專利名稱：制備包括蒸氣阻擋層、氣體擴散層或兩者的膜電極組件的方法
制備包括蒸氣阻擋層、氣體擴散層或兩者的膜電極組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池，常稱為燃料電池，其通過處理第一和 第二反應(yīng)物產(chǎn)生電能。例如，可通過還原含氧氣體和氧化含氫氣體在燃 料電池中產(chǎn)生電能。例如但不是限制，典型的電池包括位于容納各自反
應(yīng)物的一對流場之間的膜電極組件(MEA)。更具體地說，陰極流場板 和陽極流場板可位于MEA的相對側(cè)上。單個電池單元提供的電壓對于 有用的應(yīng)用來說一般太小，因而通常在導(dǎo)電連接的"堆"中排列多個電 池增加電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的電輸出。
膜電極組件一般包括分開MEA的陽極層和陰極層的質(zhì)子交換膜。 MEA —般特征在于在濕條件下增強的質(zhì)子導(dǎo)電性。為了描述本發(fā)明的 內(nèi)容，注意燃料電池和燃料電池堆的 一般構(gòu)造和操作在本發(fā)明的范圍 外。相反，本發(fā)明涉及結(jié)合在電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池中的蒸氣阻擋層、氣體擴 散層以及蒸氣阻擋層和氣體擴散層的組合。關(guān)于燃料電池和燃料電池堆 的一般構(gòu)造和操作，申請人提到覆蓋構(gòu)造燃料電池"堆，，和堆各種部件 的方式的教導(dǎo)的廣泛集合。例如，多個美國專利和公布的申請直接涉及 燃料電池構(gòu)造和相應(yīng)的操作方法。更具體地說，美國專利申請公開 2005/0058864的

圖1和2和伴隨文本提供了 一種燃料電池堆的部件的詳 細說明，該具體主題特意引入本文作為參考。
根據(jù)一種實施方案，提供制備電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法。電化學(xué)轉(zhuǎn)換 組件包括至少一個電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池，其包括膜電極組件、在膜電極組件 相對側(cè)上限定的第一和第二流場部分以及布置在膜電極組件和至少一 個流場部分之間的至少一個蒸氣阻擋層。方法還包括為至少一個蒸氣阻 擋層選擇至少約0.05cm的所需傳質(zhì)系數(shù)(MTC),其中MTC=Dh/Deff, h為蒸氣阻擋層的厚度，D為通過蒸氣阻擋層的自由氣相擴散率，Deff 為通過蒸氣阻擋層的有效擴散率。方法還包括優(yōu)化蒸氣阻擋層孔隙率、 彎曲度和厚度中的一個或多個以在蒸氣阻擋層中產(chǎn)生所需的MTC。
根據(jù)另一種實施方案，提供制備電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法。電化學(xué)轉(zhuǎn) 換組件包括至少一個電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池，其包括膜電極組件、在膜電極組 件相對側(cè)上限定的第一和第二流場部分以及在膜電極組件和流場部分 之間的氣體擴散層。方法還包括為氣體擴散層選擇至少約O.lOcm的所
需傳質(zhì)系數(shù)(MTC),其中MTC=Dh/Deff, h為氣體擴散層的厚度，D 為通過氣體擴散層的自由氣相擴散率，Deff為通過氣體擴散層的有效擴 散率。方法還包括優(yōu)化氣體擴散層孔隙率、彎曲度和厚度中的一個或多 個以在氣體擴散層中產(chǎn)生所需的MTC。
根據(jù)本發(fā)明還一種實施方案，提供制備電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法。電 化學(xué)轉(zhuǎn)換組件包括至少一個電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池，其包括膜電極組件、在膜
電極組件相對側(cè)上限定的第一和第二流場部分、在膜電極組件和流場部
各個蒸氣阻擋層。方法還一包括選擇所需的總傳質(zhì)系數(shù)(MTC總) 其中 氣體擴散層和蒸氣阻擋層限定至少約0.15cm的總傳質(zhì)系數(shù)(MTC總)， 其中
