權(quán)利要求

1.一種燃料電池用集成板，其特征在于：包括功能部分(10)，所述功能部分(10)設(shè)有至少兩層層疊設(shè)置的功能層，至少兩層所述功能層均為由導(dǎo)熱導(dǎo)電材料制成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，至少兩層所述功能層中的孔均為平均孔徑為微納米級的三維通孔，且至少兩層所述功能層中的所述三維通孔相貫通，以形成供氣、液傳輸?shù)娜S毛細孔道;

且以所述集成板設(shè)置于燃料電池的催化層外側(cè)的狀態(tài)為基準，所述功能部分(10)中的至少兩層所述功能層沿內(nèi)外方向?qū)盈B設(shè)置，且至少兩層所述功能層中的所述三維通孔的平均孔徑還從外向內(nèi)依次遞減，即：所述功能部分(10)中的所述三維通孔的平均孔徑呈現(xiàn)梯度分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用集成板，其特征在于：所述功能部分(10)中，位于最外層的一所述功能層中的所述三維通孔的平均孔徑與位于最內(nèi)層的一所述功能層中的所述三維通孔的平均孔徑相差至少一個數(shù)量級。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池用集成板，其特征在于：所述功能部分(10)由兩層所述功能層組成，將兩層所述功能層分別定義為第一功能層(101)和第二功能層(102)，所述第一功能層(101)位于所述第二功能層(102)的內(nèi)側(cè)，且所述第一功能層(101)中的所述三維通孔的平均孔徑為2～3μm，所述第二功能層(102)中的所述三維通孔的平均孔徑為35～40μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池用集成板，其特征在于：位于最外層的一所述功能層的孔隙率為30%～90%;位于最內(nèi)層的一所述功能層的孔隙率為40%～80%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用集成板，其特征在于：所述功能部分(10)為一體式結(jié)構(gòu);

所述功能部分(10)中，至少兩層所述功能層的材質(zhì)相同，至少兩層所述功能層的厚度均為30～100μm，且至少兩層所述功能層的厚度值相同或各不相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用集成板，其特征在于：還設(shè)有支撐部分(11)，所述支撐部分(11)設(shè)置于所述功能部分(10)的最外層的一所述功能層外側(cè)上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池用集成板，其特征在于：所述支撐部分(11)采用厚度為20～40μm的不銹鋼片;所述支撐部分(11)通過高溫燒結(jié)或焊接方式與所述功能層固定連接在一起。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池用集成板，其特征在于：所述功能部分(10)配置為兩組，兩組所述功能部分(10)呈鏡像對稱設(shè)置，所述支撐部分(11)固定設(shè)置于兩組所述功能部分(10)之間。

9.一種燃料電池用集成板的制作方法，其特征在于：包括以下制作步驟：

S1：制作功能部分(10);

配制漿料A和漿料B，其中，按重量百分含量計，所述漿料A包括50%～65%的金屬粉料、10%～20%的粘結(jié)劑、3%～7%的去離子水、6%～10%的有機溶劑和15%～20%的造孔劑，所述漿料B包括55%～75%的金屬粉料、8%～20%的粘結(jié)劑、2%～8%的去離子水、6%～12%的有機溶劑和6%～11%的造孔劑，且所述金屬粉料采用粒徑為0.5～50μm的細鎳粉或超細鎳粉;

利用所述漿料A和所述漿料B加工制得呈現(xiàn)為兩層復(fù)合結(jié)構(gòu)的坯料，即：所述坯料由兩層層疊設(shè)置的功能層雛體構(gòu)成;其中，兩層所述功能層雛體均為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩層所述功能層雛體中的孔為平均孔徑為微納米級的三維通孔、并相互貫通，且兩層所述功能層雛體中的所述三維通孔的平均孔徑不相同、并呈梯度分布;

對所述坯料進行熱機械處理，即制得所述功能部分(10);相應(yīng)的，將經(jīng)熱機械處理后的所述功能層雛體定義為功能層;

S2：提供支撐部分(11)，所述支撐部分(11)采用厚度為20～40μm的不銹鋼片;將所述支撐部分(11)以直接貼靠于平均孔徑相對大的一所述功能層上的方式與所述功能部分(10)層疊設(shè)置后，通過高溫燒結(jié)或焊接方式固定連接在一起，即制得所述集成板。

