專利名稱：載有催化劑和/或電解質(zhì)的板體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)電裝置，尤其是，本發(fā)明涉及用在此類發(fā)電裝置中的、載有催化劑和/或電解質(zhì)的板體。
背景技術(shù)：
燃料電池發(fā)電裝置使發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效率和清潔環(huán)保的特性。在這種發(fā)電裝置的工作過程中，氫氣被用作燃料，氫氣通常是從一種碳?xì)浠衔镞M(jìn)料(例如天然氣或石腦油)中生產(chǎn)出的，在發(fā)電裝置外部一個(gè)單獨(dú)的單元中，利用蒸汽轉(zhuǎn)化工藝從進(jìn)料中生產(chǎn)出氫氣。這種方法被稱為外部轉(zhuǎn)化，第3909299號(hào)美國專利介紹了這樣的技術(shù)。
生成氫氣的另一種技術(shù)是在燃料電池自身中(尤其是在燃料電池陽極室)直接對(duì)碳?xì)浠衔锶剂线M(jìn)行轉(zhuǎn)化。這種技術(shù)被稱作內(nèi)部轉(zhuǎn)化，第4182795、4877693號(hào)美國專利介紹了這樣的技術(shù)。內(nèi)部轉(zhuǎn)化法吸引了相當(dāng)大的關(guān)注，原因在于其相比于外部轉(zhuǎn)化法具有一些優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括(1)由于電池電解反應(yīng)放出的熱量在當(dāng)?shù)鼐捅晃鼰嵝缘霓D(zhuǎn)化反應(yīng)消耗了，所以燃料電池系統(tǒng)的總體效率較高；(2)利用陽極反應(yīng)產(chǎn)物在當(dāng)?shù)鼐吞峁┝苏羝D(zhuǎn)化反應(yīng)所需的蒸汽；(3)陽極反應(yīng)對(duì)氫氣的消耗轉(zhuǎn)化率接近100％；以及(4)消除了伴生的發(fā)熱。
但是，內(nèi)部轉(zhuǎn)化法需要對(duì)燃料電池發(fā)電裝置作特定的改造，以將合適的催化劑包容在燃料電池的陽極室中，其中的燃料電池將被用在發(fā)電裝置的燃料電池組中。圖1表示了這種燃料電池上典型的燃料電池陽極室1。如圖所示，陽極室包括一隔板2，其用于將燃料與相鄰燃料電池的氧化劑流隔絕開；一陽極3，其用于提供電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所；以及一陽極電流集流器4，在圖中其被表示為波紋板的形式，其用于傳導(dǎo)從陽極輸出的電子流，并為氣態(tài)的燃料流提供一流動(dòng)路徑。陽極電流集流器4與陽極3被電解質(zhì)阻隔體5分隔開，電解質(zhì)阻隔體中載有用于將碳?xì)浠衔镞M(jìn)料轉(zhuǎn)化為氫氣的轉(zhuǎn)化催化劑6。圖1中還表示出了相鄰電池的陰極7和陰極電流集流器8。
通常情況下，轉(zhuǎn)化催化劑6可被制成各種緊湊的固態(tài)形狀，例如可以是片塊形、球粒形、棒狀、環(huán)體形或球體形。第4788110號(hào)美國專利公開了將這些類型的催化劑設(shè)置在陽極電流集流器的波狀空間內(nèi)的常規(guī)技術(shù)。但是，這些技術(shù)存在一些缺點(diǎn)。由于催化劑顆粒的尺寸很小，在組裝過程中對(duì)催化劑顆粒進(jìn)行操作是麻煩的，且難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因而，組裝工作的成本效率低。另外，各個(gè)燃料電池發(fā)電裝置之間的裝料一致性也難于保證。另外一個(gè)困難在于組裝、搬運(yùn)、運(yùn)輸和操作過程中催化劑會(huì)發(fā)生移位和流失。
與本申請(qǐng)屬于同一受讓人的第5660941號(hào)美國專利公開了一種能避免上述某些問題的催化劑。本申請(qǐng)中所述的催化劑為金屬催化劑薄板的形式，其表面上具有一些穿通的孔洞。具體來講，催化劑上的孔洞以及孔洞之間的間距被設(shè)計(jì)成與陽極電流集流器上的溝紋或“支腿”相匹配。
這樣，可將催化劑薄板放置在電流集流器上，且通過將支腿穿入到與其相配的孔洞中，可將薄板保持定位。不難理解，采用催化劑薄板能消除那些與搬運(yùn)催化劑相關(guān)的、使用顆粒狀催化劑時(shí)所固有的問題。但是，制造具有所需孔洞的催化劑薄板是困難的，其成本效率可能達(dá)不到所希望的程度。