其中hgd!為氣體擴散層的厚度，Dgd!為通過氣體擴散層的自由氣相擴散 率，DgdMf為通過氣體擴散層的有效擴散率，hvw為蒸氣阻擋層的厚度，
Dgdi為通過蒸氣阻擋層的自由氣相擴散率，DvWeff為通過蒸氣阻擋層的有
效擴散率。方法還包括優(yōu)化氣體擴散層、蒸氣阻擋層或兩者的孔隙率、 彎曲度和厚度中的 一個或多個以在氣體擴散層中產(chǎn)生所需的MTC總。
結(jié)合附圖考慮下面的詳細描述，將更充分理解本發(fā)明的方法提供的 其它特征和優(yōu)點。
當結(jié)合下面的圖閱讀時，可最好地理解本發(fā)明示例性實施方案的以 下詳細描述，其中相同結(jié)構(gòu)用相同附圖標記指示，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實施方案的電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池的示意 圖；和
圖2為根據(jù)本發(fā)明的 一 種或多種實施方案的膜電極組件在不同時間 和溫度下的高頻電阻的圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實施方案的燃料電池的調(diào)整高頻電 阻的圖。
利用水合MEA的燃料電池的耐久性強烈取決于MEA中所用聚合 物電解質(zhì)膜的水合狀態(tài)。為了減少膜中質(zhì)子傳導(dǎo)阻力，通常需要保持聚 合物電解質(zhì)膜充分水合。在典型的工作條件下，MEA循環(huán)通過相對濕
的狀態(tài)和相對干的狀態(tài)。這些膜水合循環(huán)在燃料電池起動和關(guān)閉操作期 間和燃料電池操作期間電力需求波動時尤其普遍。
上述水合循環(huán)的一個結(jié)果是MEA機械耐久性的顯著降低。更具體 地說，MEA的疲勞循環(huán)壽命直接與膜應(yīng)力有關(guān)，較高的膜應(yīng)力可以導(dǎo) 致較低的MEA疲勞循環(huán)壽命。而膜應(yīng)力又為從水合到脫水狀態(tài)的水含 量變化和水合/脫水速度的強函數(shù)。因此，本發(fā)明涉及控制燃料電池中水 遷移的改進方式以減少膜性能下降。
參考圖1所示的本發(fā)明實施方案，提供電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池1。電池1 包括膜電極組件10，其包括膜12以及布置在膜12相對側(cè)上的陽極14 和陰極16。電池1還包括限定于膜電極組件IO相對側(cè)上的第一和第二 流場部分40。在一種實施方案中，電池1包括布置在膜電極組件10和 至少一個流場部分40之間的至少一個蒸氣阻擋層20。在另一實施方案 中，電池1包括布置在膜電極組件10相對側(cè)上的至少一個氣體擴散層 30。在具體實施方案中，氣體擴散層30包括基底32和布置在其上的微 孔層34。參考圖1所示的另一種實施方案，電池1可包括蒸氣阻擋層 20和氣體擴散層30兩者。考慮到蒸氣阻擋層20可包封MEA、連接到 MEA上、與MEA形成為一個整體、連接到氣體擴散介質(zhì)以鄰接MEA、 或夾在氣體擴散介質(zhì)和MEA之間。在幾個示例性實施方案中，蒸氣阻 擋層20被粘結(jié)或熱壓到膜電極組件IO上。當構(gòu)建電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池1時， 應(yīng)規(guī)定使蒸氣阻擋層20、MEA10和氣體擴散層30之間的接觸電阻最小， 與蒸氣阻擋層20如何結(jié)合到燃料電池結(jié)構(gòu)內(nèi)無關(guān)。
操作時，可通過從流場40反應(yīng)物氣體通道中的增濕氣流輸送水使 膜電極組件(MEA) 10水合。另夕卜，可利用陰極16處產(chǎn)生的水使MEA IO增濕。當反應(yīng)物氣流具有比MEA IO低的濕度時，可從MEA10輸送 水通過氣體擴散層30到氣體通道，導(dǎo)致膜10的脫水。為了減少膜應(yīng)力 和增加MEA壽命，希望通過控制MEA和反應(yīng)物氣體通道之間材料的傳 質(zhì)系數(shù)減少膜從水合到脫水狀態(tài)的水含量變化和/或減少脫水速度。具體 地說，本發(fā)明涉及控制蒸氣阻擋層20、氣體擴散層30或兩者的傳質(zhì)系 數(shù)。
