專利名稱：燃料電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及能提高發(fā)電性能的燃料電池。
背景技術：
燃料電池是一種能量轉換裝置，用于通過化學反應將燃料的化學能直接轉換成電能。與一般電池不同，只要供給燃料燃料電池就能持續(xù)發(fā)電而不用充電。近來，由于高能量效率和環(huán)境友好特性，人們將注意力集中在燃料電池上。
通常，燃料電池具有兩個電極，即設置在電解質的相反側的陽極和陰極。通常，在陽極的外側上有陽極側隔板，其具有燃料通道并支撐陽極，以及在陰極的外側上具有陰極側隔板，其具有空氣通道并支撐陰極。在陽極處發(fā)生氫即燃料的電化學反應，在陰極處發(fā)生氧即氧化劑的電化學反應，并且由于在此時產生電子移動，所以產生電能。
燃料電池可使用各種燃料，例如LNG、LPG、甲醇，汽油等等。一般，燃料在燃料重整器處經過脫硫處理、重整反應、以及氫提純處理而被提純?yōu)闅?，并以氣體形式使用。水溶液狀態(tài)的燃料，例如將固態(tài)BH4-溶解成為水溶液狀態(tài)用作燃料(硼氫化物燃料電池)。硼氫化物燃料電池(BFC)可省略燃料重整器，由于沒有燃料重整器時，水溶液狀態(tài)的燃料直接提供給陽極，并且在陽極處發(fā)生重整反應，從而能夠簡化燃料電池系統(tǒng)。
同時，根據電解質的種類，有含磷燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、以及聚合物膜燃料電池等等。
以下將參照圖1描述相關技術的燃料電池系統(tǒng)。
參照圖1，由燃料泵3將燃料從燃料罐5提供給燃料電池1，并且由空氣泵7將空氣提供給燃料電池1。燃料電池1為單元電池(unit cell)或單元電池堆。
以下將參照圖2至圖4描述相關技術的燃料電池的實例。圖2至圖4各自示出了一個單元燃料電池。
在電解質10的相反側有陽極30和陰極20。在陽極30和陰極20的外側分別有隔板40和隔板50。陽極30和陰極20是多孔的，并且通常含有Pt催化劑。
因此，在陽極30的外側有陽極側隔板50，以及在陰極20的外側有陰極側隔板40。隔板40、50分別支撐陽極30和陰極20，并具有通常在隔離物44之間以及隔離物54之間形成的通道46、56?？梢杂懈鞣N通道形式。當單元電池為堆疊的時，隔板40和隔板50用于隔離各個單元電池。同時，在隔板40和隔板50的外側，可以分別有獨立的集電板。
通常，電解質是聚合物材料的離子交換膜。一般可購到的電解質膜是杜邦(Du Pont)公司的Nafion膜，該膜用作氫離子的傳輸體(transfer body)，同時借助于此膜，防止氧與氫接觸。陽極30和陰極20是通常是多孔碳樹脂或碳布的支撐體，其上附著有催化劑。隔板40、50一般是由致密的碳材料(dense carbon material)、或Ni/SUS材料形成。
下面將描述燃料電池的操作方式。
提供給燃料電池的燃料和空氣流經陽極30和陰極20，并發(fā)生以下化學反應。
陽極BH4-+8OH-→BO2-+6H2O+8e-E0＝-1.24V陰極2O2+4H2O+8e-→8OH-E0＝0.4V總計BH4-+2O2→2H2O+BO2-E0＝1.62V。
同時，為了制成BH4-穩(wěn)定溶液，一般加入一定量的Na，以引起在陽極30處產生氫氣的副反應。也就是說，在陽極30處發(fā)生2H2O+NaBH4→NaBO2+4H2的反應。
同時，需要在保持燃料電池尺寸不變的情況下，提高燃料電池的發(fā)電容量及性能。因為盡管燃料電池有上述優(yōu)點，但為了獲取理想的發(fā)電容量和性能，燃料電池的尺寸通常變得更大，這限制了燃料電池的使用，并且使用不方便。
因此，已經存在許多提高燃料電池的發(fā)電容量和性能的建議。例如，日本特開平專利No.H10-228913提出將電極和隔板部分地鍍金，以減小電極與隔板之間的接觸電阻，從而提高燃料電池的性能。在這種情況下，建議隔板由金屬制成，并且為了防止腐蝕，隔板由不銹鋼制成。然而，盡管各種各樣提高燃料電池發(fā)電容量和性能的建議在某種程度上有效，但效果一般并不明顯，從而仍需要具有更好的發(fā)電性能的燃料電池。

發(fā)明內容
旨在解決上述問題的本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池，該燃料電池能夠提高發(fā)電容量和性能而不增加燃料電池的尺寸。
