氢能专利库

本发明涉及具有多层阴极的燃料电池膜电极组件。具体地，本发明提供了具有多层阴极的聚合物电解质膜燃料电池膜电极组件，其中更靠近所述聚合物电解质膜的所述电极第一层比所述电极的更远的第二层更亲水。在一些实施例中，所述第一层包含的聚合物电解质的当量重量的比例所述第二层中所含的聚合物电解质的当量重量低。

本发明涉及含有铈氧化物添加剂的高耐久性燃料电池元件。具体地，本发明提供了一种含有聚合物电解质膜的燃料电池膜电极组件，所述聚合物电解质膜包括高度氟化的聚合物电解质和分散其中的至少一种铈氧化物化合物。此外，提供了一种制备燃料电池聚合物电解质膜的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供含有酸性官能团的高度氟化的聚合物电解质；b)在其中分散至少一种铈氧化物，所述铈氧化物化合物的量为所述聚合物电解质膜总重量的0.01％至5％；和c)然后形成含有所述聚合物电解质的聚合物电解质膜。

本发明涉及一种燃料电池电极层，其可包括催化剂、电子导体和离子导体。在所述电极层中具有多个富含电子导体的网状物和多个富含离子导体的网状物，所述富含离子导体的网状物散布于所述富含电子导体的网状物中。与所述富含电子导体的网状物相比，在所述富含离子导体的网状物中的所述离子导体与所述电子导体的体积比较大。在包括所述电极层的燃料电池的工作过程中，电子的传导主要发生在所述富含电子导体的网状物中，并且离子的传导主要发生在所述富含离子导体的网状物中。

本发明提供了一种通过保持相对于阴极压力、相对于大气压，或相对于两者的减小的阳极压力以改善的水管理的操作燃料电池的方法。通常，所述燃料电池包括含有纳米结构化薄膜阴极催化剂的膜电极组件。

本发明提供了具有多层阴极的聚合物电解质膜燃料电池膜电极组件，其中更靠近所述聚合物电解质膜的所述电极第一层比所述电极的更远的第二层更亲水。在一些实施例中，所述第一层包含的聚合物电解质的当量重量的比例所述第二层中所含的聚合物电解质的当量重量低。

本发明涉及具有电压反转容限的燃料电池纳米催化剂。在一些实施例中，本发明提供具有带有铱的非遮蔽性层的催化剂表面的燃料电池催化剂。在一些实施例中，本发明提供包含带有铱的亚单层的催化剂表面的燃料电池催化剂。在一些实施例中，本发明提供包含催化剂表面的燃料电池催化剂，所述催化剂表面带有平面等效厚度为1至100埃的铱层。在一些实施例中，该燃料电池催化剂包含纳米结构化元件，所述纳米结构化元件包含带有纳米级催化剂粒子的薄膜的微结构化载体晶须。该铱层通常具有1至100埃、更通常为5至60埃的平面等效厚度。该燃料电池催化剂通常不含导电的碳材料，并且通常含有至少一部分零氧化态的铱。

在常规的初始操作和活化处理(预处理)中，通常需要十多个小时或更多的处理时间，并且需要特殊的处理设备和复杂的处理步骤。制备醇的水溶液，然后将用于固体聚合物型燃料电池的膜电极组件(10)与所述醇的水溶液接触，并且用水洗涤所述组件(10)。然后，将膜电极组件(10)夹在双极板(30、31)之间以构造单元电池。将所述单元电池夹在集电板(50、51)之间，叠加夹在所述集电板之间的多个单元电池，然后将所述叠堆压紧并保持在绝缘板(60、61)和端板(70、71)之间以生成固体聚合物型燃料电池。

本发明提供了从纳米结构的燃料电池催化剂回收铂，具体为通过暴露于酸性氧化溶液从而从包括纳米结构单元的、催化剂涂覆的膜中回收铂金属的方法和设备。该方法可另外包括从该酸性氧化溶液中沉淀出铂盐的后续步骤。该方法可另外包括煅烧该铂盐的后续步骤。

描述了通过卷绕法制造采用了垫圈(GIG)燃料电池子组件的气体扩散层的制造方法。将可通过热和压力中的一种或两种进行加工并且具有间隔开的孔隙的材料传送至粘合位置。将第一垫圈层传送至所述粘合位置，其中第一垫圈层使气体扩散层相对于第一垫圈层的间隔开的孔隙进行布置。将所述热/压力可加工材料与所述第一垫圈层和所述气体扩散层对齐。在所述粘合位置处，将所述热/压力可加工材料粘合至所述第一垫圈层和所述气体扩散层。粘合后，所述热/压力可加工材料形成将所述气体扩散层附连至所述第一垫圈层的第二垫圈层。

本发明描述了一种以卷绕法制备燃料电池组件的方法和装置。在各自包括粘合剂的第一和第二衬垫幅材上切出间隔开的孔。将所述第一和第二衬垫幅材传送到输送装置的粘合工位。将包括至少一片电解质膜的膜幅材也传送到所述粘合工位。在所述粘合工位，通过将所述第一和第二衬垫幅材附接到所述膜幅材来形成带衬垫的膜幅材。所述第一衬垫幅材通过所述第一衬垫幅材的粘合剂层附接到所述膜幅材的第一表面。所述第二衬垫幅材通过所述第二衬垫幅材的粘合剂层附接到所述膜幅材的第二表面。