傳質(zhì)系數(shù)(MTC)由下面的方程定義
其中h為氣體擴散層或蒸氣阻擋層的厚度，D為自由氣相擴散率，Deff 為氣體擴散層或蒸氣阻擋層中的有效擴散率。當MTC增加時，蒸氣輸 送速度降低，這導(dǎo)致在燃料電池操作條件變化時膜的水合變化較慢。 D/Deff的比被認為是材料性質(zhì)，其為蒸氣阻擋層或氣體擴散層的孔隙率 和彎曲度的函數(shù)，并應(yīng)與不同氣體一致。應(yīng)注意到，控制MTC的物理 事件是水蒸氣通過蒸氣阻擋層或氣體擴散層的擴散，這由貫穿蒸氣阻擋
層或氣體擴散層厚度的水蒸氣的濃度梯度推動。還應(yīng)注意到，擴散性質(zhì) 實質(zhì)上不同于滲透性。在滲透物理學(xué)中，可通過貫穿蒸氣阻擋層或氣體 擴散層厚度的壓力梯度推動的對流輸送水通過蒸氣阻擋層。由于在燃料 電池中，從氣流通道到MEA 10的壓力梯度非常#0因此水輸送應(yīng)由水 蒸氣的擴散控制，這直接涉及本發(fā)明中定義的MTC。在燃料電池研究 中，通常利用氧氣輸送得到D/Deff。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉這一點， 自由氧氣擴散率D02可容易地利用已知氣體組成來計算[Wilke， C.R. 1950, Chemical Engineering Progress 46: 95-104]。另一方面，只能乂人i式 驗得到有效氧氣擴散率Deffo2。限制電流法(limiting current method)是 確定有效氧氣擴散率的最常用實驗，并可以寫為
D丄x丄 w 4, C。，
其中F為法拉第常數(shù)；h為氣體擴散層的厚度；i^為限制電流；和C02 為流場中的氧氣濃度?？稍诰哂?cm2有效面積和高化學(xué)計量以提供均 勻電池氧氣濃度的燃料電池中進行限制電流法。然后當電池在低電壓例 如0.1V工作時可測量限制電流。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，蒸氣阻擋層20的MTC限定了至少約 0.05cm的值。通過優(yōu)化蒸氣阻擋層20的孔隙率、蒸氣阻擋層20的彎曲 度、蒸氣阻擋層20的厚度或它們的組合得到這種所需的MTC值。本文 使用的"優(yōu)化"指升高或降低孔隙率、彎曲度、厚度或它們的組合。除 了獲得所需的MTC外，最小化蒸氣阻擋層20的厚度可減小蒸氣阻擋層 20的電阻。彎曲度被定義為多孔介質(zhì)中孔通道的有效長度對平行于孔通 道總體方向的長度的比的平方。可通過使用不同的技術(shù)試驗確定彎曲
度，如傳導(dǎo)和擴散技術(shù)、離子傳遞時間技術(shù)和孔分布技術(shù)，這是本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所熟悉的。
還可仔細選擇蒸氣阻擋層20的材料以確保獲得至少0.05cm的 MTC。這些材料可包括金屬、碳基材料或它們的組合。在一種實施方案 中，蒸氣阻擋層20包括碳纖維、片或它們的組合。 一種合適的材料可 為CarbelTM MP30Z氣體擴散介質(zhì)，可從WL Gore和Associates, Inc得 到，它的厚度和孔隙率已被優(yōu)化獲得所需MTC。例如，參考圖2，其中 繪制常規(guī)MEA和Carbel 增強的MEA的高頻電阻(HFR)對時間的曲 線，測試結(jié)果表明，在0.2A/cn^的電流密度下，當利用Carbel 蒸氣阻 擋層時，膜HFR的變化急劇降低。由于HFR與膜水合或水含量有關(guān)， 因此較高的HFR波動會指示較高脫水速度下的較高水合變化程度。因 此，用CarbelTM蒸氣阻擋層增強的MEA被期望在燃料電池堆中明顯不 太易于針孔形成和交叉滲漏。用于產(chǎn)生所需MTC值的替代材料包括石 墨薄片、具有孔的金屬箔和與填充內(nèi)含物疊層以調(diào)整例如減小孔隙率的
碳纖維或顆粒。典型的填充內(nèi)含物包括含氟聚合物如PTFE或FEP、碳 顆粒、可碳化熱固性樹脂、離聚物等。蒸氣阻擋層20可包括各種厚度， 只要厚度不降低MTC至低于約0.05cm即可。在一種實施方案中，蒸氣 阻擋層20可包括至多100pm的厚度。在其它實施方案中，優(yōu)化的蒸氣 阻擋層20可包括在約20%至約70%之間的孔隙率，和約4至約IO之間 的彎曲度。