內(nèi)部轉(zhuǎn)化型燃料電池發(fā)電裝置(尤其是碳酸鹽燃料發(fā)電裝置)要面對(duì)的另一個(gè)問題是如何存儲(chǔ)足夠的電解質(zhì)，以便于在發(fā)電裝置的整個(gè)預(yù)期壽命內(nèi)都能維持足夠的存量。機(jī)組的預(yù)期使用壽命可達(dá)到40,000到50,000小時(shí)。在使用碳酸鹽燃料電池發(fā)電裝置的燃料電池組中，用熔融的碳酸鹽作為電解質(zhì)，其被存儲(chǔ)在惰性的多孔網(wǎng)格板中。
除了其自身的電化學(xué)功能之外，熔融的碳酸鹽電解質(zhì)還利用其液態(tài)毛細(xì)作用力而起到密封成分和分隔成分的作用。因而，很重要的一點(diǎn)是在燃料電池發(fā)電裝置的工作過程中，基體的孔隙容積要被電解質(zhì)完全地填充。但是，在此工作過程中，電解質(zhì)會(huì)由于蒸發(fā)、滲漏、浸蝕而逐漸消失。因而，為了維持燃料電池發(fā)電裝置內(nèi)的密封性能和離子的分布連續(xù)性，需要存儲(chǔ)足夠的電解質(zhì)，該存儲(chǔ)量超過初始工作所需的最小量。在數(shù)個(gè)美國專利(例如第4035551、4062322、4038463、4548877、4596751和5468573號(hào)美國專利)中都公開了為確保燃料電池發(fā)電裝置中存儲(chǔ)有足夠量碳酸鹽電解質(zhì)的設(shè)計(jì)。其中的一種設(shè)計(jì)采用了在陽極與陰極之間設(shè)置厚基質(zhì)瓦以存儲(chǔ)電解質(zhì)的方案。但是，這樣的厚基質(zhì)會(huì)造成很高的IR損耗。
所公開的另一種設(shè)計(jì)使用了由碳酸鹽電解質(zhì)顆粒構(gòu)成的原料薄條帶，其中的碳酸鹽顆粒被一種粘合劑保持在一起。在將燃料電池各個(gè)部件疊置起來的過程中，將該電解質(zhì)條帶布置在電極與電解質(zhì)基體之間，然后在原位將碳酸鹽顆粒熔融，以使得碳酸鹽流入到基體中。但是，這樣的設(shè)計(jì)使得燃料電池組的尺寸在熔融電解質(zhì)的過程中變得不穩(wěn)定，對(duì)于電池組的機(jī)械穩(wěn)定性而言，這一點(diǎn)是不利的。
人們所考慮的另一種設(shè)計(jì)使用燃料電池發(fā)電裝置的電極作為電解質(zhì)的存儲(chǔ)體。在此情況下，可通過在將燃料電池組裝成電池組之前、將熔融的電解質(zhì)直接滲注到各個(gè)燃料電池的多孔性電極中而完成電極的存儲(chǔ)。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于其各個(gè)燃料電池具有足夠厚電極的電池組而言是有利的，原因在于，電池的厚電極可容納大量的電解質(zhì)，從而可確保在用電解質(zhì)充注了各個(gè)電池的基體之后、在很長(zhǎng)的工作壽命期間電極中都保留有足夠量的熔融電解質(zhì)。為了達(dá)到這樣的情況，必須要使用較厚的電極，這會(huì)增大電池組的高度以及成本。
轉(zhuǎn)讓給美國政府的第5468573號(hào)美國專利公開了一種用于解決電解質(zhì)存儲(chǔ)問題的不同技術(shù)。在該技術(shù)方案中，在將燃料電池組裝成電池組之前，在各個(gè)燃料電池陰極電流集流器的波狀空間內(nèi)設(shè)置一種電解質(zhì)漿糊。電解質(zhì)漿糊中包含有與粘合劑相混合的電解質(zhì)粉末，其中的粘合劑是可被去除的，其例如是凡士林油、蜂蠟、或甘油。這種技術(shù)能在燃料電池中存儲(chǔ)足夠量的電解質(zhì)。但是，該專利′573并未介紹將電解質(zhì)封包到波狀電流集流器中的任何方法。
能完成上述工作的方法是人工擠壓或自動(dòng)擠壓。但是，在使用擠壓工藝時(shí)，電解質(zhì)的量和均勻度難于進(jìn)行控制。另外，在不使電解質(zhì)漿糊溢出到非所需接觸表面上的情況下，將電解質(zhì)漿糊包封在波狀空間內(nèi)是非常困難的。
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種載有催化劑或電解質(zhì)的板體，其消除了上述的各個(gè)缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種載有催化劑或電解質(zhì)的板體，其被設(shè)計(jì)成能容易而高效地進(jìn)行制造。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于形成載有催化劑或電解質(zhì)的板體的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，上述的目的以及其它的目的通過一種板體而得以實(shí)現(xiàn)，該板體上載有催化劑裝填材料或電解質(zhì)裝填材料，通過將裝填材料制成繩線的形式，可將裝填材料設(shè)置在板體中。優(yōu)選地是，裝填材料的繩線形式是通過將裝填材料擠壓到板體上—優(yōu)選地是擠壓到板件的溝道中而實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地是，該板體還被用作燃料電池組中燃料電池的電流集流器。