本發(fā)明的目的可通過提供一種燃料電池來實現，該燃料電池包括電解質；陽極和陰極，位于該電解質的相反側；陽極側隔板和陰極側隔板，分別位于所述陽極和陰極的外側；以及中間層，位于所述陰極與陰極側隔板之間，用于防止該陰極側隔板被腐蝕。
在本發(fā)明的其它方案中，提供了一種燃料電池，包括電解質；陽極和陰極，位于該電解質的相反側；陽極側隔板，位于所述陽極的外側；陰極側隔板，位于所述陰極的外側；多孔支撐部件，位于所述陰極與所述陰極側隔板之間，用于支撐該陰極；以及支撐部件中間層，位于所述陰極與所述多孔支撐部件之間，用于防止該多孔支撐部件被腐蝕。
在本發(fā)明的另一方案中，提供了一種燃料電池，包括電解質；陽極和陰極，位于該電解質的相反側；陽極側隔板和陰極側隔板，分別位于所述陽極和陰極的外側；以及中間層，位于所述陽極與陽極側隔板之間，用于防止該陽極側隔板被腐蝕。
因此，燃料電池的發(fā)電性能得以提高，從而能提高發(fā)電容量而不增加燃料電池的尺寸。


包含附圖是為了提供對本發(fā)明的進一步理解，附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中；圖1示出了相關技術的燃料電池系統(tǒng)的方框圖；圖2示意性示出了相關技術的燃料電池的分解立體圖；圖3示意性示出了圖2中陰極側隔板的一個實例的平面圖；
圖4示出了圖2的截面圖；圖5示出了圖2中燃料電池的電路表示；圖6示出了燃料電池中的電壓降曲線圖；圖7示意性示出了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的燃料電池的截面圖；圖8和圖9均示出了表示本發(fā)明與相關技術的燃料電池的發(fā)電容量的比較的曲線圖；以及圖10示意性示出了根據本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的燃料電池的截面圖。
具體實施例方式
現在詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中示出。在描述實施例時，與相關技術的燃料電池部分相同的部分將用相同的名稱和附圖標記表示，并省略對這些部分的詳細描述。
以下參照圖7描述本發(fā)明燃料電池的優(yōu)選實施例。
與相關技術類似，本發(fā)明的燃料電池包括電解質10、陽極30、陰極20、陽極側隔板50、以及陰極側隔板40。雖然在具有多個堆疊單元電池的堆疊型燃料電池中，隔板40或隔板50的一側與陽極30接觸，并且另一側同時與陰極20接觸，但是為描述方便，在下面的說明中將使用陽極側隔板50及陰極側隔板50的表達方式。
根據本發(fā)明人的研究發(fā)現，對于提高燃料電池的性能來說，防止隔板特別是防止陰極側隔板40被腐蝕，是非常重要的。因為如圖5所示，當燃料電池發(fā)電時，離子移動為從陽極→電解質→陰極，而電子移動為從陽極(r2)→陽極側隔板(rl)→陰極側隔板(r4)→陰極(r3)，其中電子的所有移動路徑都是某種內電阻。另外，如圖6所示，根據燃料電池的I-V特性曲線，如果內電阻增加，則燃料電池的性能下降。同時，根據本發(fā)明人的研究發(fā)現，在燃料電池工作期間，通常在陰極側隔板40處發(fā)生腐蝕，并且在此情況下形成的銹是內電阻增加的重要原因。也就是說，本發(fā)明的相關技術不知曉，防止隔板40被腐蝕是提高燃料電池性能的最重要的因素之一。因此，如在背景技術中所描述的，日本特開平專利No.H10-228913提出在電極和隔板的接觸表面處部分地鍍金，從而簡單地減小電極與隔板之間的接觸電阻，并使用不銹鋼作為隔板材料用于防止腐蝕。然而，一般難以通過使用金屬隔板來有效地避免腐蝕，特別是陰極側隔板的腐蝕會引發(fā)問題。即，根據本發(fā)明人的研究發(fā)現，對于提高燃料電池性能來說，可靠的防腐比簡單的防止接觸電阻更為有效。
因此，本發(fā)明提出防止隔板腐蝕以提高燃料電池性能。雖然能夠有效地防止陰極側隔板腐蝕的任何方法都是適用的，但是以下實施例中的方法簡單而有效。
參照圖7，在陰極側隔板40與陰極40之間有中間層300，用于防止陰極側隔板40腐蝕。雖然可單獨提供中間層300，但是優(yōu)選，中間層300是從那些電離傾向類似于陰極20的材料中選出的材料制成的涂層。因為根據本發(fā)明人的研究發(fā)現，在陰極側隔板40處腐蝕的主要原因源自陰極20與陰極側隔板40的電離傾向差異產生的電壓差。
