背景技術(shù)：
1、本披露內(nèi)容總體上涉及質(zhì)子交換膜（pem）氫電解槽裝置，更具體地涉及一種新穎的陽(yáng)極組組件，該陽(yáng)極組組件包括由多層擴(kuò)散結(jié)合的微擴(kuò)張金屬網(wǎng)的堆疊體形成的多孔傳輸層（ptl）。
2、pem電解槽由電池單元的一個(gè)或多個(gè)堆疊體構(gòu)成，每個(gè)電池單元由陽(yáng)極雙極板、陽(yáng)極側(cè)流場(chǎng)、陽(yáng)極ptl、陽(yáng)極催化劑層、中心質(zhì)子傳導(dǎo)膜、陰極催化劑層、陰極ptl、陰極側(cè)流場(chǎng)和陰極雙極板構(gòu)成。（一個(gè)或多個(gè)）堆疊體固定在具有水輸入口和氣體輸出口的電解槽框架內(nèi)。（參見(jiàn)圖1）。
3、氫電解槽的操作在本領(lǐng)域中是眾所周知的，其中水在pem的每一側(cè)上循環(huán)通過(guò)堆疊體，并且在陽(yáng)極和陰極的每一側(cè)上施加電能。每一側(cè)上的供水流過(guò)流場(chǎng)和ptl以到達(dá)內(nèi)部催化劑層，在此處跨pem發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。跨pem發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)使水分子分裂，并且在陰極側(cè)產(chǎn)生氫氣，而在陽(yáng)極側(cè)產(chǎn)生氧氣。
4、催化劑材料在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并且通常施加到緊鄰相應(yīng)ptl層的pem上。電解槽的性能高度依賴于催化劑材料和密度、各個(gè)層（歐姆電阻）的電接觸、流場(chǎng)和ptl的孔隙大小、通過(guò)各個(gè)層的流動(dòng)路徑和流速。據(jù)報(bào)道，ptl的最佳孔徑在6?μm至15?μm的范圍內(nèi)且孔隙度超過(guò)20%。然而，產(chǎn)生具有這些特性的材料既困難又昂貴。
5、在現(xiàn)有技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)ptl的非常小的孔隙大小，陽(yáng)極ptl通常由燒結(jié)鈦（ti）粉末、燒結(jié)ti纖維、多孔ti箔或金屬網(wǎng)ti制成。常規(guī)金屬網(wǎng)的孔隙大小通常在100?μm與1?mm之間。金屬箔（掩模圖案化濕法蝕刻光刻）的孔隙大小被限制為約100?μm，這使得它們更適合于更大直徑的流場(chǎng)而不是ptl層。燒結(jié)鈦粉末材料的孔隙大小可以實(shí)現(xiàn)為在6?μm至20?μm的范圍內(nèi)。然而，燒結(jié)ti粉末ptl生產(chǎn)昂貴并且具有更隨機(jī)的間隙空間，這些間隙空間限制了ptl中某些位置處的流動(dòng)和反應(yīng)性。另外，材料的孔隙度還受到粉末顆粒直徑大小的限制。
6、相應(yīng)地，工業(yè)中需要更便宜且更均勻的材料來(lái)形成電解槽堆疊體的ptl層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、理想情況下，ptl應(yīng)由若干層鈦材料（箔或片）復(fù)合而成，其中每一層都具有均勻的孔隙大小和分布，并且每一層的孔隙大小依次減小，從而在流場(chǎng)與催化劑層之間形成自由且直接的流動(dòng)模式。
2、根據(jù)本發(fā)明的傳授內(nèi)容所制備的ptl由微擴(kuò)張ti金屬網(wǎng)層構(gòu)成，能夠?qū)为?dú)層的厚度、孔隙度、迂曲度、孔隙大小、層間連通性以及表面粗糙度實(shí)現(xiàn)精確控制，同時(shí)使孔隙大小分布幾乎為零。
3、特別地，本發(fā)明涉及由多個(gè)微擴(kuò)張金屬網(wǎng)層形成的陽(yáng)極側(cè)子組件的應(yīng)用與制造，并且進(jìn)一步涉及一種陽(yáng)極組組件，該陽(yáng)極組組件包括新穎微擴(kuò)張ptl以及結(jié)合的流場(chǎng)和雙極。
4、本發(fā)明直接涉及“微擴(kuò)張”金屬網(wǎng)ptl子組件（即，微擴(kuò)張金屬箔層）的用途，該子組件具有3?μm至30?μm孔隙大小、10%至50%孔隙度（網(wǎng)開(kāi)孔面積）的新穎特性；并且進(jìn)一步涉及制造擴(kuò)張金屬網(wǎng)以及陽(yáng)極組組件的方法。
5、流場(chǎng)層可以包括擴(kuò)張金屬箔或片層，這些擴(kuò)張金屬箔或片層的孔隙大小較大，為100?μm或更大，并且采用較為傳統(tǒng)的金屬擴(kuò)張、濕法蝕刻光刻、激光或其他合適的技術(shù)制造而成。
6、在一些實(shí)施例中，雙極板、流場(chǎng)層和多孔傳輸層被堆疊并且真空擴(kuò)散結(jié)合到單個(gè)集成組組件中，從而消除了涂覆每個(gè)單獨(dú)層的需要并且改善了每一層之間的接觸界面。
7、結(jié)合的堆疊體的外側(cè)邊緣被修剪成期望的大小以與pem堆疊體的其他部件組裝。陽(yáng)極組還在ptl側(cè)使用物理氣相沉積（pvd）涂覆方法在高通量涂覆生產(chǎn)線中涂覆有鉑族導(dǎo)電金屬，并且在雙極板側(cè)涂覆金材料，僅涂覆外表面，從而降低涂覆材料成本并提高生產(chǎn)速度和效率。
8、本發(fā)明的陽(yáng)極組設(shè)計(jì)和制造方法的目的是通過(guò)不同層之間更好的電接觸，通過(guò)流場(chǎng)和ptl的更均勻的流動(dòng)路徑來(lái)改進(jìn)電解槽性能，以及通過(guò)將雙極板、流場(chǎng)和ptl組裝為單個(gè)集成部件來(lái)降低制造成本。
