專利名稱：用于燃料電池的復(fù)合水管理電解質(zhì)膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于運(yùn)輸車輛、便攜式能量裝置中的、或者作
為固定能量裝置的燃料電池，尤其涉及便于燃料電池內(nèi)水管理的復(fù)合電
解質(zhì)膜。
背景技術(shù)：
燃料電池是公知的并通常用于由含氬的還原性流體燃料和含 氧的氧化劑反應(yīng)物流制備電力來(lái)為電動(dòng)裝置比如發(fā)電機(jī)和運(yùn)輸車輛供 電。在現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池中，已知采用質(zhì)子交換膜(PEM)作為電解 質(zhì)。如同所公知的，在陽(yáng)極處形成的質(zhì)子移動(dòng)通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，并 且通常理解的是，對(duì)于從電解質(zhì)陽(yáng)極側(cè)移動(dòng)到陰極側(cè)的每一質(zhì)子而言， 大約三分子的水隨著所述質(zhì)子 一起拖曳到電解質(zhì)的陰極側(cè)。為了防止 PEM干枯，所述拖曳的水必須被替換或通過(guò)滲透流返回到PEM的陽(yáng)極 側(cè)。滲透流要求PEM陽(yáng)極側(cè)的水含量低于陰極側(cè)以提供所需的驅(qū)動(dòng)力。 另夕卜，在燃料電池的運(yùn)行過(guò)程中，水在陰極催化劑處產(chǎn)生("產(chǎn)物水")， 并且所述產(chǎn)物水可以通過(guò)直4妻流過(guò)PEM或者流過(guò)與所述產(chǎn)物水和陽(yáng)招^ 催化劑流體連通的水管理系統(tǒng)的水輸送板而移動(dòng)到陽(yáng)極側(cè)。關(guān)鍵的是在水從陰極催化劑移開(kāi)的速率和液體水供給陽(yáng)極催 化劑的速率之間保持適當(dāng)?shù)乃胶?。如果供給或返回到陽(yáng)極催化劑的水 不足，那么PRM電解質(zhì)的相鄰部分干燥，由此降^氐可以通過(guò)PEM傳遞 的氬離子的速率。PEM電解質(zhì)的干燥也導(dǎo)致PEM電解質(zhì)的老化。這可 能導(dǎo)致反應(yīng)物流體的串?dāng)_，從而導(dǎo)致局部過(guò)熱。另外的，已知在電解質(zhì) 附近的電極催化劑載體材料通常包括碳，在使用之后所述碳載體材料變 為親水性的。這種趨勢(shì)進(jìn)一步使得在保持燃料電池水平衡中將產(chǎn)物水從 陰極催化劑相鄰處移開(kāi)的任務(wù)復(fù)雜化。已經(jīng)采用了許多方法來(lái)改善電化學(xué)電池的水輸送，包括努力 提高PEM的水滲透性。這些努力包括減少PEM的厚度，比如在1996 年8月20日授予Bahar等的美國(guó)專利5547551中和在1997年2月4日 授予Bahar等的美國(guó)專利5599614中所公開(kāi)的通過(guò)制備超薄一體式膜。盡管超薄PEM電解質(zhì)具有改善的水滲透性，但是，由于PEM水滲透性 和儲(chǔ)存的受限，導(dǎo)致電化學(xué)電池性能明顯受限。最近，2005年1月11 日授予Breault的美國(guó)專利6841283 (該專利由本發(fā)明的所有權(quán)利的擁有 者擁有)公開(kāi)了高水滲透性質(zhì)子交換膜。該專利中公開(kāi)的膜包括由在離 聚物相中的結(jié)構(gòu)材料所限定的大約10 %的水填充微孔相。但是，由于PEM電解質(zhì)必須導(dǎo)離子同時(shí)不導(dǎo)電，所以所述結(jié) 構(gòu)材料的使用受限于不導(dǎo)電材料。