同時，要求陰極側隔板40上的涂層300至少位于接觸陰極20的接觸表面302上以及通道的底表面304上，并且優(yōu)選位于通道的壁表面306上。
同時，一般來說，由于陰極20含有Pt催化劑，所以涂層300可由具有與Pt相同或類似的電離傾向的Pt、金、銅、鎳等材料制成，考慮到制造成本以及工藝等因素，優(yōu)選涂層300由金制成。
另一方面，在陽極側隔板50處可能發(fā)生腐蝕。因此，優(yōu)選，在陽極側隔板50上形成中間層(圖中未示出)，例如涂層，以防止陽極側隔板50腐蝕。當然，在此情況下同樣優(yōu)選，涂層由選自那些表現出與陽極30沒有電壓差的材料中的材料制成。
參照圖8，作為本發(fā)明人的實驗結果，在燃料電池具有含有Pt的陰極側隔板40的情況下，如果其它條件相同，證實具有金涂層的燃料電池與沒有涂層的相關技術的燃料電池相比能提高發(fā)電性能將近50％。由于各種燃料電池的實驗結果表示出類似的趨勢，所以為了方便在圖8中僅示出一個實驗結果。
此外，如圖9所示，本發(fā)明的原理適用于其它形式的燃料電池。例如，如圖10所示，在陰極20與陰極側隔板40之間可以有多孔支撐部件100，例如網孔部件(mesh member)。支撐部件100也受到腐蝕，優(yōu)選防止這種腐蝕。也就是說，在支撐部件100上鍍金減小內電阻，并表現出性能提高。當然，如果陰極側隔板40被鍍金則更為有效。
同時，陽極30與陽極側隔板50之間可以有陽極支撐部件80，相同的原理適用于陽極支撐部件80。
當然，以上實施例的原理不限于BFC型燃料電池，而是同樣適用于其它燃料電池。
工業(yè)實用性有效防止陰極側隔板和/或陽極側隔板處的腐蝕能夠減小燃料電池的內電阻，最終提高發(fā)電性能及容量。
權利要求
1.一種燃料電池，包括電解質；陽極和陰極，位于該電解質的相反側；陽極側隔板和陰極側隔板，分別位于所述陽極和所述陰極的外側；以及中間層，位于所述陰極與所述陰極側隔板之間，用于防止該陰極側隔板被腐蝕。
2.根據權利要求1所述的燃料電池，其中所述中間層是所述陰極上的涂層。
3.根據權利要求2所述的燃料電池，其中所述涂層是由這樣一種材料形成，該材料選自那些電離傾向類似于陰極的材料。
4.根據權利要求2或3所述的燃料電池，其中所述陰極含有Pt催化劑，并且所述中間層由金形成。
5.根據權利要求1或2所述的燃料電池，還包括位于所述陽極與所述陽極側隔板之間的中間層，用于防止該陽極側隔板被腐蝕。
6.一種燃料電池，包括電解質；陽極和陰極，位于該電解質的相反側；陽極側隔板，位于所述陽極的外側；陰極側隔板，位于所述陰極的外側；多孔支撐部件，位于所述陰極與所述陰極側隔板之間，用于支撐該陰極；以及支撐部件中間層，位于所述陰極與所述多孔支撐部件之間，用于防止該多孔支撐部件被腐蝕。
7.根據權利要求6所述的燃料電池，其中所述支撐部件中間層是所述支撐部件上的涂層。
8.根據權利要求7所述的燃料電池，其中所述涂層是由這樣一種材料形成，該材料選自那些電離傾向類似于陰極的材料。
9.根據權利要求6所述的燃料電池，還包括位于所述陰極側隔板與所述多孔支撐部件之間的中間層，用于防止該陰極側隔板被腐蝕。
10.根據權利要求6-9其中之一所述的燃料電池，其中所述陰極含有Pt催化劑，并且所述中間層由金形成。
11.根據權利要求6-9其中之一所述的燃料電池，還包括位于所述陽極與所述陽極側隔板之間的多孔支撐部件，用于支撐該陽極；以及位于所述陽極與所述多孔支撐部件之間的支撐部件中間層，用于防止該多孔支撐部件被腐蝕。
12.一種燃料電池，包括電解質；陽極和陰極，位于該電解質的相反側；陽極側隔板和陰極側隔板，分別位于所述陽極和所述陰極的外側；以及中間層，位于所述陽極與陽極側隔板之間，用于防止該陽極側隔板被腐蝕。
全文摘要
燃料電池包括電解質、位于電解質相反側的陽極和陰極、分別位于陽極和陰極外側的陽極側隔板和陰極側隔板以及位于陰極與陰極側隔板之間用于防止陰極側隔板腐蝕的中間層，從而提高燃料電池的發(fā)電性能。
文檔編號H01M8/02GK1938888SQ200480042776
公開日2007年3月28日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權日2004年4月19日
發(fā)明者趙太憙, 崔弘, 金奎晸, 許成根, 金哲煥, 黃龍俊, 樸明碩, 高承兌, 李明浩 申請人:Lg電子株式會社