專利名稱：：具有包含導(dǎo)電納米柱的電極的燃料電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及燃料電池和制造燃料電池的方法。技術(shù)背景學(xué)方二使燃料氧化來^化學(xué)能直接轉(zhuǎn)、換成電能。因此，與火電廠等的熱機(jī)不同，燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，表現(xiàn)出高的能量轉(zhuǎn)換效率。通常，通過堆疊多個單電池構(gòu)建燃料電池，所述單電池具有通過將電解質(zhì)膜夾在成對電極之間所形成的膜-電極組合件作為基本結(jié)構(gòu)。尤其是，由于引入固體聚合物電解質(zhì)膜作為電解質(zhì)膜的固體聚合電解質(zhì)燃料電池易于微型化、可在低溫下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，所以其正引起人們的注意，尤其是作為便攜式裝置或移動裝置的電源。在固體聚合物電解質(zhì)燃料電池中的陽極(第一電極)上，進(jìn)行式(l)的反應(yīng)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式(1)的反應(yīng)中所產(chǎn)生的電子移動穿過外部電路，并且在外部提供的負(fù)荷中做功之后到達(dá)陰極(氧化電極)。由于電滲，在式(l)的反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子以水合形式在固體聚合電解質(zhì)膜中從陽極側(cè)移動到陰極側(cè)。然后，在陰極上進(jìn)行式(2)的反應(yīng)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>一般地，固體聚合物電解質(zhì)燃料電池具有如下結(jié)構(gòu)每個都具有催化劑層和氣體擴(kuò)散層的電極置于電解質(zhì)膜的兩側(cè)上，所述催化劑層包含負(fù)載有諸如鉑等催化劑的炭黑顆粒等基于碳的顆粒并且還包含電解質(zhì)樹脂；所述氣體擴(kuò)散層由導(dǎo)電多孔體如碳布等構(gòu)成(見圖3)。當(dāng)式(l)的反應(yīng)在固體聚合物電解質(zhì)燃料電池的陽極中的催化劑上進(jìn)行時，由氫產(chǎn)生的質(zhì)子穿過電解質(zhì)樹脂移動到電解質(zhì)膜，然后到達(dá)陰極。然后，已經(jīng)到達(dá)陰極的質(zhì)子穿過電解質(zhì)樹脂移動到陰極中的催化劑。另一方面，在陽極處由氫產(chǎn)生的電子穿過基于碳的顆粒移動到集電器，然后穿過外部電路到達(dá)陰極，然后沿基于碳的顆粒移動到陰極中的催化劑。在陽極和陰極中這些電化學(xué)反應(yīng)中的每一個均在加速反應(yīng)的催化劑、傳導(dǎo)電子的基于碳的顆粒、和傳導(dǎo)質(zhì)子的電解質(zhì)樹脂這三相共存的界面處有活性地進(jìn)行。碳顆粒上負(fù)載的催化劑的量越多，則在陽極側(cè)和陰極側(cè)的催化劑層中的反應(yīng)變得越有活性，因此電池的發(fā)電性能越高。然而，由于燃料電池中所用的催化劑是諸如鉑等的貴金屬，因此如果增加所負(fù)載的催化劑的量，則存在燃料電池制造成本增加的問題。在催化劑負(fù)載于碳顆粒上的反應(yīng)電極中，在碳顆粒之間及碳顆粒和隔離器(作為集電器)之間存在電子傳導(dǎo)的損失。該電子損失被認(rèn)為是限制最大發(fā)電性能的原因。因此，本發(fā)明的三個發(fā)明人和其他人已經(jīng)開發(fā)了如圖4所示的燃料電池，該燃料電池的電極具有如下結(jié)構(gòu)碳納米管基本垂直于電解質(zhì)膜取向、碳納米管的表面負(fù)載有催化劑并且施加有電解質(zhì)樹脂(日本專利申請公開號JP-A-2005-4967)。與催化劑負(fù)載于碳顆粒上的情形相比，具有碳納米管垂直取向的結(jié)構(gòu)的電極在電子傳導(dǎo)率方面很優(yōu)異，并且限制了電子損失。因此，提高了每單位催化劑重量的發(fā)電效率。然而，已經(jīng)報道催化劑附近的電解質(zhì)樹脂需要具有一定的膜厚度，以使得在催化劑上產(chǎn)生的質(zhì)子發(fā)生移動(例如，見Shiroma等人的"MembraneThicknessDependencyoftheCastNafionThinMembraneIonConductivity"，theCellSymposium3C10(2003))。因此，如果施加到碳納米管表面的電解質(zhì)樹脂的厚度是薄的，則對在負(fù)載于相對靠近與電解質(zhì)膜接觸側(cè)相反的碳納米管端部的催化劑上產(chǎn)生的并且移動穿過薄地施加在碳納米管表面上的電解質(zhì)膜以到達(dá)電解質(zhì)膜的質(zhì)子的移動具有較大的阻力。同樣，如果施加到碳納米管表面的電解質(zhì)樹脂的厚度是薄的，則對由電解質(zhì)膜移動穿過薄地施加在碳納米管表面上的電解質(zhì)樹脂到達(dá)負(fù)載于相對靠近與電解質(zhì)膜接觸側(cè)相反的碳納米管端部的催化劑的質(zhì)子具有較大的阻力。如果從存在于遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜的位置處的催化劑或到達(dá)該催化劑的質(zhì)子傳導(dǎo)性低，則負(fù)載于碳納米管上的有效地有助于電極反應(yīng)的催化劑限于負(fù)載于與電解質(zhì)膜相接觸的各個碳納米管的側(cè)部分上的催化劑，因此，催化劑利用效率降低。作為限制催化劑利用率降低的方法，日本專利申請公開號JP-A-2005-4967描述了將催化劑負(fù)栽于與電解質(zhì)膜接觸的碳納米管的側(cè)面上的布置。然而，在該方法中，雖然提高了催化劑的利用率，但是限制了每單位體積燃料電池的發(fā)電效率。