專利名稱：電化學(xué)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及電化學(xué)裝置及其制造方法，尤其涉及關(guān)于利用多孔性導(dǎo)電層與高分子包覆 貴金屬粒子組成的觸媒層形成電極的方法、和包含此電極的電化學(xué)裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)由于染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cell; DSSC)具有成為低成本儲(chǔ)能組件 的潛力，使得它的發(fā)展逐漸受到重視。傳統(tǒng)上，DSSC的陽(yáng)極(photoanode)是將染料敏化奈米 結(jié)晶半導(dǎo)體層沉積在銦錫氧化物(Indium-tin oxide; ITO)或氟錫氧化物(Fluorine-doped tin oxide; FTO)玻璃上；陰極則是采用鍍鉑對(duì)電極(countereleetrode)。電解質(zhì)一般為在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中具碘 與三碘離子的氧化還原對(duì)。圖1繪示DSSC的基本操作，其可總結(jié)成下述五個(gè)步驟(l)在染 料分子中發(fā)生光激發(fā)而產(chǎn)生電荷分離(如箭頭1所示)；(2)電荷(此處為電子)注入介孔 (mesoporous)二氧化鈦(Ti02)的導(dǎo)電帶中；(3)電荷經(jīng)負(fù)載(electronic load)至外部電路(如箭頭2 所示)；(4)透過(guò)電解質(zhì)中的氧化還原對(duì)，染料還原至基態(tài)(如箭頭3所示)；(5)在對(duì)電極上藉由 外部電路所獲得的電荷還原氧化還原對(duì)(如箭頭4所示)。
在DSSC中，在對(duì)電極上還原氧化還原對(duì)的反應(yīng)可表示如下
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因?yàn)榈怆x子負(fù)責(zé)將氧化態(tài)的染料分子再生，故上述還原反應(yīng)非常重要。 一旦染料再生速 度無(wú)法趕上染料氧化速度(即電子由染料分子注入Ti02的導(dǎo)電帶中)，將會(huì)嚴(yán)重影響電池的整 體轉(zhuǎn)換效能，甚至?xí)箤?duì)電極表面產(chǎn)生碘結(jié)晶。
在現(xiàn)有技術(shù)中，若直接在ITO或FTO玻璃表面與有機(jī)溶劑接觸施行上述還原反應(yīng)，三碘 離子還原動(dòng)力會(huì)變得非常緩慢。故為了降低過(guò)電壓，觸媒材料會(huì)涂覆在ITO或FTO玻璃的表 面以加速反應(yīng)進(jìn)行。
目前為止，鉑為最普遍使用的觸媒材料?；诔杀竞托士紤]，現(xiàn)已發(fā)展出許多方式來(lái) 形成薄膜形式的鉑層。濺鍍是最常實(shí)行的方法。雖然此方法制造的鍍鉑電極具有良好的效能， 但其必須在超高真空環(huán)境下進(jìn)行，以致成本始終居高不下。
公元2004年，Papageorgiou等人于"Coord. Chem. Rev. 248"發(fā)表名稱為《加熱鉑簇觸媒 (thermal cluster platinum catalyst)》的方法。此方法提供低的鉑負(fù)載(約2~10pg/cm2)、良好的動(dòng) 力學(xué)效能(電荷傳輸阻力，Rcr0.1Qcm2)、以及相對(duì)于傳統(tǒng)鉑沉積方法(如濺鍍、電化學(xué)沉積)的機(jī)械穩(wěn)定性。公元2004年，王等人于"Surf. Interface Anal. 36"發(fā)表的文獻(xiàn)更利用X射線光 電光譜學(xué)研究加熱鉑簇觸媒的穩(wěn)定性，并且發(fā)現(xiàn)在加熱鉑簇觸媒的過(guò)程中，鉑簇觸媒的表面 會(huì)慢慢吸收碘，導(dǎo)致鉑簇觸媒的效能減弱。盡管藉由再加熱處理可再生觸媒效能，然而此方 法需要加熱達(dá)380°C，如此處理不但耗費(fèi)能量且不適于量產(chǎn)。
其它諸如碳和導(dǎo)電高分子的材料亦提出作為DSSC中三碘離子反應(yīng)的觸媒。這些新的材 料通常需制作成較厚的空隙層涂覆于基板上，才能獲得可接受的觸媒效果，而仍處于初步研 發(fā)的階段。
