[发明专利]控制燃料电池电极中的离子交联聚合物和铂的分布的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及的领域包括用于燃料电池中的电极。

背景技术

氢气是一种非常具有吸引力的燃料，因为氢气是清洁能源并且能够被用来在燃料电池中有效地生成电流。汽车工业在发展氢气燃料电池作为车辆的动力源方面付出了很多努力。这些使用氢气燃料电池作为动力源的车辆与现今应用内燃机的车辆相比会更加高效且产生更少的排放。

氢气燃料电池是电化学装置，其包括阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的电解质。阳极接收富含氢气的气体或纯氢气，而阴极接收氧气或空气。氢气在阳极中被分解以形成自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极，在此处质子与阴极中的氧气和电子发生化学反应生成水。来自阳极的电子不能够穿过电解质。因此，电子在被送至阴极之前被导引通过负载以便做功。例如，所述功可用于运转车辆。

通常，若干个燃料电池被组合在燃料电池堆中以生成所需动力。燃料电池堆包括许多双极板。对于前面提到的汽车燃料电池堆来说，所述电池堆可包括大约两百或更多个双极板。燃料电池堆接收阴极反应气体，通常气流在压缩机的作用下被迫通过电池堆。不是所有氧气都被电池堆消耗，一部分空气作为阴极废气被输出，阴极废气中可能包含作为电池堆副产物的液态水。燃料电池堆还接收阳极氢气反应气体，这些氢气反应气体流入电池堆的阳极侧。

发明内容

本发明的一个实施方式包括一种方法，所述方法包括在基材上施加包括碳的第一层墨并使所述第一层墨变干以形成第一电极层，在所述第一电极层上施加包含第二催化剂的第二层墨并使所述第二层墨变干以形成第二电极层，以及在所述第二电极层上施加含有离子交联聚合物溶液的第三层墨并使所述第三层墨变干以形成离子交联聚合物覆层。

方案1、一种方法，包括：

将包括碳的第一层墨施加到基材上；

使所述第一层墨变干以形成第一电极层；

将包括碳的第二层墨施加到所述第一电极层上；

使所述第二层墨变干以形成第二电极层；

将包括离子交联聚合物溶液的第三层墨施加到所述第二电极层上；以及

使所述第三层墨变干以形成离子交联聚合物覆层。

方案2、如方案1所述的方法，其中，所述第一层墨进一步包括第一催化剂，并且所述第二层墨进一步包括第二催化剂。

方案3、如方案1所述的产品，其中，所述第二电极包括催化剂，而所述第一电极不含催化剂。

方案4、如方案1所述的方法，其中，所述基材包括贴花衬垫、气体扩散介质层、多孔层、涂有催化剂的气体扩散介质层或包含催化剂的电极中的至少一种。

方案5、如方案1所述的方法，其中，所述基材包括气体扩散介质层，所述气体扩散介质层包括碳纸或碳毡。

方案6、如方案2所述的方法，其中，所述第一催化剂包括铂、钯、钼、钴、钌、镍、锡、其他铂过渡金属合金或金属化合物中的至少一种。

方案7、如方案2所述的方法，其中，所述第二催化剂包括铂、钯、钼、钴、钌、镍、锡、其他铂过渡金属合金或金属化合物中的至少一种。

方案8、如方案2所述的方法，其中，所述第一催化剂在所述第一层墨中以0.1至40的重量百分比含量存在。

方案9、如方案2所述的方法，其中，所述第二催化剂在所述第二层墨中以40至70的重量百分比含量存在。

方案10、如方案1所述的方法，其中，施加所述第一层墨包括喷涂、浸渍、丝网印刷、轧制、涂覆或刷光所述第一层墨中的至少一项。

方案11、如方案1所述的方法，其中，施加所述第二层墨包括喷涂、浸渍、丝网印刷、轧制、涂覆或刷光所述第二层墨中的至少一项。

方案12、如方案1所述的方法，其中，施加所述第三层墨包括喷涂、浸渍、丝网印刷、轧制、涂覆或刷光所述第三层墨中的至少一项。

方案13、如方案2所述的方法，其中，所述基材包括贴花衬垫。

方案14、如方案13所述的方法，进一步包括将所述贴花衬垫、所述第一电极层、所述第二电极层以及所述离子交联聚合物覆层热压制到聚合电解质膜上，其中，所述离子交联聚合物覆层面向所述聚合电解质膜。

方案15、如方案1所述的方法，其中，所述基材包括气体扩散介质层，在所述气体扩散介质层上有多孔层，所述多孔层包含碳粒子和疏水粘合剂，并且其中将包括碳的所述第一层墨施加到所述基材上包括将所述第一层墨沉积在所述多孔层上。

方案16、一种产品，包括：

第一电极层，所述第一电极层被构造和设置为疏水的；

第二电极层，所述第二电极层在所述第一电极层上并且具有第一面；以及