10.一種電池膜電極，其特征在于：包括如權(quán)利要求1-8中任一項所述的燃料電池用集成板和覆設(shè)于所述燃料電池用集成板的最內(nèi)層的一所述功能層內(nèi)側(cè)上的催化膜層(2)。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池膜電極，其特征在于：所述催化膜層(2)通過噴涂、濺射或電鍍工藝覆設(shè)于所述功能層內(nèi)側(cè)上，且所述功能層內(nèi)側(cè)上每單位面積含有的所述催化膜層(2)的附著量為0.01～0.2mg/cm2。

12.一種燃料電池，其特征在于：包括電池單元，所述電池單元設(shè)有從內(nèi)向外依次層疊設(shè)置的質(zhì)子交換膜(3)、催化層(4)和集成板(1)，所述集成板(1)采用如權(quán)利要求1-8中任一項所述的燃料電池用集成板。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及氫燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池用集成板及其制作方法、電池膜電極、燃料電池。

背景技術(shù)

[0002]氫燃料電池常用的質(zhì)子交換膜燃料電池(簡稱為PEMFC)，是以氫氣為燃料、通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料(氫和氧)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、零排放、無噪聲等優(yōu)點。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)主要包括雙極板、擴散層、催化層和質(zhì)子交換膜四個部分，其中，雙極板在質(zhì)子交換膜燃料電池中起到支撐電極、提供輸送氫氣和氧氣的通道、排出電化學(xué)反應(yīng)生成的水、實現(xiàn)電極與外電路連通、進行散熱等作用;擴散層為氣體從雙極板擴散到催化層提供相應(yīng)的通道;催化層主要采用納米金屬鉑材料制成，便于實現(xiàn)氫解析為原子及質(zhì)子;質(zhì)子交換膜具有阻止陰極與陽極之間的氣體相通、對水合的質(zhì)子具有良好的導(dǎo)通性并釋放電子形成電能，濕潤的質(zhì)子交換膜即相當于燃料電池的電解質(zhì)。總之，質(zhì)子交換膜燃料電池的上述四個部分可實現(xiàn)分別從兩個不同方向傳輸過來的氫和氧在質(zhì)子交換膜上進行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的水(氣)又通過擴散層等流層排出。

[0003]在現(xiàn)有的質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)中，雙極板主要采用石墨雙極板、不銹鋼雙極板、或者由石墨與高分子材料復(fù)合成型的復(fù)合雙極板結(jié)構(gòu)，擴散層通常采用碳紙。然而，現(xiàn)有的雙極板與擴散層組合結(jié)構(gòu)在應(yīng)用時存在有以下不足之處：

①雙極板和擴散層的整體毛細效果或梯度毛細力的作用不可控，易產(chǎn)生“水淹”現(xiàn)象(即為水汽堵塞孔道)。

[0004]②氣體從雙極板傳輸?shù)綌U散層、再傳輸?shù)酱呋瘜拥目讖阶兓瘡?fù)雜，造成氣體分布不均勻。

[0005]③因擴散層采用碳紙，而碳紙是由碳的混雜短纖維構(gòu)成，具有相對柔軟、孔徑不規(guī)則且非常大等缺點。當將碳紙設(shè)置于雙極板與催化層之間時，不僅存在碳紙分別與雙極板及催化層間的界面結(jié)合相對比較難的問題，還會因表層結(jié)構(gòu)相對粗大，造成催化層相對較厚，使得成本增加的同時、還使得催化效果受到影響。

[0006]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

[0007]為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種燃料電池用集成板及其制作方法、電池膜電極、燃料電池，該制作方法簡單、合理，可實現(xiàn)自動化、規(guī)模化、加工成本低的加工生產(chǎn)，且所得集成板集成了均勻?qū)狻⒘己玫呐潘?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、以及結(jié)構(gòu)超薄化/一體化等多項功能，很好的滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。

[0008]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種燃料電池用集成板，包括功能部分，所述功能部分設(shè)有至少兩層層疊設(shè)置的功能層，至少兩層所述功能層均為由導(dǎo)熱導(dǎo)電材料制成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，至少兩層所述功能層中的孔均為平均孔徑為微納米級的三維通孔，且至少兩層所述功能層中的所述三維通孔相貫通，以形成供氣、液傳輸?shù)娜S毛細孔道;