通過(guò)增加孔尺寸以改善水滲透性，電 解質(zhì)膜具有較低的氣泡壓力等級(jí)，所以出現(xiàn)壓差的風(fēng)險(xiǎn)增大，從而導(dǎo)致 膜破裂，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)物混合。另外，已知的超薄電解質(zhì)膜為了具有足 量機(jī)械強(qiáng)度來(lái)維持燃料電池在膜的相對(duì)側(cè)上的操作壓差，所述超薄膜的 水滲透性下降。結(jié)果，由于PEM的干燥，比如在燃料電池的反應(yīng)物入 口處的干燥，發(fā)生已知的燃料電池定域化膜老化。另外，已知由于催化 劑被產(chǎn)物水淹沒(méi)，所以長(zhǎng)期燃料電池耐久性和性能下降。相應(yīng)地，需要 改善燃料電池水管理的燃料電池電解質(zhì)膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于具有第一和第二電極催化劑的燃料電池的復(fù)合 電解質(zhì)膜。所述膜包括在由所述膜限定的相對(duì)的第 一和第二接觸表面之 間連續(xù)延伸的離聚物部分。所述離聚物部分是由陽(yáng)離子交換樹(shù)脂組成的 水合納米孔的離聚物。所述膜也包括微米孔的區(qū)域，所述區(qū)域由所述離 聚物部分和選自顆粒材料、晶須材料或者纖維材料的結(jié)構(gòu)基質(zhì)組成。所 述結(jié)構(gòu)基質(zhì)分散在所述微米孔區(qū)域中在所述離聚物內(nèi)，以限定直徑為 0.3 - 1.0微米之間的開(kāi)孔。微米孔區(qū)域設(shè)置在所述膜的第一和第二接觸 表面之間，并且和僅僅第一接觸表面或者僅僅第二接觸表面相鄰，或者 可替換地，所述微米孔區(qū)域和第 一接觸表面以及第二接觸表面都不相 鄰。在所有實(shí)施方案中，微米孔區(qū)域不在膜的第一和第二接觸表面之間 延伸。所述復(fù)合電解質(zhì)膜固定在燃料電池的電極催化劑附近。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述復(fù)合電解質(zhì)膜固定在燃料電池內(nèi)部 以使微米孔區(qū)域設(shè)置成鄰近膜的第 一接觸表面，膜的第 一接觸表面固定 在鄰近所述燃料電池的陰極催化劑。在該實(shí)施方案中，膜的微米孔區(qū)域 的較大的孔最接近陰極催化劑，而僅僅位于離聚物部分中的更小的納米 孔最靠近陽(yáng)極催化劑。通過(guò)這種設(shè)置，復(fù)合電解質(zhì)膜充當(dāng)在陰極催化劑處形成的產(chǎn)物水的水儲(chǔ)器，而最靠近陽(yáng)極催化劑的較小的孔用于通過(guò)毛 細(xì)作用將水從所述較大的孔拉向陽(yáng)極催化劑附近的較小的孔，從而促進(jìn) 鄰近陽(yáng)極催化劑的PEM的水合。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)基質(zhì)可以經(jīng)選擇是和負(fù)載催化
劑的結(jié)構(gòu)材料相同的材料，比如碳。所以，隨著催化劑的碳載體在燃料 電池的長(zhǎng)期使用中變得更為親水性，則微米孔區(qū)域中的碳也變得更為親 水性。由于微米孔區(qū)域位于兩種催化劑之間，所以陰極催化劑處的產(chǎn)物 水由此^皮拖入微米孔區(qū)域的親水石灰中，以有效地將水從陰極催化劑處移 開(kāi)，所述水否則可能淹沒(méi)陰極并由所述陰極阻礙氧化劑的流動(dòng)。而且，由于微米孔區(qū)域不在膜的相對(duì)接觸表面之間延伸，所 以膜中的導(dǎo)電碳不在催化劑之間導(dǎo)致短路。進(jìn)一步的替換性實(shí)施方案提 供了微米孔區(qū)域在膜內(nèi)的不同設(shè)置，以便于針對(duì)不同類型的燃料電池的