在本發(fā)明的另一方面，公開了用于制造該載料板體的設(shè)備和方法，在該設(shè)備和方法中，板體被支撐在一工作臺(tái)上，且一擠出機(jī)位于該板體的上方。一控制機(jī)構(gòu)對(duì)板體和擠出機(jī)實(shí)施控制，以使得擠出機(jī)能沿著板體的第一溝道擠制出材料繩線。然后，使板體和擠出機(jī)相對(duì)于彼此重新進(jìn)行定位或引導(dǎo)，以使得擠出機(jī)能在板體的第二溝道內(nèi)擠制出材料繩線。重復(fù)進(jìn)行該過程，直到在全部所需的溝道內(nèi)裝入了用裝填材料制成的繩線為止。


在結(jié)合附圖閱讀了下文的詳細(xì)描述之后，可更加清楚地理解本發(fā)明的上述內(nèi)容以及其它特征和方面，在附圖中圖1表示了用在燃料電池組中的燃料電池陽極室的各個(gè)部件；圖2中的示意圖表示了根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)原理的、用于將催化劑或電解質(zhì)裝填材料裝到板體上的系統(tǒng)；
圖3表示了根據(jù)本發(fā)明原理的、載有催化劑繩線的波紋狀電流集流器；圖4A是根據(jù)本發(fā)明原理的催化劑繩線的顯微照片；圖4B中的顯微照片表示了圖4A所示催化劑繩線的橫截面結(jié)構(gòu)；圖5A中的顯微照片表示了根據(jù)本發(fā)明原理的、已除去粘合劑的催化劑繩線；圖5B中的顯微照片表示了圖5A所示催化劑繩線的微觀結(jié)構(gòu)；圖6中的圖線表示了對(duì)圖5A、5B所示催化劑繩線執(zhí)行水銀孔隙度分析所獲得的結(jié)果；圖7中的圖線表示了與普通民用級(jí)催化劑的活性相比對(duì)催化劑繩線的活性執(zhí)行加速所得的結(jié)果；圖8表示了對(duì)單電池型碳酸鹽燃料電池發(fā)電裝置執(zhí)行的加速穩(wěn)定性測(cè)試，該發(fā)電裝置中使用了根據(jù)本發(fā)明的催化劑繩線，該測(cè)試是對(duì)比采用普通民用級(jí)催化劑的電池進(jìn)行的；圖9中的光學(xué)顯微照片表示了根據(jù)本發(fā)明原理的、載有電解質(zhì)繩線的波狀電流集流板；以及圖10和圖11示意性地表示了帶有根據(jù)本發(fā)明原理的電流集流板的燃料電池，其中的電流集流板中裝有電解質(zhì)和催化劑。
具體實(shí)施例方式
圖2表示了一種按照本發(fā)明設(shè)計(jì)原理的系統(tǒng)10，該系統(tǒng)用于將催化劑材料或電解質(zhì)材料50(即裝填材料)以繩線50B的形式裝入到一板體11上。在圖示的情況中，板體11是一燃料電池的電流集流板，該燃料電池將被用在燃料電池組中。如圖所示，板體11是波紋狀的，從而形成了一些溝道12，任何所需形狀的裝填材料繩線都可被裝入到這些溝道中。優(yōu)選地是，用裝填材料制成的、具有所需形狀的連續(xù)繩線50B是由擠壓法制成的。可借助于一PC控制器13、一帶有擠出噴嘴或擠出頭15的擠出機(jī)14、以及一X-Y定位工作臺(tái)16在原位自動(dòng)執(zhí)行將這些繩線裝入到電流集流板11溝道12中的操作。
更具體來講，首先將電流集流板11放置在X-Y定位工作臺(tái)上，且使工作臺(tái)上形成溝道的波紋或支腿面對(duì)著擠出噴嘴15。然后，PC控制器13對(duì)擠出機(jī)14和X-Y工作臺(tái)16的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，其中的擠出機(jī)14中含有面團(tuán)狀形式的裝填材料50A。具體來講，隨著X-Y工作臺(tái)16以給定的速度和路線移動(dòng)，使擠出機(jī)14從噴嘴15擠出由裝填材料形成的繩線50B，以便于將擠出的繩線50B引導(dǎo)到板體11上所需的溝道12中。繩線的長(zhǎng)度優(yōu)選地大于等于0.5″。