如圖3所示，在所需MTC下的蒸氣阻擋層20限定的調(diào)整的高頻電 阻(HFR)比限定低于0.05cm的MTC的蒸氣阻擋層小至少50%。通過 稱為AC阻抗光謙法的方法測量HFR，并一般在lk Hz頻率下進行。通 過從測量的HFR中減去蒸氣阻擋層的體積電阻、MEA和蒸氣阻擋層之 間的接觸電阻以及氣體擴散層和蒸氣阻擋層之間的接觸電阻確定蒸氣 阻擋層存在時調(diào)整的高頻電阻。蒸氣阻擋層的體積電阻、MEA和蒸氣 阻擋層之間的接觸電阻以及氣體擴散層和蒸氣阻擋層之間的接觸電阻 基本不變，盡管膜導(dǎo)電率變化，HFR以及調(diào)整的HFR是燃料電池中歐 姆電阻的指示。根據(jù)本發(fā)明，HFR的變化為MEA中質(zhì)子阻力變化的指 示，這又提供了膜中水合變化的指示。HFR變化越快，將表明MEA的 水合或脫水越快。通過控制MTC降低HFR,使電池l經(jīng)受較少的脫水 狀態(tài)，從而增加了電池壽命并減少了膜應(yīng)力。在利用氣體擴散層30的實施方案中，保持MTC至少大于0.10cm。 如圖1的實施方案中所示，氣體擴散層30可包括多個層，例如，基底 32和連在其上的微孔層?；?2包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的各種 材料。在一種實施方案中，氣體擴散層30可包括碳紙、碳纖維、含氟 聚合物和它們的組合。參考圖l的實施方案，基底32可包括碳基材料， 微孔層可包括含氟聚合物。還考慮各種厚度，例如，氣體擴散層30可 包括約150jum至約250jum之間的厚度。在另一實施方案中，優(yōu)化的
之間的彎曲度。在一對示例性實施方案中，氣體擴散層30可包括厚度 230 iu m的SGL Carbon Group生產(chǎn)的SGL25BC⑧或厚度190 ju m的Toray Industries, Inc生產(chǎn)的Toray TGP-H-060 。
參考圖1的實施方案，其包括蒸氣阻擋層和氣體擴散層，電池l包 括至少約0.15cm的傳質(zhì)系數(shù)(MTC g.)，其由氣體擴散層和蒸氣阻擋層 限定。MTCU定義如下<formula>formula see original document page 9</formula>
其中hgdi為氣體擴散層的厚度，Dgdi為通過氣體擴散層的自由氣相擴散 率，Dg化ff為通過氣體擴散層的有效擴散率，h錫為蒸氣阻擋層的厚度，
D誠為通過蒸氣阻擋層的自由氣相擴散率，DvWeff為通過蒸氣阻擋層的有
效擴散率。為了獲得超過0.15cm的MTC總，可調(diào)整氣體氣體擴散層、 蒸氣阻擋層或兩者的一種或多種性質(zhì)，即孔隙率、厚度、彎曲度。
上述實施方案可減少燃料電池堆中的交叉泄漏并增加電池壽命。如
阻擋層，則即使燃料電池的工作條件會以其它)式指示膜二合:明=波 動，也能顯著提高電池壽命。在這樣做時，考慮可通過減少燃料電池堆 中的膜水合波動、大量針孔形成源和交叉泄漏來增加堆耐久性。
為了說明蒸氣阻擋層的益處，進行相對濕度循環(huán)試驗以評價有和沒 有Carbel MP30Z的MEA的疲勞壽命。在兩個試驗中，氣體擴散層分 別在MEA的陽極和陰極側(cè)包括Toray TGP-H-060 和Toray TGP-H-060 。通過在非工作燃料電池中的膜上間歇性流過濕和干惰性 氣體進行RH循環(huán)試-瞼。在使用流場的50cn^電池中構(gòu)建陽極和陰極鉑
載量為0.5mg/m一的膜電極組件，流場具有^皮2mm寬凸起分開的2mm 寬直通道。將膜電極組件壓縮在兩片市售碳纖維氣體擴散介質(zhì)之間。循 環(huán)包括在膜電極組件的陽極和陰極側(cè)上使2.0標準升每分鐘(SLPM )的 00/o相對濕度(RH)空氣流動2分鐘，然后在電池兩個側(cè)上使2.0SLPM 的過飽和濕空氣流動2分鐘。試驗在80。C下等溫運行，沒有背壓。為了 確保發(fā)生的任何失效都只由機械應(yīng)力引起，不使用氬氣，也不在試驗期 間從電池引出電流。通過定期測量電池一側(cè)上施加了 3psi壓力時膜上的 空氣流，來確定膜失效。圖3圖示了干燥循環(huán)期間調(diào)整的HFR。明顯看 出，具有蒸氣阻擋層的電池具有慢得多的HFR變化速度，這引起較低的 膜應(yīng)力。結(jié)果，具有蒸氣阻擋層的電池在達到10SCCM (標準立方厘米 每分鐘)的氣體交叉泄漏前具有長80%的壽命。在上述兩個例子中，氣 體擴散層具有O.llcm的MTC值，蒸氣阻擋層具有0.05cm的MTC,從 而產(chǎn)生0.16cm的總MTC。
