[发明专利]基于电镀光聚合物的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池部件，且更具体地涉及一种用辐射敏感材料制造燃料电池部件的方法。

背景技术

已提出将燃料电池作为用于电动车辆和各种其他应用的清洁、高效并且环境负责的功率源。单独的燃料电池可串联堆叠到一起，以形成用于各种应用的燃料电池组。燃料电池组能够供应足够给车辆提供动力的电量。尤其地，燃料电池组已被确定为用于现代汽车的传统内燃发动机的潜在替代物。

一种燃料电池是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部件：电解质膜；以及一对电极，包括阴极和阳极。电解质膜被夹在电极之间，以形成膜电极组件(MEA)。MEA通常设置在诸如碳纤维纸的多孔扩散介质(DM)之间，这便于诸如氢到阳极和氧到阴极的反应物的输送。在电化学燃料电池反应中，氢在阳极中被催化地氧化，以产生自由自由质子和电子。质子通过电解质转到阴极。来自阳极的电子不能穿过电解质膜，而是通过诸如电动机的电负载作为电流被引导至阴极。质子在阴极中与氧和电子反应，以产生水。

理想的是，由辐射敏感材料制造燃料电池和相关的燃料电池部件。在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/339,308中描述了由辐射敏感材料形成的结构诸如微桁架结构，该美国专利申请的全部公开在此以参考的方式并入。在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/341,062、12/341,105、12/603,147、12/466,646、12/466,405和12/603,120中还描述了辐射固化的燃料电池部件的形成，所述美国专利申请的全部公开内容在此以参考的方式并入。

由辐射敏感材料形成的已知的燃料电池在扩散介质特征上具有比流场特征上的导电电镀相对更薄的导电电镀。通常还在相应的电镀过程之间执行其他制造过程，以便形成辐射固化燃料电池的额外特征。这些额外过程步骤是不合需要的并增加制造复杂性。

存在对由辐射敏感材料制成的燃料电池部件以及用于以最少的工过程步骤制造燃料电池部件的方法的持续需求，所述燃料电池部件将扩散介质和双极板集成到单个部件中。期望地，燃料电池部件和方法便于连续的过程步骤序列，允许在单个步骤中的所有未固化的辐射敏感材料的去除，并允许用于燃料电池部件的扩散介质和流场的单个电镀过程。

发明内容

根据本发明，令人惊讶地发现了一种由辐射敏感材料制成的燃料电池部件和一种用于以最少量的过程步骤制造该燃料电池部件的相关方法，所述燃料电池部件将扩散介质和双极板结合成单个部件，而所述相关方法便于连续的过程序列，允许在单个步骤中的所有未固化的辐射敏感材料的去除，并允许用于燃料电池部件的扩散介质和流场的单个电镀过程。

在第一实施例中，燃料电池部件包括具有第一表面和第二表面的导电衬底。第一表面与第二表面设置在导电衬底的相反侧上。第一流体分配层具有设置在导电衬底的第一表面上的多个第一通道和多个第二通道。第二流体分配层设置在导电衬底的第二表面上。盖层设置在第一流体分配层上。第一流体分配层的第一通道被盖层覆盖。第一流体分配层的第二通道没有被盖层覆盖。第三流体分配层设置在盖层上。盖层将第一流体分配层的第一通道与第三流体分配层分开。第一流体分配层的第二通道与第三流体分配层流体连通。提供一对扩散介质层，并且该对扩散介质层包括第一扩散介质层和第二扩散介质层。第一扩散介质层设置在第三流体分配层上。第二扩散介质层设置在第二流体分配层上。

在另一实施例中，燃料电池包括具有设置在其间的膜电极组件的一对燃料电池部件。

在另一实施例中，一种用于制造燃料电池部件的方法包括步骤：提供具有第一表面和第二表面的导电衬底，第一表面和第二表面设置在导电衬底的相反侧上；将多层辐射敏感材料设置在导电衬底的第一表面和第二表面上；在导电衬底的第一表面上形成具有多个第一通道和多个第二通道的第一流体分配层；在导电衬底的第二表面上形成第二流体分配层；在第一流体分配层上形成盖层，第一流体分配层的第一通道被盖层覆盖，而第一流体分配层的第二通道没有被盖层覆盖；在盖层上形成第三流体分配层，盖层将第一流体分配层的第一通道与第三流体分配层分开，第一流体分配层的第二通道与第三流体分配层流体连通；以及形成包括第一扩散介质层和第二扩散介质层的一对扩散介质层，第一扩散介质层形成在第三流体分配层上，而第二扩散介质层形成在第二流体分配层上。通过选择性地使所述多层辐射敏感材料暴露于来自至少一个辐射源的多个辐射束执行形成第一流体分配层、第二流体分配层、盖层、第三流体分配层和所述一对扩散介质层的步骤。

本发明还提供如下方案：

1. 一种燃料电池部件，包括：