X-Y工作臺(tái)16的運(yùn)動(dòng)速度是根據(jù)擠出速度和所需的繩線直徑確定出的。X Y工作臺(tái)16的運(yùn)動(dòng)路線依次是根據(jù)所需的裝料圖案而設(shè)計(jì)的。不難理解，借助于計(jì)算機(jī)軟件，可形成各種形狀的裝料圖案，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)化以及裝填材料在板體上分布的均勻性。
由裝填材料50形成裝填材料面團(tuán)狀50A，其中的裝填材料50包括裝填材料粉末和聚合物粘合劑。這些材料在一混合器18中化合或混合而形成一種可擠出的均勻混合物，該混合物即為裝填材料面團(tuán)狀50A。混合器18可以是一個(gè)高剪切的葉片式混合器?？蓴D出的混合物中通常含有約5到15％(重量比)的聚合物粘合劑。不論是溶劑基的粘合劑系統(tǒng)、還是水基的粘合劑系統(tǒng)都能應(yīng)用在本發(fā)明中。
在利用混合工藝形成了裝填材料面團(tuán)狀50A之后，將面團(tuán)狀轉(zhuǎn)移到擠出機(jī)14中，以擠出繩線。如上所述，利用擠出機(jī)14的作用，將被制成面團(tuán)狀形式的裝填材料從擠出機(jī)噴嘴15中擠出，其中的擠出機(jī)或者是活塞型擠出機(jī)或者是螺桿型擠出機(jī)。還如上文描述的那樣，利用X-Y工作臺(tái)16的運(yùn)動(dòng)將繩線引導(dǎo)到電流集流板11的溝道中。
擠出繩線的直徑取決于電流集流器的幾何參數(shù)，可利用噴嘴尺寸、擠出速度、以及面團(tuán)狀粘度來控制該直徑。優(yōu)選地是，對(duì)繩線的直徑進(jìn)行選擇，以使得繩線可被陷卡在電流集流板11上形成溝道12的相鄰支腿或波紋之間。
一旦裝填材料/電流集流器組件已經(jīng)完成，則可將該組件與隔板、陰極和/或陽極組件組裝到一起而形成燃料電池組中的單個(gè)燃料電池。燃料電池被表示在圖10和圖11中。圖10表示了被用作燃料電池上陽極電流集流器的電流集流板11，圖11表示了被用作燃料電池上陰極電流集流器的電流集流板11。
在開始時(shí)，可在對(duì)燃料電池發(fā)電裝置執(zhí)行預(yù)調(diào)整的步驟中，在原位對(duì)裝填材料的繩線進(jìn)行處理，裝填材料繩線中所含的聚合物粘合劑被去除掉。作為備選方案，也可設(shè)一個(gè)單獨(dú)的步驟來去除粘合劑和/或?qū)ρb填材料執(zhí)行預(yù)處理，該步驟或者是在已裝料的板體自身上進(jìn)行，或者是在板體被組裝到燃料電池發(fā)電裝置中時(shí)進(jìn)行。
載有催化劑裝填材料的陽極電流集流板的示例下面的表1中列出了一種用于催化劑裝填材料的粉末/粘合劑混合物50的示例。
表1.催化劑擠出物的組成成分

硫?qū)Υ呋瘎┦遣焕?，因而，要使用無硫粘合劑。民用級(jí)轉(zhuǎn)化催化劑粉末的顆粒尺寸在1到100μm之間，這樣的催化劑與粘合劑在葉片式混合器中以室溫條件混合15分鐘，由此來形成可擠出的面團(tuán)狀。將面團(tuán)狀放置到一活塞直徑為1.5″、噴嘴直徑為0.05"的活塞式擠出機(jī)中，該擠出機(jī)具有約10,000psi的恒定壓力。擠出的繩線被按照上述的方式送入到250cm2的波狀陽極電流集流器中。圖3表示了所制出的、載有催化劑擠出繩線的陽極電流集流器(250cm2)，在該集流器上帶有約50mg/cm2的催化劑。
用掃描電子顯微鏡(SEM)和水銀孔率法測(cè)定催化劑繩線的微觀結(jié)構(gòu)和孔隙尺寸的分布。SEM顯微照片(見圖4(A)和圖4(B))表示了擠出的催化劑繩線的形態(tài)。用繩線表面形貌(見圖4(A))的均勻度來驗(yàn)證擠制工作的質(zhì)量。從斷裂剖面的形貌(見圖4(B))可見，粘合劑的分布是均勻的，其包圍著每一個(gè)催化劑顆粒(箭頭所指)。從催化劑繩線中去除聚合物的處理是在410℃的氧化氛圍中進(jìn)行的。溫度被緩慢地(2℃/分)升高到410℃，并保持2小時(shí)，以完成聚合物的去除。使用燒盡后的催化劑繩線仍具有結(jié)構(gòu)完整性(見圖5(A))-盡管呈現(xiàn)為多孔微觀結(jié)構(gòu)(見圖5(B))。
孔隙度分析表明燒盡后的催化劑繩線具有約45％到60％(體積比)的孔隙。在燒盡后的催化劑繩線的內(nèi)部，具有兩個(gè)孔隙尺寸不同的分布區(qū)間孔隙尺寸小于等于0.01μm的范圍和孔隙尺寸大于等于5μm的范圍(見圖6)。較大的氣孔是由聚合物以及擠出過程產(chǎn)生的，其有助于降低反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑活性位置的阻力。小的氣孔存在于催化劑顆粒的內(nèi)部，這樣的氣孔構(gòu)成了大部分反應(yīng)表面積。對(duì)大氣孔與小氣孔之間的體積比嚴(yán)格地進(jìn)行控制，以使得反應(yīng)物易于進(jìn)入到催化劑的活性位置，且易于排出反應(yīng)產(chǎn)物，同時(shí)還不會(huì)使催化劑喪失活性。一般情況下，認(rèn)為大氣孔在總的孔隙中占30-35％的比例是最優(yōu)的。