特定操作要求來(lái)獲得改善的水管理。相應(yīng)地，本發(fā)明的一般性目的是提供克服了現(xiàn)有技術(shù)缺陷的
用于燃料電池的復(fù)合水管理電解質(zhì)膜。更具體的目的是提供用于燃料電池的復(fù)合水管理電解質(zhì)膜，
i-定性Z'' '" 、 、 P 、、" 、' 、 —、"當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的描述時(shí)，本發(fā)明燃料電池用復(fù)合水管 理電解質(zhì)膜的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃料電池用復(fù)合水管理電解質(zhì)膜的 簡(jiǎn)化示意圖。圖2是本發(fā)明的用于燃料電池的復(fù)合水管理膜的替換性實(shí)施 方案的簡(jiǎn)化示意圖。圖3是采用本發(fā)明的復(fù)合水管理電解質(zhì)膜的燃料電池的簡(jiǎn)化 示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案描述詳細(xì)參見(jiàn)附圖，在圖1中示出了復(fù)合電解質(zhì)膜， 一般用附圖 標(biāo)記IO表示。膜10限定了第一接觸表面12和相對(duì)的第二接觸表面14。(術(shù)語(yǔ)"接觸表面，，是指膜IO是一般平整的盤(pán)形構(gòu)造，并且膜10的"接 觸表面，，經(jīng)構(gòu)造以在位置上和燃料電池的相鄰層緊密接觸，而不是在膜
IO的周邊處。)離聚物部分16在膜的接觸表面12、 14之間連續(xù)延伸。 在第一和第二接觸表面12、 14之間的離聚物部分16之中限定微米孔區(qū) 域18。離聚物部分16是由任何和電化學(xué)電池的運(yùn)行環(huán)境相容的合適陽(yáng) 離子交換樹(shù)脂組成的水合納米孔離聚物。構(gòu)造所述水合納米孔離聚物部 分16的示例性材泮牛是E丄DuPont公司，Wilmington, Delaware, USA 以商標(biāo)名"NAFION"銷售的全氟磺酸離聚物，當(dāng)所述離聚物水合時(shí)具 有直徑大約0.004微米的開(kāi)孔。(為了本文的目的，單次"大約，，是指士20 % )。術(shù)語(yǔ)"開(kāi)孔"是指所述孔提供了供水在膜io的相對(duì)第一和第
二接觸表面12、 14之間移動(dòng)的開(kāi)口通道。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，復(fù)合 電解質(zhì)膜io的厚度是10-25微米之間。膜10的厚度定義為第一和相 對(duì)的第二接觸表面12、 14之間的最短距離。已知的全氟磺酸離聚物膜 通常的平均開(kāi)孔直徑是大約4納米，或者0.004微米，并且平均潤(rùn)濕的 孔隙率為大約40%,或者大約26.5重量％水。多孔膜的水保留和滲透 性是開(kāi)口的孔隙或通孔孔隙的直徑和孔隙率的復(fù)雜函數(shù)，如同現(xiàn)有技術(shù) 中已知的"Carman-Kozeny，，等式所述。顯著提高多孔膜的水保留和滲 透性的一種機(jī)制是增加膜10中的開(kāi)口孔或孔隙的孔尺寸或直徑到微米 范圍?？壮叽鐬?.3微米且孔隙率為10%的膜的滲透性是標(biāo)準(zhǔn)的上述 "NAFION，，質(zhì)子交換膜("PEM，，)的一個(gè)數(shù)量級(jí)大?？壮叽鐬?.0 微米且孔隙率為10%的結(jié)構(gòu)的滲透性是"NAFION，， PEM的2個(gè)數(shù)量級(jí)微米孔區(qū)域18起到增加膜10的孔尺寸但僅僅是微米孔區(qū)域 18內(nèi)的孔尺寸的作用。微米孔區(qū)域18包括分散在離聚物化合物16內(nèi)的 結(jié)構(gòu)基質(zhì)20。