且以所述集成板設(shè)置于燃料電池的催化層外側(cè)的狀態(tài)為基準，所述功能部分中的至少兩層所述功能層沿內(nèi)外方向?qū)盈B設(shè)置，且至少兩層所述功能層中的所述三維通孔的平均孔徑還從外向內(nèi)依次遞減，即：所述功能部分中的所述三維通孔的平均孔徑呈現(xiàn)梯度分布。

[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述功能部分中，位于最外層的一所述功能層中的所述三維通孔的平均孔徑與位于最內(nèi)層的一所述功能層中的所述三維通孔的平均孔徑相差至少一個數(shù)量級。

[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述功能部分由兩層所述功能層組成，將兩層所述功能層分別定義為第一功能層和第二功能層，所述第一功能層位于所述第二功能層的內(nèi)側(cè)，且所述第一功能層中的所述三維通孔的平均孔徑為2～3μm，所述第二功能層中的所述三維通孔的平均孔徑為35～40μm。

[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，位于最外層的一所述功能層的孔隙率為30%～90%;位于最內(nèi)層的一所述功能層的孔隙率為40%～80%。

[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述功能部分為一體式結(jié)構(gòu);

所述功能部分中，至少兩層所述功能層的材質(zhì)相同，至少兩層所述功能層的厚度均為30～100μm，且至少兩層所述功能層的厚度值相同或各不相同。

[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，還設(shè)有支撐部分，所述支撐部分設(shè)置于所述功能部分的最外層的一所述功能層外側(cè)上。

[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述支撐部分采用厚度為20～40μm的不銹鋼片;所述支撐部分通過高溫燒結(jié)或焊接方式與所述功能層固定連接在一起。

[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，所述功能部分配置為兩組，兩組所述功能部分呈鏡像對稱設(shè)置，所述支撐部分固定設(shè)置于兩組所述功能部分之間。

[0016]本發(fā)明還提供了一種燃料電池用集成板的制作方法，包括以下制作步驟：

S1：制作功能部分;

配制漿料A和漿料B，其中，按重量百分含量計，所述漿料A包括50%～65%的金屬粉料、10%～20%的粘結(jié)劑、3%～7%的去離子水、6%～10%的有機溶劑和15%～20%的造孔劑，所述漿料B包括55%～75%的金屬粉料、8%～20%的粘結(jié)劑、2%～8%的去離子水、6%～12%的有機溶劑和6%～11%的造孔劑，且所述金屬粉料采用粒徑為0.5～50μm的細鎳粉或超細鎳粉;

利用所述漿料A和所述漿料B加工制得呈現(xiàn)為兩層復(fù)合結(jié)構(gòu)的坯料，即：所述坯料由兩層層疊設(shè)置的功能層雛體構(gòu)成;其中，兩層所述功能層雛體均為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩層所述功能層雛體中的孔為平均孔徑為微納米級的三維通孔、并相互貫通，且兩層所述功能層雛體中的所述三維通孔的平均孔徑不相同、并呈梯度分布;

對所述坯料進行熱機械處理，即制得所述功能部分;相應(yīng)的，將經(jīng)熱機械處理后的所述功能層雛體定義為功能層;

S2：提供支撐部分，所述支撐部分采用厚度為20～40μm的不銹鋼片;將所述支撐部分以直接貼靠于平均孔徑相對大的一所述功能層上的方式與所述功能部分層疊設(shè)置后，通過高溫燒結(jié)或焊接方式固定連接在一起，即制得所述集成板。

[0017]本發(fā)明還提供了一種電池膜電極，包括如本發(fā)明所述的燃料電池用集成板和覆設(shè)于所述燃料電池用集成板的最內(nèi)層的一所述功能層內(nèi)側(cè)上的催化膜層。

[0018]作為本發(fā)明的進一步改進，所述催化膜層通過噴涂、濺射或電鍍工藝覆設(shè)于所述功能層內(nèi)側(cè)上，且所述功能層內(nèi)側(cè)上每單位面積含有的所述催化膜層的附著量為0.01～0.2mg/cm2。

