燃料電池層、燃料電池系統和制造燃料電池層的方法技術方案

燃料電池層包括以平面陣列排列方式設置的多個膜電極組件和用于電連接相鄰膜電極組件中一個的陽極催化劑層與相鄰膜電極組件中另一個的陰極催化劑層的內部連線。各膜電極組件包括電解質膜、安置在所述電解質膜的一個表面上的陽極催化劑層、和陰極催化劑層，該陰極催化劑層以其至少一部分與該陽極催化劑層相反設置這樣的方式被安置在所述電解質膜的另一個表面上。所述內部連線由構成陽極催化劑層的材料和構成陰極催化劑層的材料中的至少一種形成。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及燃料電池層、燃料電池系統和所述燃料電池層的制造方法。更具體地，本專利技術涉及具有以平面 排列方式設置的膜電極組件的燃料電池層、包括所述燃料電池層的燃料電池系統和制造所述燃料電池層的方法。
技術介紹
燃料電池是由氫和氧產生電流從而獲得高效發電的裝置。燃料電池的主要特點是其直接發電的能力，其不經歷如常規發電中的熱能或動能階段。這表現出以下優勢，如發電效率高但裝置規模小，減少氮化合物的排放，等，并且由于最小限度的噪音或振動而非常環保。燃料電池能夠有效地利用其燃料中的化學能并且，同樣地，很環保。燃料電池因此被視為二十一世紀能源系統并已經獲得關注，作為能夠用于多種應用，包括空間應用、汽車、移動裝置、和大規模和小規模發電的有前景的發電系統。進行了大量的技術努力，以開發實用的燃料電池。具體地，聚合物電解質燃料電池的特點是比其他類型的燃料電池更低的操作溫度和更高的輸出密度。因此，近年來，聚合物電解質燃料電池已經作為用于移動裝置諸如移動電話、筆記本尺寸的個人電腦、PDA、MP3播放器、數碼相機、電子辭典或電子書的有前景的電源出現。作為用于移動裝置的聚合物電解質燃料電池公知的是平面燃料電池層，其中多個膜電極組件(單電池)排列在平面上。專利技術概述技術問題本專利技術的目的是提供能夠減少制造平面燃料電池所需的材料數量的技術。解決問題的方案本專利技術的一個實施方案涉及燃料電池層。所述燃料電池層包括以平面排列方式設置的多個膜電極組件，各個膜電極組件包括電解質膜、安置在所述電解質膜的一個表面上的陽極催化劑層、和陰極催化劑層，該陰極催化劑層以其至少一部分與陽極催化劑層相反設置這樣的方式被安置在所述電解質膜的另一個表面上；和內部連線，其將相鄰膜電極組件的一個中的陽極催化劑層與所述相鄰膜電極組件的另一個中的陰極催化劑層電連接，其中所述內部連線由構成陽極催化劑層的材料和構成陰極催化劑層的材料中的至少一種形成。在上述實施方案中，內部連線可以與由與內部連線相同材料制成的陽極催化劑層一起整體形成；或可以與由與內部連線相同材料制成的陰極催化劑層一起整體形成；或者內部連線可以包括與陽極催化劑層一起整體形成的部分和與陰極催化劑層一起整體形成的部分。本專利技術的另一個實施方案涉及燃料電池系統，其包括燃料電池層、陽極外殼和陰極外殼。燃料電池系統還可以包括設置在所述燃料電池層與所述陽極外殼和陰極外殼之間的密封墊或密封層。陰極外殼可以包括空氣入口。本專利技術的另一個實施方案涉及用于制造燃料電池層的方法。該制造方法包括以下列這樣的方式形成以平面排列的方式設置的多個膜電極組件在電解質膜的一個表面上形成多個陽極催化劑層和在所述電解質膜的另一個表面上形成多個陰極催化劑層同時或以隨機的順序進行；和以下列這樣的方式形成被設計為將相鄰膜電極組件的一個中的陽極催化劑層與相鄰膜電極組件的另一個中的陰極催化劑層彼此電連接的內部連線通過形成陽極催化劑層將用作陽極催化劑層的材料部分地或完全地填充到用于分隔所述相鄰膜電極組件的電解質膜的間隔中，或通過形成陰極催化劑層將用作陰極催化劑層的材料填充到所述間隔中，或以下列這樣的方式形成所述內部連線通過形成陽極催化劑層將用作陽極催化劑層的材料填充到所述間隔中，并通過形成陰極催化劑層將用作該催化劑層的材料填充到所述間隔中。注意前述結構成分等的任何任意的組合或重排均有效地作為和包括在本專利技術的實施方案中。