因此，DSSC相關(guān)的研究與開(kāi)發(fā)技術(shù)莫不致力于進(jìn)一步降低使用材料的成本及提高整體電 池的效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供利用多孔性導(dǎo)電層來(lái)形成含觸媒層電極的方法，以提高電極觸媒層 的觸媒量，并改善觸媒層與電極的附著性。
本發(fā)明的另一目的為提供由上述電極構(gòu)成的電化學(xué)裝置及其制造方法，以提高電化學(xué)裝 置的效能。
本發(fā)明提出形成含觸媒層電極的方法，包含形成石墨化多孔性導(dǎo)電層、選擇性調(diào)理石墨 化多孔性導(dǎo)電層、以及浸泡石墨化多孔性導(dǎo)電層至含有高分子包覆的貴金屬粒子分散其中的 溶液，使貴金屬粒子吸附在多孔性導(dǎo)電層上而形成貴金屬觸媒層。
本發(fā)明同時(shí)提出包括上述電極的電化學(xué)裝置，其包含二電極和夾設(shè)在電極間的多孔性隔 離膜。電極中的一個(gè)或兩個(gè)包括基板、形成在基板上的多孔性導(dǎo)電層、以及含高分子包覆的 貴金屬粒子的觸媒層。貴金屬粒子吸附在多孔性導(dǎo)電層的多個(gè)孔洞內(nèi)面或上表面。
本發(fā)明的另一種方案，提出形成含觸媒層電極的方法，包含提供具支撐部分與多孔部分 的導(dǎo)電層、改質(zhì)導(dǎo)電層的多孔部分、以及浸泡導(dǎo)電層至含有高分子包覆的貴金屬粒子分散其 中的溶液，以形成含貴金屬粒子的觸媒層于導(dǎo)電層的多孔部分上。
本發(fā)明同時(shí)提出包括上述電極的電化學(xué)裝置，其包含二電極和夾設(shè)在電極間的隔離膜。 電極中的一個(gè)或兩個(gè)包括具支撐部分與多孔部分的導(dǎo)電層以及觸媒層。觸媒層包含由高分子 包覆的貴金屬粒子，且貴金屬粒子吸附在導(dǎo)電層的多孔部分內(nèi)或上。
因多孔性導(dǎo)電層具高孔隙度而有大表面積供貴金屬粒子吸附，故可有效提高構(gòu)成電極的 觸媒量及改善觸媒的附著力，進(jìn)而提高電化學(xué)裝置的效能與穩(wěn)定性。


圖1為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的染料敏化太陽(yáng)能電池的基本操作示意圖2A 2C為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，利用多孔性導(dǎo)電層形成含觸媒層電極的流程示意圖； 圖3A 3C為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，利用多孔性導(dǎo)電層形成含觸媒層電極的流程示意圖; 以及 _
圖4為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電化學(xué)裝置的分解示意圖。 _
主要組件符號(hào)說(shuō)明
1、 2、 3、 4箭頭
104界面活性層
108 基板 202導(dǎo)電層 206觸媒層 410基板 430氧化物層 450陽(yáng)極
102導(dǎo)電層 106觸媒層
201、 203 部分 204界面活性層 400陰極 420導(dǎo)電層 440隔離膜
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述與其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得更明顯易懂，現(xiàn)將配合參照附圖詳加說(shuō) 明于下。須注意的是，所述實(shí)施例僅為舉例說(shuō)明本發(fā)明，而非限定本發(fā)明的精神與范圍，任 何本領(lǐng)域技術(shù)，當(dāng)可進(jìn)行修改而得等效實(shí)施例。
圖2A 2C描述了本發(fā)明的一實(shí)施例，利用多孔性導(dǎo)電層形成含觸媒層電極的方法流程。 首先參照?qǐng)D2A，提供一多孔性導(dǎo)電層102，其可用來(lái)傳輸電荷。較佳地，多孔性導(dǎo)電層102 含有碳或石墨，以利后續(xù)高溫制程及提高導(dǎo)電度。更佳地，多孔性導(dǎo)電層102經(jīng)高溫碳化(石 墨化)處理，例如在無(wú)氧環(huán)境下施以約300(TC以上的溫度處理，以強(qiáng)化孔洞結(jié)構(gòu)。多孔性導(dǎo)電 層102例如為網(wǎng)狀、格子狀或條紋狀的石墨化層、或是由碳纖維組成的薄織物(例如可購(gòu)自曰 本的KUREHA公司或其它公司提供的類似產(chǎn)品)，其可以本領(lǐng)域的技術(shù)形成，本發(fā)明不以此 為限。