[0019]本發(fā)明還提供了一種燃料電池，包括電池單元，所述電池單元設(shè)有從內(nèi)向外依次層疊設(shè)置的質(zhì)子交換膜、催化層和集成板，所述集成板采用如本發(fā)明所述的燃料電池用集成板。

[0020]本發(fā)明的有益效果是：1)相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述集成板集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)超薄化/一體化、便于集成組裝等多項功能，很好地滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。2)本發(fā)明所提供的燃料電池用集成板的制作方法簡單、合理，可實現(xiàn)自動化、規(guī)模化、加工成本低的加工生產(chǎn)，利于推廣實施。

附圖說明

[0021]圖1為本發(fā)明實施例1所述燃料電池用集成板的制作方法流程圖;

圖2為本發(fā)明實施例1所述燃料電池用集成板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3為本發(fā)明實施例4所述燃料電池用集成板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4為本發(fā)明實施例5所述電池膜電極的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

圖5為本發(fā)明實施例6所述燃料電池的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

[0022]結(jié)合附圖，作以下說明：

1、集成板;10、功能部分;101、第一功能層;102、第二功能層;11、支撐部分;2、催化膜層;3、質(zhì)子交換膜;4、催化層。

具體實施方式

[0023]以下結(jié)合具體的實施例對本申請做進一步詳細說明，但本申請不限于下述實施例。

[0024]本申請?zhí)峁┝艘环N燃料電池用集成板及其制作方法、電池膜電極、燃料電池，該集成板的制作方法簡單合理，可實現(xiàn)自動化、規(guī)?；⒓庸こ杀镜?、高效的加工生產(chǎn)，所得集成板集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)超薄化/一體化、便于集成組裝等多項功能，很好地滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。究其實現(xiàn)原因，主要在于本申請對燃料電池用集成板的結(jié)構(gòu)及制作方法等進行了優(yōu)化創(chuàng)新，具體說明如下：

實施例1：

[0025]請參閱附圖1所示，本實施例1提供了一種燃料電池用集成板的制作方法，包括以下制作步驟：

S1：制作功能部分10。

[0026]S11：配制漿料A和漿料B。

[0027]具體的，所述漿料A由60Kg的鎳粉(粒徑為10μm)、12Kg的粘結(jié)劑(采用α-淀粉)、3Kg的去離子水、7Kg的有機溶劑(采用二甲基甲酰胺DMF)和18Kg的造孔劑(采用聚丙烯)混合均勻后制作而成;所述漿料B由70Kg的鎳粉(粒徑為10μm)、10Kg的粘結(jié)劑(采用α-淀粉)、2Kg的去離子水、8Kg的有機溶劑(采用二甲基甲酰胺DMF)和10Kg的造孔劑(采用聚丙烯)混合均勻后制作而成。

[0028]說明：①在上述漿料A和漿料B的原料配方中，所述鎳粉具有優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以其為主料來制備所述功能層，可很好地滿足集成板產(chǎn)品對于導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能的需求;所述去離子水和所述有機溶劑配合用于溶解所述粘結(jié)劑、以及分散所述鎳粉和所述造孔劑，且除了采用上述二甲基甲酰胺DMF之外，所述有機溶劑還可優(yōu)選采用丙醇、異丙醇、丙酮、甲苯、二甲苯、松油醇、三乙醇胺、異佛爾酮和二價酸酯中的至少一種;所述粘結(jié)劑用于粘結(jié)所述鎳粉和所述造孔劑，且除了采用上述α-淀粉之外，所述粘結(jié)劑還可優(yōu)選采用糊精等;所述造孔劑用于生成所述功能層結(jié)構(gòu)中的通孔，且除了采用上述聚丙烯之外，所述造孔劑還可優(yōu)選采用聚乙烯等。②由上述漿料A和漿料B的原料配方可知，所述漿料A和所述漿料B中的材質(zhì)相同，這樣可使下述兩層功能層雛體/功能層之間的界面易結(jié)合、且結(jié)合強度高。

[0029]S12：利用所述漿料A和所述漿料B加工制得呈現(xiàn)為兩層復(fù)合結(jié)構(gòu)的坯料，即：所述坯料由兩層層疊設(shè)置的功能層雛體構(gòu)成。