結(jié)構(gòu)基質(zhì)20可以由用于含水電解電池中的不導(dǎo)電的電解 質(zhì)保留性基質(zhì)(electrolyte retaining matrix )組成，比如在上述授予Breault 的美國(guó)專利6841283中所公開(kāi)的那樣，或者可以包括現(xiàn)有技術(shù)中已知并 用于負(fù)載燃料電池電極催化劑的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料，比如碳。例如，結(jié)構(gòu)基 質(zhì)20可以由和表面12相鄰的第一電極催化劑32中所用的相同碳組成， 以至于親水性上的任何變化都得到^艮好的匹配。微米孔區(qū)域18可以構(gòu)造成單獨(dú)的層18,然后固定到離聚物化合物層22中，以形成膜IO,如圖1所示?？商鎿Q地，如圖2所示， 微米孔區(qū)域18可以構(gòu)造成固定在第 一獨(dú)立的離聚物化合物層22和獨(dú)立 的第二離聚物化合物層24之間的獨(dú)立層18,使得微米孔區(qū)域18既不和 膜10的第一接觸表面12也不和第二接觸表面14相鄰。微米孔區(qū)域l8 可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法形成，比如在上述美國(guó)專利No.6841283中 所公開(kāi)的方法。例如，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，復(fù)合電解質(zhì)膜10有些類似于本領(lǐng) 域中已知的常規(guī)膜電極組件("MEA，，)，后者由PEM以及和PEM每 一側(cè)相鄰的復(fù)合催化劑層組成。微米孔區(qū)域18和那些催化劑層相似， 除了以下之外不是結(jié)合碳負(fù)載的催化劑，結(jié)構(gòu)基質(zhì)而是由未催化的碳 一些類4以由勺纟吉才勾才才津牛(non-catalyzed carbon some similar structural material)構(gòu)成。另夕卜，微米孔區(qū)域18可以位于離聚物層16的僅僅一側(cè) 上，如圖1所示，或者夾在離聚物層之間，如圖2所示。在每一結(jié)構(gòu)中， 制備復(fù)合電解質(zhì)膜10的方法可以和用于構(gòu)造已知膜電極組件的方法類 似。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)廣泛描述了制備MEA的各種方法。例如，可以 使用美國(guó)專利No.6641862和其參考文獻(xiàn)中描述的MEA制備技術(shù)。如同 其中所述描述的那樣， 一 個(gè)最關(guān)鍵的特征是所得到的微米孔區(qū)域的孔尺 寸，用于控制MEA催化劑層中的該特征的相同技術(shù)(例如，改變離聚 物/碳比值、改變所用的碳類型、改變所用溶劑的類型或量，等等)也可 用于制備本發(fā)明的復(fù)合電解質(zhì)膜10。可替換地，為了制備微米孔區(qū)域 18,可以使用和美國(guó)專利No.4233181 (該專利由本發(fā)明的所有權(quán)利的擁 有者擁有)中所述的用于形成雙層的方法類似的方法，不同之處在于不 用"TEFLON"牌PTFE作為聚合物相，可以使用"NAFION"牌全氟磺 酸離聚物或者一些其它離聚物。隨后，可以將離聚物層溶液澆鑄成鄰近 所述微米孔區(qū)域，以形成完整的復(fù)合電解質(zhì)膜10。在進(jìn)一步的替換方案 中，可以使用在上述美國(guó)專利6841283中所述的方法來(lái)形成微米孔區(qū)域， 然后將離聚物層溶液澆鑄成鄰近所述微米孔區(qū)域。國(guó)3示出了采用本發(fā)明的復(fù)合電解質(zhì)膜10的燃料電池30的 簡(jiǎn)化示意圖。