)燃料电池堆。这种燃料电池堆在紧凑性方面具有特别有利的特性。每个电池包括仅允许质子通过而不允许电子通过的电解膜。该膜包括第一面上的阳极和第二面上的阴极，以形成膜电极组件(MEA)。

在阳极处，用作燃料的二氢被氧化以产生通过膜的质子。膜因此形成离子导体。由该反应产生的电子向流板迁移，然后通过电池外部的电路形成电流。在阴极处，氧被还原并与质子反应以形成水。

燃气电池堆可以包括多个所谓的双极板，双极板彼此堆叠，这些板例如由金属制成。膜被放置于两个双极板之间。

双极板是导电的，以收集阳极处产生的电子。双极板还用作密封隔离器，将阳极流和阴极流分开。双极板还起到机械作用，传递用于夹持堆的力，这对于电接触的质量至关重要。电子传导通过双极板发生，离子传导通过膜获得。

根据一个设计，反应物的流动由冲压金属板中的流动通道引导，冲压金属板被焊接以形成双极板。金属板具有良好的机械性能，并在限制二氢扩散方面形成了有效的屏障。但是，金属板的耐腐蚀性低。另外，金属板劣化可以形成阳离子，阳离子污染膜并降低燃料电池堆的性能并减少其寿命。为了减少这些问题，金属板的表面通常被处理。然而，表面处理不能充分提高针对某些应用的耐腐蚀性，并导致不可忽略的额外成本。此外，具有这种设计的双极板，即，具有通过冲压限定的流动通道，该双极板具有通道尺寸被冲压工艺限制的缺点。因此，最小尺寸必须考虑到流动通道的宽度或分开流动通道的肋的宽度。因此，燃料电池堆中电流密度的均匀性不是最佳的。

阻碍燃料电池技术普及的因素之一是制造并组装燃料电池堆的各个部件的成本。具有这种设计的双极板的制造尤其占燃料电池堆的大部分成本。

根据另一个设计，双极板是光滑的并且反应物的流动和扩散通过插入在双极板和膜电极组件之间的气体扩散层获得。反应产物和非反应性物质通过被气流带走而被排出到它们离开气体扩散层的地方。气体扩散层采取具有开孔的多孔层的形式，例如毛毡层或碳纤维织物的层。

气体扩散层必须具有足够的厚度以降低反应物流动的压头损失，这增加了燃料电池堆的体积。另外，这些双极板对于某些应用而言相当重。此外，事实证明将气体扩散层固定在双极板上是合乎需要的。此外，气体扩散层和双极板之间的电接触电阻仍然相当高。

发明内容

本发明旨在解决这些缺点中的一个或更多个。因此，本发明涉及例如所附权利要求中所限定的一种气体扩散装置。

本发明还涉及从属权利要求的变型。本领域技术人员将理解，说明书或从属权利要求的每个特征可以独立地与独立权利要求的特征组合，但是不构成中间概括。

本发明还涉及一种如在从属权利要求中限定的用于制造气体扩散装置的方法。

附图说明