專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉;^一種燃料電池。 背景《圖i示出了由微電子^^形成的燃料電池的實例。該電池形成于涂覆有第一薄^J: 2和第^f ^J: 3的硅片1上。在部^^ 3中形成開口 。在該開口中^^^支撐體4、催化劑層5、電解質(zhì)6和第二催化劑層7。該！ 在第一絲層2上的電極10能夠與電財元下表面接觸,以及與支撐體4接觸。 第二^J: 3的開口 11能夠通向電極10。上電極12能夠接觸上催化劑層7。 電極10和12具有開口，并#片1內(nèi)形成與4S^金屬的下表面中的開口相對 的通道13。下電極10和上電極12分別形成陽極集流#陰極集流體。電解質(zhì)6是例如聚合物酸，例如固體形式的Nafion，而催化劑層是例如碳 M的和柏基的層。這M實施方式的一個實例。可以如圖1所示形成的M 燃料電^^4頁域中是/z^P的。為了辦麟電池，將氬沿著箭頭IUiAJ'j下表面?zhèn)?，而將空?攜帶著 氧)注AS，JJi4面?zhèn)取逶诖呋瘎?的層面上"分解" 一方面形成朝向電解 質(zhì)6的IT質(zhì)子，另一方面形M過電池的夕卜,潮向陽極集流體10的電子。H+質(zhì) 子穿過電解質(zhì)6到達(dá)催化劑層7， >^它們與#通過陰極集流體來自電^Mp 的電子重新結(jié)合。以已知的方式，利用這種結(jié)構(gòu)，在陰極集流體12 (氧側(cè))上 獲得正電壓以;5L^陽極集流體10 (氬側(cè))Ji^得負(fù)電壓。這種類型歸電池的故表在于電解質(zhì)6 tt使用變干從而電池lt能下降。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供包括不會變干的電解質(zhì)的燃料電池。 本發(fā)明的目的在于提供這種簡單結(jié)構(gòu)的燃料電池。為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供覆蓋有親水聚合物層的燃料電池單元 (battery cell )。才娘上ii^電^元的實施方式，該親水聚^層位于產(chǎn)生水的電池區(qū) 域附近。才 上^4^料電*元的實施方式，該親水聚，層是多孔的或者具有開 口以允許氣體例如M過。才條上iaW電棘元的實施方式，逸^JOH"料層絲該親水聚^^層。##上述燃料電*元的實施方式，該疏水材料層對于這種氣體是多孔的或者具有至少一^Nf 口以允許氣體例如IUt過。才娥上iijW電解元的實施方式，該親水聚楊層是熱導(dǎo)性的。 才M&上i^阡電^元的實施方式，該親水聚^#>^^有自米管。 才娥上itWt電^^元的實施方式，該^M^N"料層是熱導(dǎo)性的。 才緣上皿桿電*元的實施方式，該i!Mo^料層由自米管形成。 才娥上it^料電地卑元的實施方式，該電池包括位于第一和第二催化劑層 之間的電解質(zhì)，該第一和第二催化劑層分別與陽極集流體和陰極集流體連接， 將氫^Ti!U'J位于第"H^化劑層的層面的電池的后表面，并將氧^riil到位于 第二催化劑層層面的電池的前表面，所述親水聚^^備f立于第二催化劑層上的前表面上^ifit^。在結(jié)合附圖的務(wù)體實施方案的下述非限定描述中將詳細(xì)討論本發(fā)明的前述 和其它目的、特4iE^優(yōu)點(diǎn)。


圖1是已知斷電解元的絲面圖；圖2是#^本發(fā)明的,電一元的橫戴面圖；圖3是根據(jù)圖2所示的電地羊元的脊氏實施方式的燃料電*元的橫栽面圖。M實施方式為了清楚，在不同的附圖中使用相同的參考數(shù)字指示相同的元件，另外， 如M電路的表示中所常見的，各附圖都未^ 、比例。為了絲燃料電財元的干燥，本發(fā)明使得電解元自然產(chǎn)生的7j^以保 持。實際上，當(dāng)H+質(zhì)子與lt^來自陰極集;維的電子重新結(jié)合時，在上催化劑 層7的層面上形成水。為了i^這些7JO蒸發(fā)，本發(fā)明將親水聚^層;^^上 催化劑層7附近。這種親水聚楊層能夠在單元中維掙潮濕的環(huán)嫂，特別是在 電解質(zhì)6的層面上W^潮濕的環(huán)嫂。 