此外，通過利用電解質(zhì)樹脂填充垂直取向的碳納米管的空間來提高質(zhì)子電導(dǎo)率的嘗試面臨氣體擴(kuò)散降低的問題，使得反應(yīng)氣體不能到達(dá)催化劑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供燃料電池和制造該燃料電池的方法，其中通過設(shè)置在遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜的位置處存在的催化劑也有助于電極反應(yīng)的布置來提高每單位重量催化劑的發(fā)電效率和每單位體積燃料電池的發(fā)電效率。本發(fā)明的第一方面涉及燃料電池。該燃料電池包括電解質(zhì)膜和置于該電解質(zhì)膜兩側(cè)面上的成對電極。該電極中的至少一個具有相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60?；蚋〉膬A角取向的導(dǎo)電納米柱、負(fù)栽于導(dǎo)電納米柱上的催化劑、和施加導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂。由于負(fù)載催化劑并施加有電解質(zhì)樹脂的導(dǎo)電納米柱相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60?；蚋〉膬A角取向，所以相鄰導(dǎo)電納米柱之間的間距變窄，使得各個導(dǎo)電納米柱上的電解質(zhì)樹脂層相互接觸。結(jié)果，質(zhì)子從負(fù)載于導(dǎo)電納米柱上的催化劑到電解質(zhì)膜的移動、和質(zhì)子從電解質(zhì)膜導(dǎo)電納米柱上的電解質(zhì)樹脂進(jìn)行，而且還通過與相關(guān)導(dǎo)電納米柱相鄰的導(dǎo)電納米柱上的電解質(zhì)樹脂進(jìn)行。因此，提高了質(zhì)子電導(dǎo)率。另外，由于電解質(zhì)膜和與電解質(zhì)膜相反的導(dǎo)電納米柱的遠(yuǎn)端之間的距離變短，所以對質(zhì)子傳導(dǎo)的阻力降低。因此，根據(jù)該方面的燃料電池，由于在遠(yuǎn)離有效地起作用，所以每單位重量催化劑的發(fā)電效率增加，并且整個燃料電池的每單位體積的發(fā)電效率也增加。從電解質(zhì)膜和導(dǎo)電納米柱之間的連接特性的觀點(diǎn)來看，可以將導(dǎo)電納米柱的一端嵌入電解質(zhì)膜中。而且，導(dǎo)電納米柱可以在其外表面上具有非晶層，這是因?yàn)榉蔷涌梢载?fù)載增加量的催化劑并且可以均勻地負(fù)載催化劑。導(dǎo)電納米柱的例子包括碳納米管。非晶層的厚度可以大于或等于0.5nm且小于或等于10nm。此外，非晶層的厚度可以大于或等于1nm且小于或等于3nm。導(dǎo)電納米柱可以是導(dǎo)電材料，其柱直徑大于或等于5nm且小于或等于50nm，其長度大于或等于10pm且小于或等于80^tm,并且長徑比大于或等于500且小于或等于10000。該電極中的至少一個可以具有相對于電解質(zhì)膜的平面方向成大于或等于1。且小于或等于35。的傾角取向的導(dǎo)電納米柱。而且，傾角可以大于或等于10。且小于或等于30°。電解質(zhì)樹脂可以是氟基電解質(zhì)樹脂。該氟基電解質(zhì)樹脂可以是全氟磺酸樹脂。電解質(zhì)樹脂可以是在側(cè)鏈中具有質(zhì)子導(dǎo)電基團(tuán)的烴類聚合物。本發(fā)明的第二方面涉及制造燃料電池的方法。該制造燃料電池的方法包括在基材上生長基本垂直于基材平面方向取向的導(dǎo)電納米柱的導(dǎo)電納米柱生長步驟；將催化劑負(fù)載于導(dǎo)電納米柱上的催化劑負(fù)載步驟；將全氟磺酸樹脂施加到負(fù)載催化劑的導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂施加步驟；和在包括加熱溫度為140"C160。C、所施壓力為1MPa~5MPa和轉(zhuǎn)移時間為10分鐘~30分鐘的條件下，將在基材上的負(fù)栽催化劑的導(dǎo)電納米柱熱轉(zhuǎn)移到全氟磺酸樹脂膜的熱轉(zhuǎn)移步驟。本發(fā)明的第三方面涉及制造燃料電池的方法。該制造燃料電池的方法包括在基材上生長基本垂直于基材平面方向取向的導(dǎo)電納米柱；將催化劑負(fù)載于導(dǎo)電納米柱上；和將基材上的負(fù)栽催化劑的導(dǎo)電納米柱熱轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)膜上，使得導(dǎo)電納米柱相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60°或更小的傾角取向。在熱轉(zhuǎn)移過程中，加熱溫度可以大于或等于120。C且小于或等于170。C,施加的壓力可以大于或等于1MPa且小于或等于lOMPa，并且維持加熱溫度和所施壓力的時間可以大于或等于l分鐘且小于或等于30分鐘。電解質(zhì)膜可由全氟磺酸樹脂制成，并且加熱溫度可以大于或等于140。C且小于或等于160。C，施加的壓力可以大于或等于1MPa且小于或等于5MPa，維持加熱溫度和所施壓力的時間可以大于或等于IO分鐘且小于或等于30分鐘。該制造燃料電池的方法還可以包括將電解質(zhì)樹脂施加到負(fù)載催化劑的導(dǎo)電納米柱上。在本發(fā)明第一方面的燃料電池中，不僅在相對靠近電解質(zhì)膜的導(dǎo)電納米柱的末端附近負(fù)載的催化劑在電極反應(yīng)中有效地起作用，而且在相對遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜的末端附近負(fù)載的催化劑也有效地起作用。因此，在該燃料電池中，催化劑的利用效率高，有效起作用的催化劑的量大。因此，該燃料電池在整個燃料電池的發(fā)電效率方面是優(yōu)異的。因此，才艮據(jù)本發(fā)明的燃料電池，可以提高發(fā)電效率，并且可以降低因使用催化劑所需的燃料電池的制造成本。本發(fā)明的第一方面涉及燃料電池。