在高溫反應(yīng)器中，對(duì)擠制的催化劑繩線的活性執(zhí)行了加速測(cè)試。所有的活性測(cè)試都是在約740托(Torr)絕對(duì)壓力、700℃C溫度的條件下進(jìn)行的，且進(jìn)料的組成為CO2/CH4＝1/11.8，且總的進(jìn)料流量為20sccm(空速約10000-20000h-1)。加速活性測(cè)試表明擠制催化劑繩線的性能類似于或好于普通的民用級(jí)催化劑片塊(見圖7)。
還在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的碳酸鹽燃料電池發(fā)電裝置(250cm2)中對(duì)催化劑繩線的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖8表示出了與普通民用級(jí)催化劑進(jìn)行比較的、在單電池發(fā)電裝置中以加速老化模式對(duì)CH4轉(zhuǎn)化的對(duì)比情況，從圖中可看出，擠制的催化劑繩線與民用級(jí)催化劑具有類似的性能。
載有電解質(zhì)裝填材料的電流集流板的示例圖9表示了在原位擠制繩線狀電解質(zhì)裝填材料并將裝填材料裝入到波狀電流集流板中的示例。采用上述的過程和組件，將15克電解質(zhì)繩線自動(dòng)裝入到電流集流板的溝道(250cm2)中，且不污染電流集流板的表面。用于擠出電解質(zhì)的面團(tuán)狀是用電解質(zhì)粉末(例如62克分子百分?jǐn)?shù)的Li碳酸鹽/38克分子百分?jǐn)?shù)的K碳酸鹽)與甘油或低分子量(200到400)的聚乙二醇以85/15的體積比制備而成的。
甘油/聚乙二醇是毒性較小且不易燃的材料，當(dāng)加載的板體被加熱時(shí)，該材料可蒸發(fā)或化學(xué)分解，且不會(huì)留下任何不利的殘余物。如果電流集流板被用作燃料電池發(fā)電裝置中的陽極或陰極電流集流器，則在發(fā)電裝置被加熱到其工作溫度以熔融電解質(zhì)時(shí)，可在原位完成甘油/聚乙二醇的去除。
在一切情況下，上述的設(shè)計(jì)都只是用來示例本發(fā)明多種可行的特定實(shí)施方式。在不悖離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想和范圍的前提下，可根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)出多種其它改型方案。因而，裝填材料的繩線50B可以是連續(xù)的或不連續(xù)的、剛性的或柔性的。另外，用于形成催化劑裝填材料面團(tuán)狀50A的催化劑粉末可以是煅燒型或非煅燒型的。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池組中的燃料電池、或作為燃料電池部件的組件，包括板體；呈繩線形式的裝填材料，其被設(shè)置在所述板體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述裝填材料包括如下材料中的一種或多種電解質(zhì)、催化劑以及其它材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于所述裝填材料經(jīng)過擠壓而變?yōu)樗隼K線形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于所述板體包括溝道，所述裝填材料位于所述溝道中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于所述板體是陽極電流集流板或陰極電流集流板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其特征在于所述板體是波紋板，以形成所述溝道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其特征在于所述電解質(zhì)是碳酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于所述電解質