燃料電池30包括和膜10的第一接觸表面12相鄰固定的 第一電極催化劑32和與膜10的相對(duì)第二接觸表面14相鄰固定的第二 電極催化劑34。如同現(xiàn)有技術(shù)中公知的，燃料電池10也包括第一反應(yīng) 物存儲(chǔ)源36,其將第一反應(yīng)物例如氧化劑引導(dǎo)通過(guò)第一反應(yīng)物入口管線 39然后通過(guò)第 一 電極流場(chǎng)40并通過(guò)第 一 電極出口管線42從燃料電池中排出。燃料電池30也包括第二反應(yīng)物存儲(chǔ)源44，其將第二反應(yīng)物比如 含氫的還原流體引導(dǎo)通過(guò)第二反應(yīng)物入口管線46然后通過(guò)第二電極流 場(chǎng)48并通過(guò)第二電極排出管線50從燃料電池30排出。第一電極流場(chǎng) 40引導(dǎo)第一反應(yīng)物鄰近第一電極催化劑32通過(guò)，而第二電極流場(chǎng)48引 導(dǎo)第二反應(yīng)物鄰近第二電極催化劑34通過(guò)，以以本領(lǐng)域公知的方式產(chǎn) 生電流，比如在上述美國(guó)專利6841283中所述的。在圖3所示的優(yōu)選實(shí)施方案中，微米孔區(qū)域18設(shè)置在復(fù)合電 解質(zhì)膜10中和膜IO的第一接觸表面12相鄰，所述第一接觸表面12和 第一電極催化劑32 (陰極催化劑)相鄰，而第二接觸表面14和第二電 極催化劑(陽(yáng)極催化劑)34相鄰固定。如上所述，通過(guò)這種設(shè)置，微米 孔區(qū)域18的較大的孔和陰極催化劑32相鄰，因而充當(dāng)陰極催化劑32 產(chǎn)生的產(chǎn)物水的有效水儲(chǔ)器。另外，離聚物化合物層22中的較小孔用 于通過(guò)毛細(xì)作用從微米孔區(qū)域18的孔中抽吸水，使得離聚物化合物層 22中的水和陽(yáng)極催化劑34相鄰。如上所述，陽(yáng)極催化劑32對(duì)干燥特別 敏感，復(fù)合電解質(zhì)膜10的這種優(yōu)選實(shí)施方案用于便于水管理來(lái)支持陽(yáng) 極催化劑32的水合。通過(guò)使用復(fù)合電解質(zhì)膜10,由于微米孔區(qū)域18不在相對(duì)的 第一和第二接觸表面12、 14之間延伸，所以通常在第一和第二電極催 化劑32、 34之間具有離聚物化合物層22。所以，由于離聚物化合物層 的非常小的納米孔往往對(duì)抗膜10的相對(duì)側(cè)上的明顯壓差而保持水，所 以膜10保持了高的氣泡壓力，由此為運(yùn)行的燃料電池30在第一和第二 電極催化劑32、 34之間提供明顯的氣體密封。相反，如果微米孔區(qū)域 18的較大的孔延伸通過(guò)膜IO在第一和第二接觸表面12、 14之間的整個(gè) 厚度，比如在已知膜中，那么膜的氣泡壓力會(huì)明顯更低。另外，由于微 米孔區(qū)域不在膜的相對(duì)的接觸表面12、 14之間延伸，所以結(jié)構(gòu)基質(zhì)20 可以是導(dǎo)電材料比如碳。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，微米孔區(qū)域18中的孔在燃料電池 10的最大性能條件中僅僅部分填充。通過(guò)僅僅部分填充，微米孔區(qū)域 18提供了有效的儲(chǔ)器或水儲(chǔ)器用于在潛在的淹沒(méi)條件下存儲(chǔ)過(guò)量的水。 例如，如果陰極催化劑32在長(zhǎng)期使用后變?yōu)橛H水性并且結(jié)構(gòu)基質(zhì)20和 陰極催化劑32的載體材料相同，那么所述部分填充的微米孔區(qū)域18也 變得更加親水，從而容易的存儲(chǔ)在淹沒(méi)條件下的過(guò)量水。相反，在潛在的干燥條件下，比如當(dāng)環(huán)境氣氛氧化劑的相對(duì)濕度下降或者當(dāng)還原性流 體反應(yīng)物具有低的相對(duì)濕度時(shí)，微米孔區(qū)域18變?yōu)閮?chǔ)存水的源以水合