圖2是燃料電池的橫栽面圖，該燃料電池包括圖1所示的電一元的所有 元件。才娥本發(fā)明的一個方面，將親水聚綠層20M在上催化劑層7之上。 親水聚合物層20 覆蓋位于上催化劑層7之上的上電極12部分并M/f立于催化劑層7附近的絕緣層3部分。位于第二絕緣層3之上的上電極12部分是暴露的以使其接近自由，相似的，開口11保持開放，以能夠接近下電極10。另外，為了使空氣，特別;l:氧通向上催化劑7，親水聚合層20^^多 孔的。多孔親7]C聚"^層的實例是例如羥基官能化的團(tuán)聚聚乙烯形成的多孔親 水聚合物層。在聚合物并非多孔的情況下，在其中形成通孔以允許氧流動。另外，由于蒸發(fā)隨著電*元溫度的增加而增加，因此限制電一元產(chǎn)生 的水蒸發(fā)的其它方法在于該電地卑元。為了燃料電^元產(chǎn)生的熱 量易于散熱，因jtb^ii擇熱導(dǎo)l"生的親水聚^^層。為此，可以^^含翻米管的親水聚讀層。由于翻米管是^W的熱導(dǎo) 體，因此少量自米管的存在可以提供非常好的散熱。圖3是^^料電一元的橫戴面圖，該燃料電池包括與圖2顯示的電地卑元 的元件相同的元件。該電^^^t覆蓋親7jc聚"^層20的疏^#料層30。 j^7jO^料層30還能夠限制燃料電池產(chǎn)生的水的蒸發(fā)。該疏7JOt料J^由多孑U^^成，以使得IUi過。M應(yīng)的情況下，應(yīng) 在上催化劑層7 ^Ji提供i^7jc聚，層30的開口以使得氧流動，i^t;^電池 單元的,i^fl^iXA必需的。使得氧流動的多孑Ui水層的實例是由翻米管形成的層。這種層還可以為 ,電^元產(chǎn)生的熱量^WUsf的fL熱。當(dāng)然，本發(fā)明可以具有對^4頁域技"員來i錄易想到的糾改變、改良 和變形。*^地，JJi附圖示出單個燃料電解元。實際上，在同一硅片1上， 可以##期望用途形成以串W并^a^的很多電解元。另外，本發(fā)明適用于多種類型的燃料電池，它適用于##這些燃料電池產(chǎn) 生的水。這些改變、變形和改良的意圖是作為4^Hf的"^分，并且意味著在本發(fā) 明的##和范圍內(nèi)。因此，上述描述僅為#^說明，并不意圖進(jìn)行限制。本發(fā) 明僅受下述權(quán)矛漆#其等同物的限制。
權(quán)利要求
1、一種覆蓋有親水聚合物層(20)的燃料電池單元。
2、 權(quán)斥慎求l的燃料電一元，當(dāng)4狄時產(chǎn)生水，該親7JC聚合物層(20) 位于產(chǎn)生7]c的電一元的區(qū)域附近。
3、 權(quán)禾，]^求1的燃料電^元，其中該親水聚合物層(20)是多孔的或者 具有開口以允i午氣^:例如氧^f過。
4、 權(quán)矛決求1的,電*元，其中船JO^料層(30)覆蓋親水聚合物層 (20)。
5、 積力j要求3的歉阡電地卑元，其中該i^JC^料層(30)是對于這種氣體 是多孔的或者M(jìn)至少一個開口以允許氣體例如氧，i^
6、 權(quán)矛漆求l的,電^元，其中該親水聚#層(20)是熱導(dǎo)性的。
7、 權(quán)矛漆求6的燃料電*元，其中該親水聚合物層(20 )含有自米管。
8、 權(quán)矛J^求4的賺電解元，其中該號jJoH"料層(30)是熱導(dǎo)性的。
9、 權(quán)禾'澳求8的燃料電^元，其中該i^JC^料層(30)由自米管構(gòu)成。
10、 權(quán)利要求1的歉fr電^元，包括位于第j第二催化劑層(5, 7) 之間的電解質(zhì)(6),該第-"^第二催化劑層(5， 7)分別與陽極集流#陰極 集流體連接，將氫^1到位于第,化劑層的層面上的電池舉元的后表面， 并將氧^^i到位于第二催化劑層的層面上的電一元的前表面，所述親水聚 ^層(20) 4立于在第二催4匕劑層上方的前表面處 ^氣。
全文摘要
一種覆蓋有親水聚合物層的燃料電池單元。
文檔編號H01M8/00GK101154731SQ20061017185
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者M·羅伊, S·夸西 申請人:St微電子公司