[0030]具體的，本實施例1通過采用復(fù)合涂布工藝或復(fù)合軋制工藝來制作所述坯料，以下以復(fù)合涂布工藝為例來進行說明。

[0031]首先利用涂布機將所述漿料A加工成厚度為40±3μm的第一層功能層雛體，待將第一層功能層雛體烘干后，利用涂布機將所述漿料B涂布在第一層功能層雛體的一表面上、以得到厚度為60±3μm的第二層功能層雛體，待將兩層所述功能層雛體均烘干后即得到所述坯料。

[0032]經(jīng)檢測，所述坯料中的兩層所述功能層雛體均為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且第一層所述功能層雛體的孔隙率為90%，第一層所述功能層雛體中的孔為平均孔徑為35μm左右的三維通孔;第二層所述功能層雛體的孔隙率為75%，且第二層所述功能層雛體中的孔為平均孔徑為3μm左右的三維通孔。可理解的，兩層所述功能層雛體中的三維通孔相互貫通，而且兩層所述功能層雛體中的三維通孔的平均孔徑不相同、并相差一個數(shù)量級，因此，兩層所述功能層雛體中的三維通孔的平均孔徑呈現(xiàn)為梯度分布。

[0033]補充說明：關(guān)于兩層所述功能層雛體的厚度，可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需求來定，在一些實施例中，兩層所述功能層雛體的厚度可被設(shè)計成相同。

[0034]S13：對所述坯料進行熱機械處理，制得所述功能部分10。

[0035]具體的，上述熱機械處理可優(yōu)選采用高溫燒結(jié)工藝，且具體加工條件優(yōu)控為：選用氮氣作為保護氣體，選用氫氣作為還原氣體;并于750～1000℃下燒結(jié)60～120min。進一步的，可優(yōu)選采用于900℃下燒結(jié)45min。

[0036]另外，為便于對制作方法進行說明，本實施例1還將經(jīng)熱機械處理后的所述功能層雛體定義為功能層，相應(yīng)的，所述功能部分10由兩層層疊設(shè)置的功能層構(gòu)成。

[0037]S2：提供支撐部分11，所述支撐部分11采用厚度為20～40μm的不銹鋼片(如可優(yōu)選采用厚度為30μm的不銹鋼片)，且不銹鋼材質(zhì)可優(yōu)選采用304不銹鋼、316L不銹鋼或310S不銹鋼;將所述支撐部分11以直接貼靠于平均孔徑相對大的一所述功能層上的方式與所述功能部分10層疊設(shè)置后，通過高溫燒結(jié)或焊接方式固定連接在一起，即制得所述集成板，可參閱附圖2所示。

[0038]具體的，請繼續(xù)參閱附圖2所示，若將由所述漿料B制得的所述功能層定義為第一功能層101，將由所述漿料A制得的所述功能層定義為第二功能層102，相應(yīng)的，所述第一功能層101的厚度為60μm左右、孔隙率為75%，且所述第一功能層101中的孔為平均孔徑為3μm左右的三維通孔，所述第二功能層102的厚度為40μm左右、孔隙率為90%，且所述第二功能層102中的孔為平均孔徑為35μm左右的三維通孔。

[0039]基于所述第一功能層101和所述第二功能層102的結(jié)構(gòu)特性，本實施例1通過將所述支撐部分11層疊設(shè)置于所述第二功能層102背向所述第一功能層101的一側(cè)后，再通過高溫燒結(jié)工藝與所述第二功能層102及所述第一功能層101固定連接在一起，以制得所述集成板。其中，所述高溫燒結(jié)工藝的具體加工條件可優(yōu)控為：選用氮氣作為保護氣體，選用氫氣作為還原氣體;并于750～1000℃下燒結(jié)15～60min;進一步的，可優(yōu)選采用于900℃下燒結(jié)30min。