關(guān)于燃料電池和燃料電池堆的一般構(gòu)造和操作，申請人提到覆蓋構(gòu) 造燃料電池"堆"和堆各種部件的方式的教導(dǎo)的廣泛集合。例如，多個 美國專利和公布的申請直接涉及燃料電池構(gòu)造和相應(yīng)的操作方法。更具 體地說，美國專利申請公開2005/0058864的圖l和2和伴隨文本提供了 燃料電池堆的部件的詳細說明。另外，美國專利申請7>開2004/0137299 和2004/0229100也提供了燃料電池堆的結(jié)構(gòu)的詳細說明。本文^|入這些 公開各自的公開內(nèi)容作為參考，直到它們涉及燃料電池堆一般結(jié)構(gòu)的程 度。
為了描述和限定本發(fā)明，注意本文中使用術(shù)語"基本"來代表可歸 因于任何數(shù)量比較、值、測量或其它表達的不確定性的固有程度。本文 中還使用術(shù)語"基本"表示數(shù)量表達可從指定基準變化而不會導(dǎo)致所討 論主題基本功能變化的程度。還注意到，術(shù)語如"優(yōu)選"、"通常"和 "一般"在本文中不用于限制所要求發(fā)明的范圍或表明一些特征對于所 要求發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能是關(guān)鍵的、必需的或甚至重要的。相反，這些術(shù) 語僅僅用于強調(diào)可在本發(fā)明的具體實施方案中可使用或可不使用的替 代或附加特征。
已經(jīng)詳細并結(jié)合其具體實施方案描述了本發(fā)明，但變化和改變顯然 是可以的，只要不脫離附加權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍即可。更具 體地，盡管本發(fā)明的一些方面在本文中被確定為優(yōu)選的或尤其有利的，
但應(yīng)考慮到本發(fā)明沒有必要限于這些優(yōu)選的發(fā)明方面。
權(quán)利要求
1.一種制備電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法，包括提供包括至少一個電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件，所述電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池包括膜電極組件、在膜電極組件相對側(cè)上限定的第一和第二流場部分、以及布置在所述膜電極組件和至少一個所述流場部分之間的至少一個蒸氣阻擋層；為所述至少一個蒸氣阻擋層選擇至少約0.05cm的所要求的傳質(zhì)系數(shù)(MTC)，其中MTC＝Dh/Deff，h為蒸氣阻擋層的厚度，D為通過蒸氣阻擋層的自由氣相擴散率，Deff為通過蒸氣阻擋層的有效擴散率；和優(yōu)化所述蒸氣阻擋層的孔隙率、彎曲度和厚度中的一個或多個以在所述蒸氣阻擋層中產(chǎn)生所要求的MTC。
2. 根據(jù)權(quán)利要泉1的方法，其中優(yōu)化的蒸氣阻擋層包括至多100 ym的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中優(yōu)化的蒸氣阻擋層包括約20%至 約70%之間的孔隙率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中優(yōu)化的蒸氣阻擋層包括約4至約 IO之間的彎曲度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將蒸氣阻擋層粘合性結(jié)合到膜 電極組件上以減'J 、橫跨它們之間界面的電阻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括熱壓蒸氣阻擋層到膜電極組件 上以減少對黃跨它們之間界面的電阻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中蒸氣阻擋層包括金屬或石墨。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蒸氣阻擋層包括碳纖維、碳片或 它們的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蒸氣阻擋層包括填料材料，填料 材料包括含氟聚合物、碳顆粒、可碳化熱固性樹脂、離聚物或它們的組合。