(zhì)是碳酸鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于所述組件是陽極組件或陰極組件，所述板體是所述組件的電流集流器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于所述組件是一燃料電池，所述板體是所述燃料電池的一個(gè)部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于所述燃料電池包括陽極組件和陰極組件，所述板體是所述陽極組件或陰極組件的電流集流器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于裝填材料的每一繩線的長(zhǎng)度約≥0.5″。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述裝填材料是催化劑裝填材料；以及催化劑裝填材料的每一繩線都具有尺寸在百分之幾微米范圍內(nèi)的小氣孔和尺寸在幾微米范圍內(nèi)的大氣孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的組件，其特征在于所述大氣孔在每一裝填材料繩線總孔隙度中占的體積百分比為30到35。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的組件，其特征在于所述小氣孔的尺寸在≤0.01μm的范圍內(nèi)；以及所述大氣孔的尺寸在≥5μm的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其特征在于每一催化劑裝填材料繩線的孔隙體積都在45％到60％之間。
17.一種用于制造板體的方法，其中的板體用于燃料電池組中的燃料電池、或作為燃料電池的部件，所述方法包括步驟對(duì)所述板體定位，以使其接納裝填材料；以及將所述裝填材料以繩線的形式布置在所述板體上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述布置步驟包括利用擠出機(jī)將所述裝填材料擠出到所述板體上的操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述定位步驟包括將所述板體設(shè)置在工作臺(tái)上的操作；以及所述方法還包括使所述板體與所述擠出機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述板體具有溝道；所述板體被設(shè)置在所述工作臺(tái)上，同時(shí)所述溝道面對(duì)著所述擠出機(jī)；以及所述工作臺(tái)與所述擠出機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得所述繩線形式的裝填材料被布置在所述溝道中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述布置步驟還包括形成所述裝填材料，該操作包括將裝填材料顆粒與粘合劑相混合以形成面團(tuán)狀。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于還包括步驟加熱所述載料板體以除去所述粘合劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述裝填材料包括如下材料的一種或多種電解質(zhì)、催化劑以及其它材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述加熱步驟是在所述載料板體被安裝到燃料電池組的燃料電池中時(shí)進(jìn)行的。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于還包括步驟將所述載料板體安裝到用作電流集流器的陽極組件或陰極組件中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于還包括步驟將所述陽極組件或陰極組件安裝到燃料電池組的燃料電池中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于所述裝填材料包括如下材料的一種或多種電解質(zhì)、催化劑以及其它材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述裝填材料包括如下材料的一種或多種電解質(zhì)、催化劑以及其它材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述電解質(zhì)材料是碳酸鹽。