接著，選擇性調(diào)理(condition)或改質(zhì)(modify)多孔性導(dǎo)電層102。調(diào)理方式包括將多孔性導(dǎo)
10電層102浸泡(dip)至含有界面活性材料的第一溶液中，以于導(dǎo)電層102的表面及/或其孔洞內(nèi) 面形成界面活性層104。界面活性材料較佳為陽(yáng)離子型界面活性劑，最常使用的材料為四級(jí)銨 鹽。界面活性層主要是用來(lái)改變電極的導(dǎo)電層的電性，以改善后續(xù)形成的膜層與導(dǎo)電層102 間的黏著性。
參照?qǐng)D2B，將多孔性導(dǎo)電層102浸泡至第二溶液中。第二溶液包含若干個(gè)由高分子包覆 的貴金屬粒子，且貴金屬粒子懸浮分散于第二溶液。多孔性導(dǎo)電層102的孔洞內(nèi)面或上表面 上的界面活性層104吸附第二溶液中由高分子包覆的貴金屬粒子，或者貴金屬粒子簇陷入導(dǎo) 電層102的孔洞內(nèi)，而于界面活性層104上形成貴金屬觸媒層106。高分子所包覆的貴金屬通 常為帶負(fù)電團(tuán)，此時(shí)界面活性材料最好采用陽(yáng)離子型界面活性劑，以促進(jìn)高分子包覆的貴金 屬粒子與界面活性材料間的吸附。因多孔性導(dǎo)電層102具高孔隙度而有較大的表面積，其孔 洞內(nèi)面亦可吸附或引進(jìn)貴金屬粒子，故能有效提高構(gòu)成電極的觸媒量。
第二溶液的配制方法包括提供一預(yù)構(gòu)成貴金屬外圍的包覆層的高分子溶液，其中高分子 溶液可含有聚乙烯吡咯垸酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVAL)、聚丙烯酸(PAA)、 或聚次乙亞胺(PEI)等高分子。接著，將貴金屬鹽類之前驅(qū)物加入高分子溶液中。貴金屬較佳 為鈀(Pd)、鉑(Pt)、釕(Ru)、銀(Ag)或金(Au)等適合作為還原反應(yīng)催化劑的材料。然后，加入貴 金屬鹽類還原劑于含有貴金屬鹽類的高分子溶液中，使貴金屬鹽類得以還原成貴金屬粒子。 此時(shí)由于貴金屬粒子被高分子包覆，故可使奈米級(jí)貴金屬均勻地分散于溶液。因而當(dāng)多孔性 導(dǎo)電層102浸泡于第二溶液時(shí)，可形成由高分子包覆且均勻分布的貴金屬觸媒層。有關(guān)高分 子包覆金屬的制作方法可參見(jiàn)Hidefumi Hirai等人在公元2001年發(fā)表于"高分子先進(jìn)技術(shù) (Polymers for Advanced Technologies)"的文章《在金屬奈米粒懸浮液中的保護(hù)型高分子 (Protecting polymers in suspension of metal nanoparticles)》，供作參考。
貴金屬觸媒層相關(guān)的形成方法和操作條件、高分子與貴金屬的比例、及/或后續(xù)處理方式 等細(xì)節(jié)更詳述于美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)20080063788、名稱「包含觸媒層電極的制作方法與含有該電 豐及的電化學(xué)裝置(Method for Forming an Electrode Comprising an Electrocatalyst Layer Thereon And Electrochemical Device Comprising the Same)」、公元2007年3月8日申i青、和美國(guó)專利 申請(qǐng)?zhí)?2/213,307、名稱「形成含觸媒層電極的方法(Method of Forming an Electrode Including an Electrochemical Catalyst Layer)」、公元2008年6月18日申請(qǐng)的申請(qǐng)案，是以不再贅述， 其并附上供作參考而不與本申請(qǐng)案的申請(qǐng)專利范圍相悖。
繼續(xù)參照?qǐng)D2C，將圖2B中含有貴金屬觸媒層106的多孔性導(dǎo)電層102附加到基板108 上?；?08可為導(dǎo)電基板，例如ITO或?qū)щ娝芰匣?；或者，基?08可為非導(dǎo)電基板，例如一般玻璃基板或塑料基板。在一實(shí)施例中，基板108采用非導(dǎo)電基板，其與多孔性導(dǎo)電 層102結(jié)合可取代傳統(tǒng)導(dǎo)電基板。在另一實(shí)施例中，軟性薄織物作為導(dǎo)電層102，基板108則 為可撓式基板?；?08的材料并無(wú)特殊限制，然作為太陽(yáng)能電池的電極時(shí)，較佳為玻璃基 板，但亦可為塑料基板。