[0040]由上述集成板的制作方法可知，本實施例1制得的所述集成板可概述為：請繼續(xù)參閱附圖2所示，所述集成板包括功能部分10和支撐部分11，其中，所述功能部分10為由兩層層疊設(shè)置的功能層組成的一體式結(jié)構(gòu)，將兩層所述功能層分別定義為第一功能層101和第二功能層102，所述第一功能層101和所述第二功能層102的材質(zhì)相同、并均為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且所述第一功能層101的厚度為60μm左右、孔隙率為75%，所述第一功能層101中的孔為平均孔徑為3μm左右的三維通孔，所述第二功能層102的厚度為40μm左右、孔隙率為90%，所述第二功能層102中的孔為平均孔徑為35μm左右的三維通孔，亦即：所述第一功能層101和所述第二功能層102的厚度不相同，所述第一功能層101和所述第二功能層102中的三維通孔相貫通的同時，所述第一功能層101和所述第二功能層102中的三維通孔的平均孔徑還呈現(xiàn)梯度分布(因三維通孔的平均孔徑不相同而呈現(xiàn)為梯度分布)，以形成供氣、液傳輸?shù)娜S毛細孔道;所述支撐部分11采用厚度為20～40μm的不銹鋼片，且所述支撐部分11固定并層疊設(shè)置于所述第二功能層102背向所述第一功能層101的一側(cè)上，以起到支撐補強作用的同時，還確保了所述集成板整體結(jié)構(gòu)超薄化。

[0041]當所述集成板被應(yīng)用設(shè)置于燃料電池的催化層外側(cè)時，所述第一功能層101背向所述第二功能層102的一側(cè)與所述催化層直接接觸，即可理解的，所述第一功能層101位于所述第二功能層102的內(nèi)側(cè)，且所述第一功能層101和所述第二功能層102上的三維通孔的平均孔徑呈現(xiàn)為從外向內(nèi)遞減的梯度分布;屆時，①借由所述功能層的材料特性、以及所形成的微納米級三維通孔，可使得所述功能部分10具有好的導(dǎo)電/導(dǎo)熱性能、優(yōu)異的三維通孔毛細性能，而基于優(yōu)異的三維通孔毛細性能，可確保使工質(zhì)(如氣體、水、水汽)于所述功能部分10的三維毛細孔道中傳輸均勻、且不會發(fā)生“水淹”現(xiàn)象;②借由所述功能部分10上的三維通孔的平均孔徑呈現(xiàn)為從外向內(nèi)遞減的梯度分布，特別是：位于外層的一所述功能層(如所述第二功能層102)中的所述三維通孔的平均孔徑還與位于內(nèi)層的一所述功能層(如所述第一功能層101)中的所述三維通孔的平均孔徑相差至少一個數(shù)量級，這可使所述功能部分10上的三維毛細孔道從外向內(nèi)呈現(xiàn)出顯著地遞減階梯狀變化狀態(tài)，這一方面可進一步提升工質(zhì)傳輸時的均勻性及不可逆性，另一方面還可有效改善位于內(nèi)層的所述功能層(如所述第一功能層101)與燃料電池的催化層之間的界面結(jié)合效果，從而有效提升了催化層的催化效果，以及有效控制了催化層的用量/附著量、降低了燃料電池的生產(chǎn)成本。

[0042]總之，本實施例1制得的集成板集成了均勻?qū)狻⒘己玫呐潘?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)超薄化/一體化、便于集成組裝等多項功能，很好地滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。

實施例2：

[0043]本實施例2亦提供了一種燃料電池用集成板的制作方法，且相較于實施例1，本實施例2所提供的制作方法的區(qū)別點在于：①本實施例2在制作所述功能部分10時，所用的漿料A和漿料B的原料配方，與實施例1不相同。②本實施例2所得功能部分10中的兩層功能層的結(jié)構(gòu)特性，與實施例1不相同。

[0044]具體的，關(guān)于上述區(qū)別點①。

[0045]本實施例2中所用的漿料A和漿料B的原料配方為：所述漿料A由65Kg的鎳粉(粒徑為20μm)、10Kg的粘結(jié)劑(采用α-淀粉)、3Kg的去離子水、6Kg的有機溶劑(采用二甲基甲酰胺DMF)和16Kg的造孔劑(采用聚丙烯)混合均勻后制作而成;所述漿料B由75Kg的鎳粉(粒徑為20μm)、8Kg的粘結(jié)劑(采用α-淀粉)、3Kg的去離子水、8Kg的有機溶劑(采用二甲基甲酰胺DMF)和6Kg的造孔劑(采用聚丙烯)混合均勻后制作而成。