附圖簡述 現參考附圖，僅通過舉例描述實施方案，所述附圖意欲示范而非限制，并且其中相似元件在多幅圖中以相似的方式編號，其中圖I是示意性顯示根據本專利技術的第一實施方案的燃料電池層結構的分解透視圖；圖2A是沿圖I的A-A線截取的燃料電池層的橫截面視圖；圖2B是示意性顯示圖2A中所示的內部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖3A-3C是顯示用于制造根據本專利技術第一實施方案的燃料電池層的方法過程的橫截面視圖；圖4是電解質膜的示意性透視圖；圖5A- 是顯示用于制造根據本專利技術第一實施方案的燃料電池層的方法過程的橫截面視圖；圖6A-6D是顯示用于制造根據本專利技術第一實施方案的燃料電池層的方法過程的橫截面視圖；圖7A是示意性顯示根據第一種改進的燃料電池層中內部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖7B是示意性顯示根據第二種改進的燃料電池層中內部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖7C是示意性顯示根據第三種改進的燃料電池層中內部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖7D是示意性顯示根據第四種改進的燃料電池層中內部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖8A-8E是顯示根據本專利技術第二實施方案用于制造燃料電池層的方法過程的橫截面視圖；圖9A是示意性顯示用于制造根據第五種改進的燃料電池層的方法中的第一基底的部分放大橫截面視圖；圖9B是示意性顯示用于制造根據第六種改進的燃料電池層的方法中的第一基底的部分放大橫截面視圖；和附圖說明圖10A-10D是顯示根據本專利技術第三實施方案用于制造燃料電池層的方法過程的橫截面視圖。實施方案描述現將參考附圖描述實施方案。注意在所有附圖中，給予相同或相似的部件、零件和處理相同的參考編號并且適當時，省略其重復描述。而且，本文中給出的實施方案僅為了舉例說明的目的，且本實施方案中描述的全部特征及其組合并非本專利技術必需的。(第一實施方案)圖I示意性顯示根據本專利技術第一實施方案的燃料電池層的結構的分解透視圖。圖2A是沿圖I的A-A線截取的燃料電池層的橫截面視圖。圖2B是顯示圖2A中所示的內部連線附近的部分放大橫截面視圖。參考圖1，燃料電池系統10包括燃料電池層100、陰極外殼50和陽極外殼52。在圖I的橫截面A-A處的燃料電池層100圖示在圖2A中。 燃料電池層100包括以平面排列方式設置的多個膜電極組件(MEAs) 120，和內部連線130 (未顯示在圖I中)。各膜電極組件120包括電解質膜122、安置在電解質膜122的一個表面上的陽極催化劑層124，和陰極催化劑層126，其以其至少一部分與陽極催化劑層124相反設置這樣的方式安置在電解質膜122的另一個表面上。電解質膜122，其可以在濕潤條件下顯示優秀的離子傳導率，起到在陽極催化劑層124和陰極催化劑層126之間傳遞質子的離子交換膜的作用。電解質膜122可以由固體聚合物材料諸如含氯聚合物或非氟聚合物形成。可以用于電解質膜122的材料可以是，例如，磺酸型全氟碳聚合物、聚砜樹脂、具有膦酸基團或羧酸基團的全氟碳聚合物，等。磺酸型全氟碳聚合物的實例是Nafion膜(由DuPont生產注冊商標)。而且,非氟聚合物的實例是磺化芳族聚醚醚酮、聚砜等。電解質膜122的厚度可以是例如約10-200_。各膜電極組件120中的多個陽極催化劑層124可以以彼此略微分離(如通過間隔125所示)這樣的方式設置在電解質膜122的一個表面上。各膜電極組件120中的多個陰極催化劑層126可以以彼此略微分離(如通過間隔127所示)這樣的方式設置在電解質膜122的另一個表面上。膜電極組件120 (單電池)由一對陽極催化劑層124和陰極催化劑層126以及電解質膜122構成，所述電解質膜122保持在陽極催化劑層124和陰極催化劑層126之間。陽極催化劑層124和陰極催化劑層126可以以多種配置排列，條件是在相鄰單電池之間保持電間斷區域從而防止燃料電池層100電短路。這樣的配置的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：井村真一郎，杰里米·舒滕，杰勒德·F·麥克萊恩，讓路易斯·阿柯尼斯，馬丁·拉克魯瓦，
申請(專利權)人：三洋電機株式會社，法商BIC公司，
類型：
國別省市：