10. —種制備電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法，包括提供包括至少一個電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件，所述電化學(xué) 轉(zhuǎn)換電池包括膜電極組件、在膜電極組件相對側(cè)上限定的第 一和第二流 場部分、以及在膜電才及組件和流場部分之間的氣體擴散層；為所述氣體擴散層選擇至少約O.lOcm的所需傳質(zhì)系數(shù)(MTC)， 其中MTC=Dh/Deff,其中h為氣體擴散層的厚度，D為通過氣體擴散層 的自由氣相擴散率，Deff為通過氣體擴散層的有效擴散率；和優(yōu)化氣體擴散層的孔隙率、彎曲度和厚度中的一個或多個以在氣體 擴散層中產(chǎn)生所要求的MTC。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述氣體擴散層包括基底層和 設(shè)置在其上的微孔層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中氣體擴散層包括碳紙、碳纖維、 含氟聚合物和它們的組合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述優(yōu)化的氣體擴散層包括在 約150 m m至約250 ju m之間的厚度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述優(yōu)化的氣體擴散層包括約 20%至約70%的孔隙率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述優(yōu)化的氣體擴散層包括約4 至約10的孔隙率。
16. —種制備電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法，包括提供包括至少一個電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件，所述電化學(xué) 轉(zhuǎn)換電池包括膜電極組件、在膜電極組件相對側(cè)上限定的第 一和第二流 場部分、在膜電極組件和在膜電極組件相對側(cè)上的流場部分之間的各個 氣體擴散層、以及在各個氣體擴散層和膜電極組件之間的各個蒸氣阻擋 層；選擇所要求的總傳質(zhì)系數(shù)(MTC,g.),其中氣體擴散層和蒸氣阻擋 層限定至少約0.15cm的總傳質(zhì)系數(shù)(MTC總)，其中其中hgdl為氣體擴散層的厚度，Dgdl為通過氣體擴散層的自由氣相擴散 率，Dgd威為通過氣體擴散層的有效擴散率，hvw為蒸氣阻擋層的厚度，D謝為通過蒸氣阻擋層的自由氣相擴散率，D謝eff為通過蒸氣阻擋層的有效擴散率；和優(yōu)化氣體擴散層、蒸氣阻擋層或兩者的孔隙率、彎曲度和厚度中的 一個或多個以產(chǎn)生所要求的MTC總。
全文摘要
提供了制備包括電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件的方法。電化學(xué)轉(zhuǎn)換電池包括膜電極組件、限定于膜電極組件相對側(cè)上的第一和第二流場部分以及布置在膜電極組件和至少一個流場部分之間的至少一個蒸氣阻擋層。方法還包括為所述至少一個蒸氣阻擋層選擇至少約0.05cm的所需傳質(zhì)系數(shù)MTC，和優(yōu)化蒸氣阻擋層的孔隙率、彎曲度和厚度中的一個或多個以在蒸氣阻擋層中產(chǎn)生所需的MTC。
文檔編號H01M4/86GK101351910SQ200680042961
公開日2009年1月21日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者B·拉克什馬南, D·P·米勒, P·-Y·A·創(chuàng), S·R·富勒, Y·賴 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司