[0046]關(guān)于上述區(qū)別點②。

[0047]基于上述區(qū)別點①，再結(jié)合著與實施例1相同的復(fù)合涂布工藝和熱機械處理，本實施例2亦制得了由兩層層疊設(shè)置的功能層組成的所述功能部分10。且在本實施例2制得的所述功能部分10結(jié)構(gòu)中，兩層所述功能層亦均為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且由所述漿料A制得的所述功能層的孔隙率為85%、以及所述功能層中的孔為平均孔徑為40μm左右的三維通孔，由所述漿料B制得的所述功能層的孔隙率為60%、以及所述功能層中的孔為平均孔徑為3μm左右的三維通孔;亦即：本實施例2所得兩層所述功能層具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的同時，兩層所述功能層中的三維通孔相貫通，以及兩層所述功能層中的三維通孔的平均孔徑還呈現(xiàn)梯度分布，以形成供氣、液均勻傳輸?shù)娜S毛細孔道。

[0048]除上述兩個區(qū)別點之外，本實施例2所述的制作方法中：所述功能部分10的配置數(shù)量，所述支撐部分11的選材、結(jié)構(gòu)及配置數(shù)量，所述支撐部分11與所述功能部分10之間的成型方式等，均與實施例1相同，故在此不作贅述。

[0049]可理解的，本實施例2制得的集成板亦集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)超薄化/一體化、便于集成組裝等多項功能，很好地滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。

實施例3：

[0050]本實施例3亦提供了一種燃料電池用集成板的制作方法，且相較于實施例1，本實施例3所提供的制作方法的區(qū)別點在于：①本實施例3在制作所述功能部分10時，所用的漿料A和漿料B的原料配方，與實施例1不相同。②本實施例3所得功能部分10中的兩層功能層的結(jié)構(gòu)特性，與實施例1不相同。

[0051]具體的，關(guān)于上述區(qū)別點①。

[0052]本實施例3中所用的漿料A和漿料B的原料配方為：所述漿料A由50Kg的鎳粉(粒徑為10μm)、18Kg的粘結(jié)劑(采用糊精)、6Kg的去離子水、8Kg的有機溶劑(采用二甲基甲酰胺DMF)和18Kg的造孔劑(采用聚乙烯)混合均勻后制作而成;所述漿料B由55Kg的鎳粉(粒徑為10μm)、18Kg的粘結(jié)劑(采用糊精)、7Kg的去離子水、12Kg的有機溶劑(采用二甲基甲酰胺DMF)和8Kg的造孔劑(采用聚乙烯)混合均勻后制作而成。

[0053]關(guān)于上述區(qū)別點②。

[0054]基于上述區(qū)別點①，再結(jié)合著與實施例1相同的復(fù)合涂布工藝和熱機械處理，本實施例3亦制得了由兩層層疊設(shè)置的功能層組成的所述功能部分10。且在本實施例3制得的所述功能部分10結(jié)構(gòu)中，兩層所述功能層亦均為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且由所述漿料A制得的所述功能層的孔隙率為90%、以及所述功能層中的孔為平均孔徑為35μm左右的三維通孔，由所述漿料B制得的所述功能層的孔隙率為75%、以及所述功能層中的孔為平均孔徑為2μm左右的三維通孔;亦即：本實施例3所得兩層所述功能層具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的同時，兩層所述功能層中的三維通孔相貫通，以及兩層所述功能層中的三維通孔的平均孔徑還呈現(xiàn)梯度分布，以形成供氣、液均勻傳輸?shù)娜S毛細孔道。

[0055]除上述兩個區(qū)別點之外，本實施例3所述的制作方法中：所述功能部分10的配置數(shù)量，所述支撐部分11的選材、結(jié)構(gòu)及配置數(shù)量，所述支撐部分11與所述功能部分10之間的成型方式等，均與實施例1相同，故在此不作贅述。

[0056]可理解的，本實施例3制得的集成板亦集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)超薄化/一體化、便于集成組裝等多項功能，很好地滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。

實施例4：

[0057]本實施例4亦提供了一種燃料電池用集成板的制作方法，且相較于實施例1，本實施例4所提供的制作方法的區(qū)別點在于：①本實施例4在制作集成板時配置的所述功能部分10的數(shù)量，與實施例1不相同。相應(yīng)的，本實施例4所得集成板結(jié)構(gòu)，與實施例1不相同。