該燃料電池是包括電解質(zhì)膜和置于該電解質(zhì)膜兩側(cè)面上的成對電極的燃料電池，其中，該電極中的至少一個具有相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60。或更小的傾角取向的導(dǎo)電納米柱、負(fù)載于導(dǎo)電納米柱上的催化劑、和施加導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂。參照附圖，從以下優(yōu)選實(shí)施方案的說明中，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會變得顯而易見，附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素/元件，其中圖l是在單電池堆疊方向延伸的平面上截取的本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池的截面示意圖；圖2是圖l所示的第一實(shí)施方案的燃料電池的局部放大視圖；圖3是顯示催化劑負(fù)載于碳基顆粒上的燃料電池的示例形式的圖；以及圖4是負(fù)載催化劑的碳納米管為垂直取向的燃料電池的示例形式的圖。具體實(shí)施方式將參考圖1和2描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池。圖1是在單電池堆疊方向延伸的平面上截取的構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池的單電池的截面示意圖。圖2是該實(shí)施方案的燃料電池的電極和電解質(zhì)膜的局部放大視圖。順便提及，本發(fā)明的燃料電池不限于該實(shí)施方案。在圖1中，膜-電極組合件7由固體聚合物電解質(zhì)膜(在下文有時簡稱為"電解質(zhì)膜")l、置于電解質(zhì)膜l的兩個表面中的一個上的陽極2、和置于電解質(zhì)膜的另一表面上的陰極3構(gòu)成。而且，膜-電極組合件7夾在陽極側(cè)隔離器(隔板)8a和陰極側(cè)隔離器(隔板)8b之間，如此構(gòu)成單電池100。陽極側(cè)隔離器8a和陰極側(cè)隔離器8b中的一個的側(cè)表面具有形成及^應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化劑氣體)通道9a、9b的溝槽。這些溝槽、陽極2的外表面和陰極3的外表面限定燃料氣體通道9a和氧化劑氣體通道9b。燃料氣體通道9a是用于將燃料氣體(包含或產(chǎn)生氫的氣體)供給到陽極2的通道。氧化劑氣體通道9b是用于將氧化劑氣體(包含或產(chǎn)生氧的氣體)供給到陰極3的通道。陽極側(cè)的隔離器8a和/或陰極側(cè)的隔離器8b可以在與形成有用于反應(yīng)氣體通道的溝槽的表面相反的表面上具有形成冷卻水通道的溝槽(未圖示)。在該實(shí)施方案的燃料電池中，如圖2所示，陽極2和陰極3中的至少一個具有相對于電解質(zhì)膜1的平面方向成60?；蚋〉膬A角取向的碳納米管4、和負(fù)載于碳納米管4上的催化劑5和電解質(zhì)樹脂6。碳納米管4是導(dǎo)電納米柱的代表材料。電解質(zhì)膜1的平面方向是電解質(zhì)膜1與電極2、3的接觸面延伸的方向。此外，相對于電解質(zhì)膜1的平面方向成60?；蚋〉膬A角取向的碳納米管4是指碳納米管4和電解質(zhì)膜1的平面方向之間形成的角度為60°或更小的狀態(tài)，但是不包括碳納米管4和電解質(zhì)膜1的平面方向之間的角度為0°的情形。順便提及，存在碳納米管的縱向形狀不為線性的許多情形。在該情形中，碳納米管和電解質(zhì)膜的平面方向之間的角定義為連接碳納米管的兩個相反末端表面的中心部分的直線和電解質(zhì)膜的平面方向之間形成的角。如圖2所示，碳納米管4的取向使得其相對于電解質(zhì)膜1的平面方向的傾角變成60?；蚋?。在該布置中，與碳納米管垂直于電解質(zhì)膜的平面方向取向的情形相比，相鄰碳納米管4之間的距離變得更小，而沿電解質(zhì)膜，碳納米管之間的距離基本相等。因此，盡管如果碳納米管垂直于電解質(zhì)膜的平面方向取向那么碳納米管以一定間距(例如約70~100nm)置于電解質(zhì)膜上使得相鄰碳納米管上的電解質(zhì)樹脂層不會互相接觸，但是碳納米管的傾斜取向使得施加在相鄰碳納米管表面的電解質(zhì)樹脂層6之間發(fā)生接觸，并且實(shí)現(xiàn)施加在碳納米管4表面的電解質(zhì)樹脂的厚度的明顯增加。也就是說，在催化劑和電解質(zhì)膜之間的質(zhì)子移動不僅在施加負(fù)載有相關(guān)催化劑的碳納米管表面的電解質(zhì)樹脂中進(jìn)行，而且也在施加相鄰碳納米管表面的電解質(zhì)樹脂中進(jìn)行。此外，碳納米管的傾斜縮短了從電解質(zhì)膜表面到碳納米管遠(yuǎn)端(與電解質(zhì)膜相反的末端)的直線距離。因此，施加在碳納米管4表面的電解質(zhì)樹脂的膜厚度的明顯增加提高了負(fù)栽于碳納米管上的催化劑和電解質(zhì)膜之間的質(zhì)子電導(dǎo)率。此外，從電解質(zhì)膜表面到碳納米管遠(yuǎn)端的直線距離的縮短意味著質(zhì)子在負(fù)栽于碳納米管遠(yuǎn)端上的催化劑和電解質(zhì)膜之間移動的距離縮短。因此，在陽極2中，在負(fù)載于遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜l的位置處的催化劑5上產(chǎn)生的質(zhì)子也可以順利地移動到電解質(zhì)膜。在陰極3中，質(zhì)子也可以順利地移動到負(fù)載于遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜1的位置處的催化劑5中。因此，由于負(fù)栽催化劑5和電解質(zhì)樹脂6的碳納米管4相對于電解質(zhì)膜1的平面方向成60。或更小的傾角取向，所以提高了陽極2和陰極3中的質(zhì)子電導(dǎo)率。