ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ТОПЛИВНЫЙ РЕМ-ЭЛЕМЕНТ

1. Интегрированный топливный PEM-элемент, содержащий:
по меньшей мере две сборки биполярных пластин, каждая из которых включает:
газонепроницаемую пластину и
множество однонаправленных электропроводных волокон, при этом каждое волокно имеет первый анодный конец и второй катодный конец,
волокна сгруппированы в продольные пучки, вытянутые перпендикулярно пластине,
анодные концы на одной стороне пластины и катодные концы на другой стороне пластины,
причем каждый из пучков покрыт газонепроницаемым покрытием, покрытие протянуто от пластины к каждому из концов волокон, при этом участок волокон, прилегающий к концам, остается непокрытым,
оконечные части волокон, переходящие к непокрытым волокнам, образуют щетки из концов волокон;
анодная сторона одной из сборок биполярных пластин обращена к катодной стороне другой сборки биполярных пластин;
мембранно-электродную сборку, включающую:
носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;
носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; и
протонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.
2. Топливный элемент по п.1, в котором каждый из носителя анодного катализатора и носителя катодного катализатора является ионообменным полимером с катионами катализатора вместо протонов.
3. Топливный элемент по п.2, в котором каждый из носителя анодного катализатора и носителя катодного катализатора сформирован в виде капель или тонкого покрытия на концах волокон.
4. Топливный элемент по п.3, в котором протонообменная мембрана сформирована в виде ионообменного полимера, размещенного на носителе катализатора на концах волокон.
5. Топливный элемент по п.4, в котором электрокатализатор размещен на поверхности носителя катализатора в виде капель или тонкого покрытия посредством восстановления поверхностных катионов в носителе катализатора.
6. Топливный элемент по п.1, в котором пучки волокон расположены в виде матрицы, чтобы определять поле течения топлива на одной стороне пластины и поле течения окислителя на другой стороне пластины.
7. Топливный элемент по п.1, также содержащий сборки токосъемных пластин, включающие электропроводную пластину для электрического соединения с первым анодным концом одной из сборок биполярных пластин; и вторую электропроводную пластину для электрического соединения с катодным концом другой из сборок биполярных пластин.
8. Топливный элемент по п.1, в котором пластины изготовлены из электропроводной смолы.
9. Топливный элемент по п.1, в котором пучки волокон каждой сборки биполярных пластин проходят через электропроводную подложку, расположенную внутри биполярной пластины, и соединены с ней.
10. Топливный элемент по п.9, в котором волокна, вытянутые через каждую биполярную пластину, разделены подложкой на анодные волокна и катодные волокна.
11. Топливный элемент по п.10, в котором по меньшей мере некоторые из анодных волокон аксиально смещены по отношению к катодным волокнам.
12. Топливный элемент по п.9, в котором подложка расширена за пределы внешнего края биполярной пластины, посредством чего обеспечивается охлаждение на кромке.
13. Интегрированный топливный PEM-элемент, содержащий:
по меньшей мере две сборки биполярных пластин, каждая из которых включает:
газонепроницаемую пластину;
множество электропроводных волокон, расположенных в виде групп волокон, включающих группы анодных волокон, вытянутых от пластины на анодной стороне, и группы катодных волокон, вытянутых от пластины на противоположной катодной стороне, указанные группы анодных волокон и указанные группы катодных волокон электрически соединены,
при этом каждая из указанных групп анодных волокон и групп катодных волокон предоставляет оконечные части волокон, переходящие к щеткам из непокрытых волокон, образованных концами волокон;
анодная сторона одной из сборок биполярных пластин обращена к катодной стороне другой сборки биполярных пластин;
мембранно-электродную сборку, включающую:
носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;
носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; и
протонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.
14. Топливный элемент по п.13, в котором группы волокон сформированы в виде блоков волокон, включающих непрерывные волокна в связующей матричной среде, делающей блок непроницаемым.
15. Топливный элемент по п.14, в котором блоки волокон расположены таким образом, чтобы образовывать пути протекания по меньшей мере для топлива или окислителя.
16. Топливный элемент по п.13, в котором волокна в блоках волокон расположены в виде тканого материала.
17. Топливный элемент по п.13, в котором группы волокон сформированы в виде бархатных сегментов, закрепленных на подложке в каждой газонепроницаемой пластине.
18. Топливный элемент по п.1, также содержащий волокна, имеющие форму крючков, которые вытянуты от каждой сборки биполярных пластин, и волокна, расположенные в виде петель, которые включены в каждую мембранно-электродную сборку, при этом указанные крючки волокон и петли волокон взаимно соединены.
19. Сборка биполярных пластин для топливного элемента, содержащая:
газонепроницаемую пластину и
множество однонаправленных электропроводных волокон, причем каждое волокно имеет первый анодный конец и второй катодный конец,
волокна сгруппированы в продольные пучки, вытянутые перпендикулярно пластине,
анодные концы на одной стороне пластины и катодные концы на другой стороне пластины, каждый из пучков покрыт газонепроницаемым покрытием, покрытие протянуто от пластины к каждому из концов волокон, при этом участок волокон, прилегающий к концам, остается непокрытым, и
оконечные части волокон, переходящие к непокрытым волокнам, образуют щетки из концов волокон.
20. Мембранно-электродная сборка для топливного элемента, содержащая:
множество оконечных участков анодных волокон и множество оконечных участков катодных волокон, расположенных друг против друга;
носитель анодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков анодных волокон, и анодный катализатор, размещенный на носителе анодного катализатора;
носитель катодного катализатора, расположенный на концах оконечных участков катодных волокон, и катодный катализатор, размещенный на носителе катодного катализатора; и
протонообменную мембрану, соединяющую носитель катодного катализатора и носитель анодного катализатора.
21. Способ объединения мембранно-электродной сборки с биполярной пластиной в топливном элементе, содержащий следующие стадии:
предоставление сборки биполярных пластин, на каждой из которой оконечные части имеющихся волокон расположены друг против друга;
осаждение капель полимера на концы волокон биполярных пластин;
сушка капель, чтобы получить шарики полимера;
осаждение непрерывного тонкого слоя полимера поверх шариков полимера;
замена протонов в шариках полимера и непрерывном слое катионами катализатора, чтобы получить носитель катализатора;
восстановление поверхностных катионов до металлического катализатора на носителе катализатора;
осаждение полимера, чтобы создать мембранный слой с протонной проводимостью;
и соединение мембранных слоев, сформированных на каждой из расположенных друг против друга групп концов волокон, одного с другим.
22. Способ по п.21, также включающий следующие стадии:
нанесение петель волокон на поверхности мембран;
предоставление крючков волокон от пластины при вытягивании до концов волокон или короче;
взаимное соединение петель и крючков, чтобы привести концы волокон в контакт с мембраной.