9、雖然已經(jīng)將本發(fā)明的實(shí)施例描述為具有所闡述的特征，但應(yīng)理解的是，這些特征的各種組合也被本發(fā)明的特定實(shí)施例涵蓋，并且本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求而不是說(shuō)明書(shū)來(lái)限定。
1.?一種電解槽多孔傳輸層（ptl），包括至少一個(gè)微擴(kuò)張鈦（ti）箔片，所述至少一個(gè)微擴(kuò)張鈦（ti）箔片的片厚度在10?μm至45?μm的包含端值的范圍內(nèi)，孔隙大小在3?μm至30?μm的包含端值的范圍內(nèi)，孔隙密度在10%至50%的包含端值的范圍內(nèi)，并且表面粗糙度（ra）為25?nm或更大。
2.如權(quán)利要求1所述的電解槽ptl，包括多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片。
3.如權(quán)利要求2所述的電解槽ptl，其中，所述多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片中的每個(gè)片從外側(cè)到內(nèi)側(cè)具有逐漸變小的孔隙大小。
4.如權(quán)利要求2所述的電解槽ptl，其中，所述多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片中的每個(gè)片從外側(cè)到內(nèi)側(cè)具有逐漸變小的厚度。
5.如權(quán)利要求3所述的電解槽ptl，其中，所述多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片中的每個(gè)片從外側(cè)到內(nèi)側(cè)具有逐漸變小的厚度。
6.如權(quán)利要求3所述的電解槽ptl，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的孔隙大小為x，中間片的孔隙大小為2x，并且外片的孔隙大小為3x，由此對(duì)于所述內(nèi)片中的每個(gè)孔隙存在穿過(guò)所述ptl的流體路徑。
7.如權(quán)利要求5所述的電解槽ptl，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的孔隙大小為x，中間片的孔隙大小為2x，并且外片的孔隙大小為3x，由此對(duì)于所述內(nèi)片中的每個(gè)孔隙存在穿過(guò)所述ptl的流體路徑。
8.如權(quán)利要求4所述的電解槽ptl，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的厚度為x，中間片的厚度為2x，并且外片的厚度為3x。
9.如權(quán)利要求5所述的電解槽ptl，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的厚度為x，中間片的厚度為2x，并且外片的厚度為3x。
10.一種電解槽陽(yáng)極組組件，包括：
11.如權(quán)利要求10所述的電解槽陽(yáng)極組組件，包括多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片。
12.如權(quán)利要求11所述的電解槽陽(yáng)極組組件，其中，所述多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片中的每個(gè)片從外側(cè)到內(nèi)側(cè)具有逐漸變小的孔隙大小。
13.如權(quán)利要求11所述的電解槽陽(yáng)極組組件，其中，所述多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片中的每個(gè)片從外側(cè)到內(nèi)側(cè)具有逐漸變小的厚度。
14.如權(quán)利要求12所述的電解槽陽(yáng)極組組件，其中，所述多個(gè)疊置的微擴(kuò)張ti箔片中的每個(gè)片從外側(cè)到內(nèi)側(cè)具有逐漸變小的厚度。
15.如權(quán)利要求12所述的電解槽陽(yáng)極組組件，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的孔隙大小為x，中間片的孔隙大小為2x，并且外片的孔隙大小為3x，由此對(duì)于所述內(nèi)片中的每個(gè)孔隙存在穿過(guò)所述ptl的流體路徑。
16.如權(quán)利要求14所述的電解槽陽(yáng)極組組件，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的孔隙大小為x，中間片的孔隙大小為2x，并且外片的孔隙大小為3x，由此對(duì)于所述內(nèi)片中的每個(gè)孔隙存在穿過(guò)所述ptl的流體路徑。
17.如權(quán)利要求13所述的電解槽陽(yáng)極組組件，包括3個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的厚度為x，中間片的厚度為2x，并且外片的厚度為3x。
18.如權(quán)利要求14所述的電解槽陽(yáng)極組組件，包括5個(gè)疊置的ti箔片，其中，內(nèi)片的厚度為x，中間片的厚度為2x，并且外片的厚度為3x。
19.如權(quán)利要求10所述的電解槽陽(yáng)極組組件，其中，所述雙極板、所述多孔流場(chǎng)和所述ptl擴(kuò)散結(jié)合在一起成為集成陽(yáng)極組組件。
20.如權(quán)利要求10所述的電解槽陽(yáng)極組組件，其中，所述雙極板的面向外的表面通過(guò)pvd涂覆有金，并且其中，所述ptl的面向外的表面通過(guò)pvd涂覆有鉑。