結(jié)果，在該實(shí)施方案的燃料電池中，在負(fù)載于遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜的位置處的催化劑可以有助于電極反應(yīng)，而在具有碳納米管垂直于電解質(zhì)膜的平面方向取向的結(jié)構(gòu)的燃料電池中，這些催化劑對電極反應(yīng)未有效地起作用。因此，根據(jù)該實(shí)施方案，可以獲得每單位重量催化劑的利用效率提高的燃料電池，并且，對于整個燃料電池每單位體積的發(fā)電效率也很優(yōu)異。在該實(shí)施方案中，可以僅陽極和陰極中的一個具有如上所述的電極結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)該實(shí)施方案的效果，優(yōu)選陽極和陰極都具有如上所述的結(jié)構(gòu)。不具體限制碳納米管4相對于電解質(zhì)膜1的平面方向的傾角，只要其大于0°且小于或等于60。即可?？梢钥紤]碳納米管的管長度、催化劑的負(fù)載狀態(tài)等合適地確定傾角。通常，從氣體擴(kuò)散率的觀點(diǎn)來看，傾角優(yōu)選為約1。~35°，具體地，為約10°~30°。如果碳納米管的傾角小，則氣體擴(kuò)散率有時可能降低。不具體限制碳納米管4的構(gòu)造例如管直徑、管長度等。然而，考慮到可以負(fù)載的催化劑的量，其管長度優(yōu)選為10~80nm。如果管長度小于10jim,則可負(fù)載的催化劑的量變小。另一方面，如果管長度大于80nm，則存在阻礙氣體擴(kuò)散的風(fēng)險。碳納米管的結(jié)構(gòu)可以是通過巻起石墨烯片制成的單層碳納米管，或者也可以是通過同軸嵌套多個石墨烯片制成的多層碳納米管。此外，對于除了碳納米管之外的導(dǎo)電納米柱沒有具體的限制，只要該納米柱為柱直徑約5~50nm、長度約10~80nm和長徑比約500~10000的窄而長的導(dǎo)電材料即可。導(dǎo)電納米柱的實(shí)例包括碳納米角狀物。優(yōu)選碳納米管在外表面上具有非晶層。由于非晶層具有較大的表面積，因此可以負(fù)栽更大量的催化劑。而且，在表面上具有非晶層的碳納米管可以限制催化劑在碳納米管表面上的聚集和催化劑集中在碳納米管之間的間隙中，由此可以以均勻分散的狀態(tài)將催化劑負(fù)載在碳納米管表面上。更進(jìn)一步地，由于非晶層因電子云的擾動而具有強(qiáng)的催化劑負(fù)載性能，所以外表面上具有非晶層的碳納米管具有高的將催化劑保持在外表面上的能力。不具體限制非晶層的厚度，但是優(yōu)選為約0.5~10nm，尤其是1~3nm。如果非晶層薄于0.5nm，則存在使其較不容易負(fù)載催化劑的風(fēng)險。如果非晶層厚于10nm，則存在降低電導(dǎo)率的可能性。對于負(fù)載于碳納米管上的催化劑5，如果催化劑5對陽極2中的氫的氧化反應(yīng)或?qū)τ陉帢O3中的氧的還原反應(yīng)具有催化作用，則是合適的。這種催化劑的實(shí)例包括金屬，例如鉑、釕、銥、銠、鈀、鋨、鎢、鉛、鐵、鉻、鈷、鎳、錳、釩、鉬、鎵、鋁等及其合金等。優(yōu)選地，催化劑5為鉑或鉑與其它金屬例如釕等的合金。優(yōu)選該催化劑為粒徑小于碳納米管的管外徑的顆粒的形式，具體地，顆粒具有1~10腿、尤其是1~5腿的粒徑。施加碳納米管4表面的電解質(zhì)樹脂6可以是普通燃料電池所用的樹脂。電解質(zhì)樹脂的實(shí)例包括氟基電解質(zhì)樹脂，其代表例為全氟磺酸樹脂，例如Nafion(商品名稱)等，例如其側(cè)鏈上具有質(zhì)子傳導(dǎo)基團(tuán)如磺脧基、羧酸基、硼酸基等的烴類聚合物等的電解質(zhì)樹脂。優(yōu)選的電解質(zhì)樹脂的實(shí)例包括全氟磺酸樹脂等。不具體限制碳納米管上的電解質(zhì)樹脂的施加量，合適的是考慮到電極的質(zhì)子電導(dǎo)率、氣體擴(kuò)散率等合適地確定施加量。通常，優(yōu)選碳納米管與電解質(zhì)樹脂之間的重量比(電解質(zhì)樹脂的重量/碳納米管的重量)為約1~6,尤其是2~5。如果碳納米管與電解質(zhì)樹脂之間的所述重量比變大，則在質(zhì)子電導(dǎo)率變高的同時氣體擴(kuò)散率可能降低。另一方面，如果碳納米管與電解質(zhì)樹脂之間的重量比變小，則在氣體擴(kuò)散率變小時質(zhì)子電導(dǎo)率可能降低。此時，優(yōu)選碳納米管表面上的電解質(zhì)樹脂層的厚度為約530nm。在該實(shí)施方案的燃料電池中，電極2、3可以包含除碳納米管4、催化劑5和電解質(zhì)樹脂6之外的部件。此外，包括多孔導(dǎo)電體如碳紙、碳布等的氣體擴(kuò)散層可以設(shè)置在隔離器和由負(fù)載催化劑5并施加有電解質(zhì)樹脂6的碳納米管4構(gòu)成的層之間。電解質(zhì)膜1可以是普通燃料電池中所用的電解質(zhì)膜。電解質(zhì)膜的實(shí)例包括H基電解質(zhì)樹脂，其代表例為全氟磺酸樹脂，例如Nafion(商品名稱)等的膜，電解質(zhì)樹脂的膜例如側(cè)鏈上具有質(zhì)子傳導(dǎo)基團(tuán)如磺酸基、羧酸基、硼脧基等的烴類聚合物的，通過將強(qiáng)酸摻雜到基礎(chǔ)大分子如聚苯并咪唑、聚嘧啶、聚苯并"惡唑等中獲得的包含強(qiáng)酸和基礎(chǔ)大分子的復(fù)合電解質(zhì)的膜。優(yōu)選的電解質(zhì)膜的實(shí)例包括全氟磺酸樹脂膜等。不具體限制電解質(zhì)膜1的膜厚度，但是通常約30~70jtm的膜厚AA夠的。優(yōu)選碳納米管4的一端嵌入電解質(zhì)膜1中。本文所用的"嵌入"是指碳納米管4的末端從電解質(zhì)膜的表面下沉到內(nèi)部一定程度的狀態(tài)。由于碳納米管4的末端嵌入電解質(zhì)膜中，所以電解質(zhì)膜1和碳納米管4之間的連接狀態(tài)變得牢固，可以防止碳納米管從電解質(zhì)膜脫離。合適的是考慮到碳納米管的嵌入部分的長度和未嵌入的碳納米管部分的長度之間的平衡、到負(fù)栽于嵌入部分上的催化劑上的氣體供給等確定嵌入電解質(zhì)膜中的碳納米管的長度。