電極催化劑32、 34。復(fù)合電解質(zhì)膜10可以設(shè)置在燃料電池30內(nèi)部，如同圖3和 上述的那樣，或者相反，膜10可以以替換性的排列設(shè)置。例如，微米 孔區(qū)域18可以針對(duì)燃料電池的某些操作條件鄰近第二接觸表面14固 定，以和第二或者陽(yáng)極催化劑34相鄰。圖2所示膜10的實(shí)施方案也可 以展開(kāi)在燃料電池中以滿足特定的燃料電池要求。另外地，微米孔區(qū)域 18可以經(jīng)成形以僅僅對(duì)應(yīng)于接觸表面12、 14的一部分或數(shù)部分，以可 能地幫助電極催化劑的水應(yīng)變區(qū)域(water stress region )(未示出)的 水合，比如鄰近反應(yīng)物入口和/或出口處。另外，微米孔區(qū)域18可以具 有不同的厚度以提供梯次的孔隙率，從而在區(qū)域18覆蓋明顯水應(yīng)變區(qū) 域的地方(比如鄰近反應(yīng)物入口和/或出口處)區(qū)域18更厚，而在區(qū)域 18的整個(gè)余下部分中微米孔區(qū)域18更薄。結(jié)構(gòu)基質(zhì)20也可以分布在整個(gè)所述微米孔區(qū)域中，以使所述 微米孔區(qū)域的孔隙率發(fā)生變化以滿足特定的水應(yīng)變參數(shù)。例如，結(jié)構(gòu)基 質(zhì)20可以經(jīng)設(shè)置以在區(qū)域18的和容易淹沒(méi)的電極催化劑區(qū)域相鄰的區(qū) 域中限定最大孔隙率，而在微米孔區(qū)域的剩余部分中所述結(jié)構(gòu)基質(zhì)限定 明顯更低的孔隙率。結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的復(fù)合電解質(zhì)膜IO在燃料電池水管 理上獲得了明顯的改善，同時(shí)在膜10的微米孔區(qū)域18的潛在構(gòu)造選項(xiàng) 以及燃料電池30內(nèi)的膜10的排列上提供了非凡的靈活性。本發(fā)明還包括管理燃料電池30中水移動(dòng)的方法，包括如下步 驟使第一反應(yīng)物相鄰第一電極催化劑32流動(dòng)，使第二反應(yīng)物相鄰第 二電極催化劑34流動(dòng)，使在電極催化劑32、 34之一處產(chǎn)生的產(chǎn)物水流 入在固定在第一和第二電極催化劑32、 34之間的復(fù)合電解質(zhì)膜10的微 米孔區(qū)域18中限定的孔中，使在微米孔區(qū)域18中限定的孔中的水流入 到膜10的離聚物化合物限定的孔中，使復(fù)合電解質(zhì)膜10中存儲(chǔ)的水流 向電極催化劑32、 34的另一種。盡管已經(jīng)參見(jiàn)所述的和所示的復(fù)合電解質(zhì)膜10公開(kāi)了本發(fā) 明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不限于這些實(shí)施方案。例如，盡管為了解釋燃 料電池30所示為單一電池30, ^f旦是應(yīng)該理解燃料電池30的4吏用更可能是在已知的燃料電池堆組件中的和合作性歧管能一起設(shè)置的多個(gè)相鄰 燃料電池(未示出)中。