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述布置步驟還包括操作形成所述裝填材料，該操作包括將裝填材料顆粒與粘合劑相混合以形成面團(tuán)狀。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于還包括將所述粘合劑材料從所述的每一裝填材料繩線中去除。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述去除操作是通過加熱完成的。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述裝填材料是電解質(zhì)裝填材料；以及所述粘合劑是甘油或低分子量的聚乙二醇。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所述電解質(zhì)材料是碳酸鹽。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述裝填材料是催化劑材料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于所述裝填材料顆粒的尺寸在1到100μm的范圍內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于所述去除步驟使得催化劑材料的每一繩線都具有尺寸在百分之幾微米范圍內(nèi)的小氣孔和尺寸在幾微米范圍內(nèi)的大氣孔。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述小氣孔的尺寸在≤0.01μm的范圍內(nèi)；以及所述大氣孔的尺寸在≥5μm的范圍內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述大氣孔在每一裝填材料繩線總孔隙度中占的百分比為30到50。
40.一種用于制造板體的設(shè)備，其中的板體用于燃料電池組中的燃料電池、或作為燃料電池的部件，所述設(shè)備包括用于對(duì)所述板體定位以使其接納裝填材料的裝置；以及用于將所述裝填材料以繩線的形式布置在所述板體上的裝置。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其特征在于用于布置的所述裝置包括擠出機(jī)，其用于將所述裝填材料擠出到所述板體上。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于用于定位的所述裝置包括工作臺(tái)，其支撐著所述板體；以及用于使所述工作臺(tái)與所述擠出機(jī)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其特征在于所述板體具有溝道；所述板體被設(shè)置在所述工作臺(tái)上，并使得所述溝道面對(duì)著所述擠出機(jī)；以及所述工作臺(tái)與所述擠出機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得所述繩線形式的裝填材料被布置在所述溝道中。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其特征在于用于布置的所述裝置還包括用于形成所述裝填材料的裝置，其包括混合器，該混合器用于將裝填材料顆粒與粘合劑混合起來以形成面團(tuán)狀。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其特征在于所述裝填材料包括如下材料的一種或多種電解質(zhì)、催化劑以及其它材料。
46.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其特征在于所述裝填材料包括如下材料的一種或多種電解質(zhì)、催化劑以及其它材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種載料板體，其被用在燃料電池組的燃料電池中，或作為燃料電池的部件，在該板體中，裝填材料為繩線的形式。所述裝填材料可以是電解質(zhì)或催化劑，且繩線形式是通過將裝填材料擠出到板體上而形成的。
文檔編號(hào)B05D5/12GK1751408SQ200380109650
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月10日
發(fā)明者喻肇宜, M·法羅克, 黃朝明 申請(qǐng)人:燃料電池能有限公司