通常，其長度為約l5nm。如果碳納米管4的末端未嵌入電解質(zhì)膜1中，則優(yōu)選將碳納米管的一端放置為接觸電解質(zhì)膜，或者，如果不提供這種接觸，則碳納米管末端和電解質(zhì)膜之間的間距小于或等于20nm，可以通過電解質(zhì)樹脂連接碳納米管的末端和電解質(zhì)膜，以確保碳納米管和電解質(zhì)膜之間的連接部分的質(zhì)子電導(dǎo)率。下面將描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的制造燃料電池的方法。順便提及，在該實(shí)施方案中制造燃料電池的方法不限于下文所述的方法。首先，制備負(fù)載金屬^^立的基材(在下文有時稱為"負(fù)載金屬,的基材")。該基材可以是a材、玻璃基材、石英基材等。根據(jù)需要清^材表面。清先基材的方法的實(shí)例包括在真空中進(jìn)行加熱的方法等。金屬微粒充當(dāng)用于生長碳納米管的核，可以是鐵、鎳、鈷、錳、鉬、鈀等。通過施加方法、電子束氣相沉積法等將包含這類金屬和這類金屬的配合物的溶液施加到基材上，以在基材上形成金屬薄膜。通過在惰性氣氛中或減壓下將金屬薄膜加熱到700750。C,金屬薄膜變成顆粒，使得金屬微粒負(fù)載于基材上。通常，優(yōu)選金屬微粒具有約5~20nm的粒徑。為了負(fù)載具有該粒徑的金屬,，優(yōu)選金屬薄膜的膜厚度為約3~10nm。然后，在基材上生長碳納米管。在該碳納米管生長步驟中，在將基材置于處于適合于生長碳納米管的預(yù)定溫度(通常為約700~750'C)的惰性氣氛的空間中的同時，將原料氣體供給到負(fù)載金屬銜險的基材上的金屬微粒上。原料氣體可以為例如基于烴的氣體，例如乙炔、曱烷、乙烯等。不具體限制原料氣體的流量、其供給時間、供給總量等，合適的是考慮碳納米管的管長度和管直徑、非晶層的t變等合適地確定這些因素。例如，所生長的碳納米管的長度、非晶層的^JL等根據(jù)所供給原料氣體的濃度[原料氣體流量/(原料氣體流量+惰性氣體流量)變化。具體地，所供給原料氣體的濃度越高，非晶層的厚度越大，碳納米管的長度變得越短。此外，在碳納米管的生長過程中，產(chǎn)生煙灰并沉積在金屬微粒周圍，4吏得有時可能阻礙原料氣體到金屬微粒的供給。利用基材上的金屬微粒作為核，進(jìn)行碳納米管的生長。因此，如果到金屬,的氣體供給受到阻礙，則認(rèn)為碳納米管在管長度方向的生長會停止，主要進(jìn)行沿其管直徑方向的生長和非晶層的形成。以上述方式，在基材上獲得基本垂直于基材平面方向取向的碳納米管。本文的"基本垂直于基材平面方向取向的碳納米管"包括其沿管長度方向的形狀為線性和/或非線性形狀的碳納米管。在碳納米管沿管長度方向的形狀為線性形狀的情形下，線性形狀的直線和基材平面方向之間的角基本為直角。在碳納米管沿管長度方向的形狀為非線性形狀的情形下，連接碳納米管的兩個相反末端表面的中心位置的直線和基材平面方向之間的角基本為直角。上述碳納米管生長步驟釆用CVD方法(化學(xué)氣相沉積法)，其中通過使金屬微粒(催化劑金屬)和原料氣體在高溫條件下共存形成碳納米管。但是，形成碳納米管的方法不限于CVD方法。例如，還可以通過使用氣相生長方法例如電皿電法、激光蒸發(fā)法等或其它已知合成方法形成碳納米管。然后，將催化劑負(fù)栽于在基材上生長的碳納米管上。不具體限制催化劑負(fù)載步驟中的催化劑負(fù)栽方法，可以作為濕法或干法進(jìn)行。濕法的實(shí)例包括以下方法在將包含金屬鹽的溶液施加(涂敷)到碳納米管表面之后，通過在氫氣氛中在200。C或更高的溫度下對其進(jìn)行加熱來使所施加的溶液經(jīng)歷還原過程。金屬鹽的實(shí)例包括上述作為催化劑示例的金屬的卣化物、金屬酸式卣化物、金屬的無機(jī)鹽、金屬的有機(jī)酸鹽、金屬配合鹽等。包含任意這些金屬鹽的溶液可以是7jc溶液或有機(jī)溶劑溶液?？梢酝ㄟ^例如將碳納米管浸入金屬鹽溶液中的方法或?qū)⒔饘冫}溶液滴到或噴霧到碳納米管表面上的方法等將金屬鹽溶液施加到碳納米管表面。例如，如果使用鉑作為催化劑，則在濕法中可以使用通過將合適量的氯鉑酸或硝酸賴溶液(例如二硝基二胺硝酸鉑溶液等)或類似物溶解在醇例如乙醇、異丙醇等中所獲得的柏鹽溶液。鑒于柏可以均勻地施加到碳納米管表面，尤其優(yōu)選使用通過將二硝基二胺硝酸鉑溶液溶解在醇中所獲得的鉑鹽溶液。干法的實(shí)例包括電子束蒸發(fā)方法、濺射方法、靜電施加法等。然后，進(jìn)行將電解質(zhì)樹脂施加到負(fù)載催化劑的碳納米管表面的電解質(zhì)樹脂施加步驟。不具體限制電解質(zhì)樹脂的施加方法，但是其實(shí)例包括通過常規(guī)方法將溶解或分散有電解質(zhì)樹脂的電解質(zhì)樹脂溶液施加到碳納米管表面的方法，或者將碳納米管浸入電解質(zhì)樹脂溶液中然后干燥的方法等?？梢酝ㄟ^例如施加電解質(zhì)樹脂(其已經(jīng)為以上提及的聚合物)將電解質(zhì)樹脂負(fù)載到碳納米管表面，或者，也可以通過例如將包含電解質(zhì)樹脂前體和根據(jù)需要的添加劑(例如任意的不同的聚合引發(fā)劑等)的聚合復(fù)合物施加到碳納米管表面并然后在根據(jù)需要干燥之后通過用輻射射線如紫外線等輻照或通過加熱進(jìn)行聚合而負(fù)載于碳納米管表面。然后，將基材上垂直取向的碳納米管(負(fù)載催化劑并施加有電解質(zhì)樹脂)熱轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)膜，使得碳納米管相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60°或更小的傾角取向。通過調(diào)節(jié)熱轉(zhuǎn)移步驟中的加熱溫度、施加的壓力和維持加熱和加壓時間(轉(zhuǎn)移時間)，可以調(diào)節(jié)碳納米管相對于電解質(zhì)膜的平面方向的傾角。具體地，通過升高加熱溫度或增加施加的壓力或延長轉(zhuǎn)移時間，可以減小碳納米管相對于電解質(zhì)膜平面方向的角。