相應(yīng)地，應(yīng)該主要參見(jiàn)下列權(quán)利要求而不是前 述描述來(lái)確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、用于具有第一電極催化劑(32)和第二電極催化劑(34)的燃料電池(30)的復(fù)合電解質(zhì)膜(10)，所述膜(10)包括a、離聚物部分(16)，在由所述膜(10)限定的相對(duì)的第一和第二接觸表面(12、14)之間連續(xù)延伸，所述離聚物部分(16)是由陽(yáng)離子交換樹(shù)脂組成的水合納米孔的離聚物；b、微米孔區(qū)域(18)，其由所述離聚物部分(16)、位于所述離聚物部分中的選自顆粒材料、晶須材料或者纖維材料的結(jié)構(gòu)基質(zhì)組成，限定出直徑為0.3-1.0微米的開(kāi)孔，所述微米孔區(qū)域(18)設(shè)置在膜(10)的第一和第二接觸表面(12、14)之間以和僅僅第一接觸表面(12)或者僅僅第二接觸表面(14)相鄰，或者所述微米孔區(qū)域(18)經(jīng)設(shè)置以既不和所述第一接觸表面(12)也不和所述第二接觸表面(14)相鄰；和c、其中所述膜(10)相鄰所述燃料電池(30)的電極催化劑(32、34)固定。
2、 權(quán)利要求1的復(fù)合電解質(zhì)膜(10),其中所述微米孔區(qū)域(18) 設(shè)置成鄰近所述膜(10)的所述第一接觸表面(12),并且所述膜的所 述第一接觸表面(12)相鄰所述燃料電池(30)的陰極催化劑(32)固定。
3、 權(quán)利要求1的復(fù)合電解質(zhì)膜(10),其中所述微米孔區(qū)域(18) 設(shè)置成和所述膜(10)的第一接觸表面(12)相鄰，所述膜(10)的第 一接觸表面(12)和所述燃料電池(30)的陰極催化劑(32)相鄰固定， 所述膜(10)的第二接觸表面(14)和陽(yáng)極催化劑(34)相鄰固定。
4、 權(quán)利要求1的復(fù)合電解質(zhì)膜(10),其中所述微米孔區(qū)域(18) 固定在第一離聚物化合物層(22)和第二離聚物化合物層(24)之間。
5、 權(quán)利要求1的復(fù)合電解質(zhì)膜(10),其中所述微米孔區(qū)域(18) 的所述結(jié)構(gòu)基質(zhì)(20)是導(dǎo)電的。
6、 管理燃料電池(30)內(nèi)水移動(dòng)的方法，包括如下步驟a、 使第一反應(yīng)物相鄰第一電極催化劑(32)流動(dòng)，使第二反應(yīng)物 相鄰第二電極催化劑(34)移動(dòng)；b、 使在所述電極催化劑(32、 34)之一處產(chǎn)生的產(chǎn)物水流入固定 在第一和第二電極催化劑(32、 34)之間的復(fù)合電解質(zhì)膜(10)的微米孔區(qū)域(18)中所限定的孔中；c、 使所述微米孔區(qū)域(18)限定的所述孔中的所述水流入到由所 述膜(10)的離聚物化合物(16)限定的孔中；和d、 使儲(chǔ)存在所述復(fù)合電解質(zhì)膜(10)的所述水流到所述電極催化 劑(32、 34)的另一個(gè)。
全文摘要
用于燃料電池(30)的復(fù)合電解質(zhì)膜(10)，包括在由膜(10)限定的相對(duì)的第一和第二接觸表面(12、14)之間連續(xù)延伸的離聚物部分(16)。所述離聚物部分是由陽(yáng)離子交換樹(shù)脂組成的水合納米孔的離聚物。所述膜(10)還包括微米孔區(qū)域(18)，其由離聚物化合物(16)和分散在所述離聚物化合物(16)中的區(qū)域(18)中的結(jié)構(gòu)基質(zhì)(20)組成，以限定直徑為0.3-1.0微米的開(kāi)孔。微米孔區(qū)域(18)不在接觸表面(12、14)之間延伸，便于在電極催化劑(32、34)之間的水管理。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101416342SQ200680054132
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者M·L·佩里, R·M·達(dá)林 申請(qǐng)人:Utc電力公司