[发明专利]燃料电池的薄膜电极组件用的流场结构

权利要求书

1.一种电化学燃料电池，具有一薄膜电极组件和与之邻接的流场，其中该流场由孔隙率至少为50％且平均孔径至少为35μm的导电多孔材料构成。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其中多孔材料的厚度至少为20密耳，并且一块3英寸乘3英寸的此材料在垂直保持于3/16英寸深的水中时每克材料能够在10秒内吸收至少0.5g水。

3.如权利要求2所述的燃料电池，其中多孔材料的厚度至少为20密耳并且每克材料能够吸收至少1g水。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其中流场具有至少75％的孔隙率。

5.如权利要求1所述的燃料电池，其中流场具有至少80％的孔隙率。

6.如权利要求1所述的燃料电池，其中流场具有至少45μm的平均孔径。

7.如权利要求1所述的燃料电池，其中流场具有至少50μm的平均孔径。

8.如权利要求1所述的燃料电池，其中流场具有不大于250μm的平均孔径。

9.如权利要求1所述的燃料电池，其中薄膜电极组件包含一固态聚合物薄膜，在此薄膜至少一侧具有至少两层活性催化颗粒油墨，其中至少两层活性催化颗粒油墨含有侧链具有磺酸基的聚四氟乙烯聚合物，其当量相差超过50，并且其中具有最高当量的层位于靠近流场处。

10.如权利要求9所述的燃料电池，其中多孔材料具有至少80％的孔隙率和至少50μm的平均孔径。

11.如权利要求10所述的燃料电池，其中多孔材料的厚度至少20密耳，并且一块3英寸乘3英寸的此材料在垂直保持于3/16英寸深的水中时每克材料能够在10秒内吸收至少1g水。

12.一种电池堆组件，包括至少3个串联安装的权利要求1的燃料电池。

13.如权利要求12所述的组件，其中其燃料电池的重复单元如图2所示。

14.一种薄膜电极组件，具有一离子交换薄膜，和位于该薄膜同一侧的至少两层活性层；其中活性层包括活性催化颗粒和离聚物；这些层中离聚物的平均当量相差至少50；并且位于最靠近薄膜的活性层含有较低平均当量的离聚物。

15.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中其活性层含有至少99％重量的活性催化颗粒和离聚物的混合物。

16.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层厚度为至少1μm。

17.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层厚度为至少5μm。

18.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层厚度为至少10μm。

19.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层厚度不大于30μm。

20.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层具有至少30％的孔隙率。

21.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层具有至少50％的孔隙率。

22.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层平均孔径在0.01μm至10μm范围内。

23.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性层平均孔径在0.03μm至0.5μm范围内。

24.如权利要求14所述的薄膜电极组件，其中活性催化颗粒的用量足以在薄膜的阴极端提供在0.05mg/cm²至0.45mg/cm²范围内的填充量，并在薄膜的阳极端提供在0.01mg/cm²至0.15mg/cm²范围内的填充量。

25.一种薄膜电极组件，具有一离子交换薄膜，和位于该薄膜一侧的至少一层活性层；其中该活性层包括(a)活性催化颗粒，和(b)具有从650至950范围的当量并且在低于100℃的温度下基本上不溶于水的离聚物。

26.如权利要求25所述的薄膜电极组件，其中其活性层含有至少99％重量的活性催化颗粒和离聚物的混合物。

27.如权利要求25所述的薄膜电极组件，其中活性层厚度为至少1μm。