加熱溫度設(shè)定為高于或等于負(fù)栽于電解質(zhì)膜和碳納米管上的電解質(zhì)樹脂的軟化溫度，使得碳納米管可以具有期望的傾角。但是，避免過度加熱，使得電解質(zhì)膜和電，質(zhì)樹脂不會降解，并且質(zhì)子電導(dǎo)率不會降低。因此，是，通常合適的是加熱溫度為約120~170°C，優(yōu)選地為約130~160。C。如果使用全氟磺酸樹脂作為電解質(zhì)膜和電解質(zhì)樹脂，則優(yōu)選加熱溫度為140~160。C。所施加的壓力通常為約l~10MPa，優(yōu)選為約25MPa。如果使用全氟磺酸樹脂作為電解質(zhì)膜和電解質(zhì)樹脂，則優(yōu)選所施加的壓力為約1~5MPa。維持加熱溫度和所施加的壓力的時間(轉(zhuǎn)移時間)通常為約1~30分鐘，優(yōu)選為約530分鐘。如果使用全氟磺酸樹脂作為電解質(zhì)膜和電解質(zhì)樹脂，則優(yōu)選轉(zhuǎn)移時間為10~30分鐘。雖然已經(jīng)描述了順序?yàn)榇呋瘎┴?fù)載步驟之后為電解質(zhì)樹脂施加步驟和熱轉(zhuǎn)移步驟的制造方法，但是可以改變電解質(zhì)樹脂施加步驟和熱轉(zhuǎn)移步驟的順序。具體地，可以在催化劑負(fù)載步驟之后、在電解質(zhì)樹脂施加步驟之前進(jìn)行將碳納米管(已經(jīng)負(fù)載有催化劑)轉(zhuǎn)移動到電解質(zhì)膜的熱轉(zhuǎn)移步驟。在電解質(zhì)樹脂施加步驟中施加樹脂的方法為濕法的情形下，在熱轉(zhuǎn)移步驟之后的電解質(zhì)樹脂施加步驟的進(jìn)行可能招致用于溶解或分散電解質(zhì)樹脂或電解質(zhì)樹脂前體的溶劑會使電解質(zhì)膜溶脹從而使得電解質(zhì)膜和熱轉(zhuǎn)移的碳納米管彼此脫離的風(fēng)險。因此，在催化劑負(fù)載步驟之后進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移步驟、隨后進(jìn)行電解質(zhì)樹脂施加步驟的情形下，優(yōu)選通過干法實(shí)施電解質(zhì)樹脂施加步驟中電解質(zhì)樹脂的施加。此外，電解質(zhì)樹脂施加步驟不是必須的步驟，而是可以省略。例如，在熱轉(zhuǎn)移步驟中熱轉(zhuǎn)移碳納米管以使得距離末端五分之一的總長度嵌入電解質(zhì)膜中的情形中，玻璃化電解質(zhì)膜的一部分滲透碳納米管的表面，使得碳納米管和電解質(zhì)膜之間的連接部分的表面施加有電解質(zhì)樹脂。然后，當(dāng)脫離基材時，以遠(yuǎn)離電解質(zhì)膜的方向拉碳納米管，產(chǎn)生^fsi碳納米管的末端嵌入電解質(zhì)膜中而碳納米管的其^MP分從電解質(zhì)膜的表面突出的狀態(tài)。此時，即使與電解質(zhì)膜相反的碳納米管的末端未施加電解質(zhì)樹脂，由于碳納米管以相對于電解質(zhì)膜平面方向的傾角取向使得碳納米管的相反末端更靠近電解質(zhì)膜表面，因此也可以在包括相反末端的碳納米管部分和電解質(zhì)膜之間獲得良好的質(zhì)子電導(dǎo)率。因此，在不提供電解質(zhì)樹脂施加步驟的情形下，為了確保質(zhì)子電導(dǎo)率，優(yōu)選碳納米管相對于電解質(zhì)膜平面方向的傾角為10。或更小。具體地，優(yōu)選使碳納米管傾斜以獲得電解質(zhì)膜的表面和與碳納米管的嵌入電解質(zhì)膜中的末端相反的末端之間為1jim或更小的距離。通常，將如所述獲得的膜-電極組合件夾在由通常使用的導(dǎo)電材料如碳材料、金屬材料等制成的隔離器之間，以形成燃料電池IOO(見圖1)。膜-電極組合件的制造(實(shí)施例1)<步驟1>首先，通過電子束蒸發(fā)法在50mmx50mm的>^基材上形成厚5nm的薄4^M，然后將a材置于內(nèi)直徑為50mm的石英反應(yīng)管中。然后，使氦氣以200毫升/分鐘的速率流入石英反應(yīng)管中，將溫度升至730。C。<步驟2>在石英反應(yīng)管的溫度升至730'C之后，使乙炔氣體以30毫升/分鐘的流量與氦氣(200毫升/分鐘)一起流動10分鐘。隨后，停止乙炔氣體的流入，并且將石英反應(yīng)管冷卻至常溫。該操作產(chǎn)生在硅基材上基本垂直取向的碳納米管(CNT)。所得碳納米管具有0.2mg/cm2的每單位硅基材面積的重量和40nm的長度。通itit射電子顯微鏡(由HitachiSeisakusho生產(chǎn))的觀察表明，在碳納米管的表面上形成約2nm的非晶層。<步驟3>通過用乙醇稀釋二硝基二胺硝酸鉑溶液制備柏濃度為10g/1的錯鹽溶液。將基材放置為使得具有碳納米管的表面朝上的同時，滴加200jil的鉑鹽溶液，使得每單位面積硅基材的鉑鹽溶液的量變得均勻(約8nl/cm2)。隨后，在4%的氫(用氬氣稀釋)氣氛中在320'C下進(jìn)行熱處理2小時。通過進(jìn)行三次滴加鉑鹽溶液和熱處理，獲得了0.24mg/cn^的鉑催化劑負(fù)栽于在硅基材上垂直取向的碳納米管上的電極前體。<步驟4>將10g/1的全氟磺酸樹脂(Nafion溶液，EW:1100，由DuPont生產(chǎn))的乙醇溶液滴加到所得電極前體，使得每單位面積硅基材的全氟磺酸樹脂(電解質(zhì)樹脂)的量變成0.6mg/cm2(即，使得得到全氟磺酸樹脂/碳納米管=3(重量比))。此后，在140'C下在真空中干燥電極前體。<步驟5>將100mmx100mm的全氟磺酸樹脂膜(商品名Nafion112，膜厚度50nm，由DuPont制造)夾在步驟1~4中所制造的具有垂直取向的碳納米管(負(fù)載鉑和電解質(zhì)樹脂)的兩個a材之間。此時，兩個a材和全氟磺酸樹脂膜相疊置，使得形成有碳納米管的表面面對全氟磺酸樹脂膜(在下文中，有時筒稱為"電解質(zhì)膜")。然后，將疊置的兩個硅基材和電解質(zhì)膜放置在熱板(加熱板，hotplate)上，將其溫度升至150。C并在2MPa的加壓下保持20分鐘。此后，將其冷卻至常溫，并除去載荷。