一种由酸性聚合物和经氟化的低挥发性酸形成的电解质膜，所述低挥发性酸基本上不含碱性基团，并且是低聚或非聚合的。

本发明提供了一种含有聚合物电解质膜的燃料电池膜电极组件，所述聚合物电解质膜包括高度氟化的聚合物电解质和分散其中的至少一种铈氧化物化合物。此外，提供了一种制备燃料电池聚合物电解质膜的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供含有酸性官能团的高度氟化的聚合物电解质；b)在其中分散至少一种铈氧化物，所述铈氧化物化合物的量为所述聚合物电解质膜总重量的0.01％至5％；和c)然后形成含有所述聚合物电解质的聚合物电解质膜。

提供了一种包括聚合物电解质膜的燃料电池膜电极组件，所述聚合物电解质膜包括含有结合的阴离子官能团的聚合物，其中所述聚合物电解质膜另外包含铈阳离子。在另一方面，提供了一种包括聚合物电解质膜的燃料电池膜电极组件，所述聚合物电解质膜包括含有结合的阴离子官能团的聚合物，其中所述阴离子官能团的至少一部分为酸形式，并且所述阴离子官能团的至少一部分被铈阳离子中和。在另一方面，提供了一种聚合物电解质膜，其包含聚合物，所述聚合物包含结合的阴离子官能团，其中所述聚合物电解质膜另外包含铈阳离子，并且其中铈阳离子的存在量，基于聚合物电解质中存在的酸性官能团的摩尔量，介于0.001和0.5、更典型地介于0.005和0.2、更典型地介于0.01和0.1、并且更典型地介于0.02和0.05电荷当量之间。

本发明提供了一种燃料电池阴极催化剂，所述阴极催化剂包含纳米结构化元件，所述元件包含承载纳米观催化剂粒子的微结构化支承晶须；其中所述催化剂含有铂和锰以及至少一种其它金属，所述其它金属选自除铂和锰之外的由下列金属组成的组：VIb族金属、VIIb族金属和VIIIb族金属；其中所述催化剂中的铂与所有其它金属的总和的体积比介于约1和约4之间，更通常介于1和4之间，更通常介于约2.5和约3.5之间，更通常介于2.5和3.5之间，并且最通常为约3，并且其中所述Mn含量等于或大于约5微克/cm2的面密度。通常，锰与所述至少一种其它金属的体积比介于10∶90和90∶10之间。在一个实施例中，铂与锰与所述至少一种其它金属的体积比为约6∶1∶1。通常，所述至少一种其它金属为Ni或Co。另外，本发明还提供包含根据本发明所述的燃料电池阴极催化剂的燃料电池膜电极组件(MEA)。另外，本发明还提供了制造本发明所述阴极催化剂的方法。

本发明为包括膜电极组件及垫圈的电化学装置子组件。所述膜电极组件包括电解质膜，所述电解质膜具有第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面以及周边边缘。垫圈在所述周边边缘与所述电解质膜的第一主表面相邻，并具有多个重复结构从所述垫圈表面延伸，延伸长度大于约250微米。

本发明提供了一种制备包含纳米结构成分的负载型催化剂的方法，其中所述纳米结构成分包含具有纳米催化剂颗粒的微结构载体晶须，其中该方法包括步骤a)在氮气的存在下从至少第一碳靶真空沉积材料，和步骤b)从包含至少一种过渡金属的第二靶真空沉积材料，所述第二靶不包含贵金属。在一种实施方式中，在步骤b)之前进行步骤a)。在另一种实施方式中，同时进行步骤a)和b)。通常在没有氧气的情况下进行该沉积步骤。通常，所述过渡金属是铁或钴，最通常是铁。本公开还提供了一种用本方法制备的包含纳米结构成分的负载型催化剂，其中所述纳米结构成分包含具有纳米催化剂颗粒的微结构载体晶须。本公开内容还提供了一种包含本发明负载型催化剂的燃料电池膜电极组件。

本发明提供了一种通过暴露于酸性氧化溶液从而从包括纳米结构单元的、催化剂涂覆的膜中回收铂金属的方法和设备。该方法可另外包括从该酸性氧化溶液中沉淀出铂盐的后续步骤。该方法可另外包括煅烧该铂盐的后续步骤。

本发明提供无需拆卸、灼烧或电解而从燃料电池堆中回收铂金属的方法和设备，其通过向所述堆的至少一个开口引入酸性氧化溶液而实现。所述方法还可包括从所述酸性氧化溶液中沉淀出铂盐的后续步骤。

本发明提供了制造薄膜的方法，该方法包括：提供含离子的聚合物或含离子的聚合物前体的涂层，以及利用微波辐射使该涂层退火以形成薄膜。本发明还提供了制造用于燃料电池的膜电极组合件中的含离子膜的方法，该方法包括：涂覆含离子的聚合物或含离子的聚合物前体的溶液以形成膜电极组合件的浇注膜，以及利用微波使该浇注膜退火。浇注膜可包括例如PEM，其可以被包含在燃料电池组合件中。

燃料电池子组件包括第一和第二流场板，每个流场板包括在多个紧固位置限定处的多个紧固件孔径。膜电极组件位于第一和第二流场板之间并包括在多个紧固位置处限定的多个紧固件孔径，各个紧固件孔径对准以限定紧固孔。由弹性材料形成的点胶成形的紧固件放置在每个紧固孔中。响应于将燃料电池子组件压缩放置，该弹性材料有助于点胶成形的紧固件的体积位移。