[0058]具體的，關(guān)于上述區(qū)別點①。

[0059]本實施例4通過采用與實施例1相同的功能部分制作方法來制作出了兩組所述功能部分10，然后將所述支撐部分11夾設(shè)于兩組所述功能部分10之間、并同時使兩組所述功能部分10呈鏡像對稱設(shè)置后(可理解的，兩組所述功能部分10中的平均孔徑相對大的一所述功能層分別與所述支撐部分11的相對兩面接觸)，再通過高溫燒結(jié)或焊接方式固定連接在一起，即制得所述集成板，可參閱附圖3所示。

[0060]可理解的，相較于實施例1，當所述集成板中的所述功能部分10被配置為兩組時，可更進一步的提升所述集成板的安裝便捷性，利于燃料電池進行集成、安裝。

[0061]除上述區(qū)別點之外，本實施例4所述的制作方法中：所述功能部分10的制作方法，所述支撐部分11的選材、結(jié)構(gòu)及配置數(shù)量，所述支撐部分11與所述功能部分10之間的成型方式等，均與實施例1相同，故在此不作贅述。

[0062]總之，本實施例4制得的集成板集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)超薄化/一體化、便于集成組裝等多項功能，很好地滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝和使用需求。

實施例5：

[0063]請參閱附圖4所示，本實施例5提供了一種電池膜電極，其包括集成板1和催化膜層2，所述集成板1采用如上述實施例1所提供的燃料電池用集成板結(jié)構(gòu)，其集成了均勻?qū)狻⒘己玫呐潘?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、以及結(jié)構(gòu)超薄化/一體化等多項功能，故在此不作贅述;所述催化膜層2覆設(shè)于所述集成板1的最內(nèi)層的一所述功能層內(nèi)側(cè)上。

[0064]進一步的，本實施例5可通過采用噴涂、濺射或電鍍工藝在所述集成板1的最內(nèi)層的一所述功能層內(nèi)側(cè)上覆設(shè)(成型)所述催化膜層2，所述催化膜層2的材質(zhì)采用納米金屬鉑。需強調(diào)的是：基于所述集成板1的特點和優(yōu)點，所述功能層內(nèi)側(cè)上每單位面積含有的所述催化膜層2的附著量為0.01～0.2mg/cm2，僅為現(xiàn)有燃料電池中催化層厚度的1/3～1/10，大大降低了燃料電池的生產(chǎn)成本。

實施例6：

[0065]請參閱附圖5所示，本實施例6提供了一種燃料電池，其包括多組依次連接的電池單元，每組所述電池單元均包括從內(nèi)向外依次層疊設(shè)置的質(zhì)子交換膜3、催化層4和集成板1，且每相鄰的兩組所述電池單元共用一所述集成板1，而且被共用的所述集成板1采用如上述實施例4所述的燃料電池用集成板結(jié)構(gòu);另外，將位于最外側(cè)的兩組所述電池單元分別定義為外側(cè)電池單元，分別位于兩組所述外側(cè)電池單元相背兩側(cè)處的兩個所述集成板1采用如上述實施例1所述的燃料電池用集成板結(jié)構(gòu);實施例1和實施例4制得的集成板均集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、以及結(jié)構(gòu)超薄化/一體化等多項功能，故在此不作贅述;所述質(zhì)子交換膜3和所述催化層4均采用現(xiàn)有質(zhì)子交換膜燃料電池中的常規(guī)結(jié)構(gòu)，如：所述質(zhì)子交換膜3采用非氟聚合物質(zhì)子交換膜、氟磺酸型質(zhì)子交換膜或Nafion膜，所述催化層4主要采用納米金屬鉑材料制成。

[0066]綜上所述，本申請所述集成板的制作方法簡單、合理，可實現(xiàn)自動化、規(guī)?；?、加工成本低的加工生產(chǎn)，且所得集成板集成了均勻?qū)?、良好的排?排水汽、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、以及結(jié)構(gòu)超薄化/一體化等多項功能，很好的滿足了質(zhì)子交換膜燃料電池的使用需求。

[0067]在以上的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是以上描述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受上面公開的具體實施的限制。同時任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。

說明書附圖(5)