隨后，使a材與碳納米管脫離，由此獲得膜-電極組*,其中，在電解質(zhì)膜的兩個表面上，碳納米管以相對于電解質(zhì)膜平面方向成20。傾角取向。膜-電極組合件的制造條件、碳納米管的重量、其傾角、所施加的全氟磺酸樹脂的量等全部示于表1中。(實(shí)施例2)<步驟1、2>這些步驟與實(shí)施例1中的相同。<步驟3>通過將氯鉑酸溶解在異丙醇中制備柏濃度為30g/l的鉑鹽溶液。在將基材放置為使具有碳納米管的表面朝上的同時，滴加200pl的賴鹽溶液，使M單位面積砍基材的鉑鹽溶液的量變得均勻(約8jil/cm2)。隨后，在4%的氫(用氬氣稀釋)氣氛中在320。C下進(jìn)行熱處理2小時。獲得了0.24mg/cm2的鉑催化劑負(fù)載于在破基材上垂直取向的碳納米管上的電極前體。<步驟4、5>利用在步驟3中獲得的電極前體，以和實(shí)施例1中基;M目同的方式獲得膜-電極組*。制賴-電極組合件的糾、碳納米管的重量、其傾角、所施加的全氟磺酸樹脂的量等全部示于表l中。(實(shí)施例3~7)<步驟1~4>這些步驟與實(shí)施例1中的相同。<步驟5>除了如表l中所示改變熱轉(zhuǎn)移a之外，以和實(shí)施例1中基4^目同的方式獲得膜-電極組M。每個膜-電極組合件的碳納米管的傾角示于表l中。從表1可知，在碳納米管從其中碳納米管垂直于電解質(zhì)膜取向的硅基材熱轉(zhuǎn)移時，如果加熱溫度越高或所施加的壓力越高或轉(zhuǎn)移時間越長，則碳納米管的傾角變得越小。還可以看出，在使用全氟磺酸樹脂作為電解質(zhì)膜和電解質(zhì)樹脂的情形下，通過將加熱溫度設(shè)定為140~160。C、將所施加的壓力設(shè)定為1~3MPa以及將轉(zhuǎn)移時間設(shè)定為10~30分鐘,可以使碳納米管相對于電解質(zhì)膜的平面方向的傾角小于或等于60。。膜-電極組M的制造^Ht、碳納米管的重量、其傾角、所施加的全氟磺酸樹脂的量等全部示于表l中。(實(shí)施例8~16)<步驟1>該步驟與實(shí)施例1中的相同。<步驟2>除了如表l所示的改變乙炔氣體的流量和流入時間之外，以和實(shí)施例1中基4^目同的方式在硅基材上制造碳納米管。所得碳納米管的每單位面積a材的重量(mg/cm2)和長度(nm)以及非晶層的厚度(nm)均示于表1中。<步驟3~5>這些步驟與實(shí)施例1中的相同。(實(shí)施例17~19)<步驟1~3>這些步驟與實(shí)施例1中的相同。<步驟4>除了將全氟磺酸樹脂濃度為10g/1的乙醇溶液(Nafion溶液，EW:1100，由DuPont生產(chǎn))滴加到電極前體使得每單位面積a材的全氟磺酸樹脂的量(mg/cm2)變成等于表l中所示的量之外，以和實(shí)施例1中基;M目同的方式實(shí)施該步驟。每個實(shí)施例的全氟磺酸樹脂/碳納米管(重量比)示于表1中。<步驟5>該步驟與實(shí)施例1中的相同。(對比例)<步驟1~4>這些步驟與實(shí)施例1中的相同。<步驟5>除了如表1所示改變熱轉(zhuǎn)移條件使得碳納米管以相對于電解質(zhì)膜平面方向成直角(90°)取向之外，以和實(shí)施例1中基4^目同的方式獲得膜-電極組*。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>[膜-電核i且合ft的發(fā)電性能的評價對于上文所述實(shí)施例i~19和對比例的膜-電招i且合件，在下列條件下測量0.8V和0.6V下的電流密度。測量結(jié)果示于表2中。<發(fā)電性能試驗(yàn)條件>燃料氣體純氫(273毫升/分鐘)氧化劑氣體空氣(866毫升/分鐘)壓力0.2MPa溫度80'C濕度100%RH表2<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>除了碳納米管的傾角不同之外，實(shí)施例l、實(shí)施例3~7和對比例在基本上相同的條件下制造。如表2所示，其中碳納米管相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60。或更小的傾角取向的實(shí)施例1和實(shí)施例3~7在發(fā)電性能方面比對碳納米管相對于電解質(zhì)膜的平面方向垂直取向的對比例更優(yōu)異。在實(shí)施例2、實(shí)施例819中，雖然碳納米管相對于電解質(zhì)膜的平面方向的傾角小于或等于60°,但是碳納米管的制造條件與實(shí)施例1中的條件不同，使得碳納米管的長度或非晶層的厚度改變，或者所施加的電解質(zhì)樹脂的量改變，或者在催化劑負(fù)載步驟中所用的鉑鹽的種類改變等。所有這些實(shí)施例都表現(xiàn)出良好的發(fā)電性能。通itit射電子顯微鏡(由HitachiSeisakusho制造)對實(shí)施例1和實(shí)施例2的碳納米管的觀察表明，實(shí)施例1的碳納米管在其表面上負(fù)栽的鉑比實(shí)施例2的碳納米管負(fù)載的鉑更均勻。一個原因認(rèn)為是在實(shí)施例1的鉑負(fù)載步驟中所用的二硝基二胺硝酸柏溶液對CNT的親和性比實(shí)施例2的鉑負(fù)載步驟中所用的氯鉑酸溶液的親和性更高，因此更好地*在CNT的表面上。推測這導(dǎo)致了實(shí)施例1和實(shí)施例2之間的發(fā)電性能的差異。雖然已經(jīng)參照認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的內(nèi)^述了本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方案或構(gòu)造。相反，本發(fā)明意圖覆蓋不同的修改方案和等同布置。此外，雖然以不同的示例性組合和構(gòu)造顯示了所公開的本發(fā)明的不同要素，但是包括更多、更少或僅單個要素的其它的組合和構(gòu)造也都在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種燃料電池，包括電解質(zhì)膜和置于所述電解質(zhì)膜的兩側(cè)面上的成對電極，其特征在于所述電極中的至少一個具有相對于所述電解質(zhì)膜的平面方向成60°或更小的傾角取向的導(dǎo)電納米柱、負(fù)載于所述導(dǎo)電納米柱上的催化劑、和施加所述導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池，其中所述導(dǎo)電納米柱的一端嵌入所述電解質(zhì)膜中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其中所述導(dǎo)電納米柱具有在其外表面上的非晶層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中所述非晶層的厚度大于或等于0.5nm且小于或等于10nm。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的燃料電池，其中所述非晶層的厚度大于或等于1nm且小于或等于3nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中所述導(dǎo)電納米柱是其柱直徑大于或等于5nm且小于或等于50nm、其長度大于或等于10pm且小于或等于80并且其長徑比大于或等于500且小于或等于10000的導(dǎo)電材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中所述導(dǎo)電納米柱是碳納米管。8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中所述電極中的至少一個具有相對于所述電解質(zhì)膜的平面方向成大于或等于1°且小于或等于35。的傾角取向的導(dǎo)電納米柱。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其中所述導(dǎo)電納米柱相對于所述電解質(zhì)膜的平面方向成大于或等于10。且小于或等于30。的傾角取向。10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中所述電解質(zhì)樹脂是氟基電解質(zhì)樹脂。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池，其中所述氟基電解質(zhì)樹脂是全氟磺酸樹脂。12.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中所述電解質(zhì)樹脂是在側(cè)鏈中具有質(zhì)子傳導(dǎo)基團(tuán)的烴類聚合物。13.—種制造包括電解質(zhì)膜和置于所述電解質(zhì)膜的兩側(cè)面上的成對電極的燃料電池的方法，包括在基材上生長基本垂直于所述基材的平面方向取向的導(dǎo)電納米柱；將催化劑負(fù)載于所述導(dǎo)電納米柱上；和述電解質(zhì)膜上,吏得所述導(dǎo)電納米柱相對于所述電解質(zhì)膜的S面方向成60?；蚋〉膬A角取向。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造燃料電池的方法，其中在所述熱轉(zhuǎn)移過程中，加熱溫度大于或等于120。C且小于或等于170。C，施加的壓力大于或等于1MPa且小于或等于10MPa，維持所述加熱溫度和所述施加的壓力的時間大于或等于1分鐘且小于或等于30分鐘。15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的制造燃料電池的方法，其中所述電解質(zhì)膜由全氟磺酸樹脂制成；和所述加熱溫度大于或等于140。C且小于或等于160。C，所述施加的壓力大于或等于1MPa且小于或等于5MPa，維持所述加熱溫度和所述施加的壓力的時間大于或等于10分鐘且小于或等于30分鐘。16.根據(jù)權(quán)利要求13~15中任一項(xiàng)所述的制造燃料電池的方法，還包括將電解質(zhì)樹脂施加到負(fù)載所述催化劑的所述導(dǎo)電納米柱上。17.—種制造包括電解質(zhì)膜和置于所述電解質(zhì)膜的兩側(cè)面上的成對電極的燃料電池的方法，包括在基材上生長基本上垂直于所述基材的平面方向取向的導(dǎo)電納米柱的導(dǎo)電納米柱生長步驟；將催化劑負(fù)載于所述導(dǎo)電納米柱上的催化劑負(fù)載步驟；將全氟磺酸樹脂施加到負(fù)載所述催化劑的所述導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂施加步驟；和在包括加熱溫度為140r160'C、所施加的壓力為lMPa5MPa和轉(zhuǎn)移時間為10分鐘~30分鐘的條件下，將在所述基材上的負(fù)載所述催化劑的所述導(dǎo)電納米柱熱轉(zhuǎn)移到所述全氟磺酸樹脂膜上的熱轉(zhuǎn)移步18.—種燃料電池，包括電解質(zhì)膜；置于所述電解質(zhì)膜的一個表面上的第一電極；和置于所述電解質(zhì)膜的另一表面上的第二電極，所述笫二電極具有相對于所述電解質(zhì)膜的平面方向成60?；蚋〉膬A角取向的導(dǎo)電納米柱、負(fù)載于所述導(dǎo)電納米柱上的催化劑、和施加所述導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂。全文摘要在包括電解質(zhì)膜(1)和置于該電解質(zhì)膜兩側(cè)面上的成對電極(2、3)的燃料電池(100)中，至少一個電極具有相對于電解質(zhì)膜的平面方向成60°或更小的傾角取向的導(dǎo)電納米柱(4)、負(fù)載于導(dǎo)電納米柱上的催化劑(5)、和施加導(dǎo)電納米柱的電解質(zhì)樹脂(6)。文檔編號H01M4/96GK101405908SQ200780009867公開日2009年4月8日申請日期2007年3月15日優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日發(fā)明者中西治通,吉川研次,山下智也,澤井百世,稻住近,西良友紀(jì)申請人:豐田自動車株式會社;日立造船株式會社