應(yīng)理解上述方法當(dāng)可按不同順序完成。例如，多孔性導(dǎo)電層102可先形成在基板108上， 然后再進(jìn)行調(diào)理及形成貴金屬觸媒層106等步驟。倘若基板不宜在高溫下操作，則可先形成 貴金屬觸媒層106于多孔性導(dǎo)電層102上后，再一并結(jié)合到基板108上。實(shí)施順序可視基板 種類、制程溫度、電極構(gòu)造等因素而定。
圖3A 3C繪示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，利用多孔性導(dǎo)電層形成含觸媒層電極的方法流程。 首先參照?qǐng)D3A,提供一具有支撐部分201與多孔部分203的多孔性導(dǎo)電層202。支撐部分201 主要做為結(jié)構(gòu)的支撐體，多孔部分203可用來(lái)傳輸電荷。較佳地，多孔性導(dǎo)電層202含有碳 或石墨，以利后續(xù)高溫制程及提高導(dǎo)電度。更佳地，多孔性導(dǎo)電層202經(jīng)高溫碳化或石墨化 處理，以強(qiáng)化孔洞結(jié)構(gòu)。多孔性導(dǎo)電層202例如為網(wǎng)狀、格子狀或條紋狀的石墨化層、或是 由碳纖維組成的薄織物(例如可購(gòu)自日本的KUREHA公司或其它公司提供的類似產(chǎn)品)。在一 實(shí)施例中，可利用熱固化、紫外光(UV)固化或其它此技藝所熟知的技術(shù)，使多孔性導(dǎo)電層所 含的碳纖維或石墨等材質(zhì)與一高分子交聯(lián)產(chǎn)生共聚合體，進(jìn)而形成支撐下部(即支撐部分201)。
參照?qǐng)D3B，選擇性調(diào)理或改質(zhì)多孔性導(dǎo)電層202。調(diào)理方式包括將多孔性導(dǎo)電層202浸 泡至含有界面活性材料的第一溶液中，以于導(dǎo)電層202的多孔部分203上表面及/或孔洞內(nèi)面 形成界面活性層204。界面活性材料較佳為陽(yáng)離子型界面活性劑，最常使用的材料為四級(jí)銨鹽。 界面活性層主要是用來(lái)改變電極的導(dǎo)電層的電性，以改善后續(xù)形成的膜層與導(dǎo)電層202間的 黏著性。
接著，參照?qǐng)D3C，將多孔性導(dǎo)電層202浸泡至第二溶液中。第二溶液包含若干個(gè)由高分 子包覆的貴金屬粒子，且貴金屬粒子懸浮分散于第二溶液。多孔部分203內(nèi)及/或上的界面活 性層204吸附第二溶液中由高分子包覆的貴金屬粒子，或者貴金屬粒子陷入導(dǎo)電層202的多 孔部分203內(nèi)，而于界面活性層204上形成貴金屬觸媒層206。高分子所包覆的貴金屬通常為 帶負(fù)電團(tuán)，此時(shí)界面活性材料最好采用陽(yáng)離子型界面活性劑，以促進(jìn)高分子包覆的貴金屬粒 子與界面活性材料間的吸附。由于導(dǎo)電層202的多孔部分203具有大表面積供貴金屬粒子吸 附或陷入，因此可有效提高構(gòu)成電極的觸媒量。再者，導(dǎo)電層202的支撐部分201可當(dāng)作電 極結(jié)構(gòu)的支撐體，如此將無(wú)導(dǎo)電層與基板黏著不佳的缺陷。第二溶液的配制方法如前所述。
圖4為依據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的電化學(xué)裝置的分解示意圖，其為應(yīng)用上述實(shí)施例制得的
12電極。電化學(xué)裝置包括任一會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的裝置，特別的例子包括任何種類的燃料電池或 太陽(yáng)能電池。在此則以染料敏化太陽(yáng)能電池為例加以說(shuō)明。如圖4所示，電化學(xué)裝置包括陰 極400、陽(yáng)極450、和位于陰極400與陽(yáng)極450之間的隔離膜440。
陰極400為使用上述圖2A 2C或圖3A 3C的方法所形成的含觸媒層電極。在上述實(shí)施例 中，電極包含表面具有多孔性導(dǎo)電層的基板，多孔性導(dǎo)電層上具有界面活性層，同時(shí)界面活 性層還連結(jié)高分子包覆的貴金屬粒子，這些貴金屬粒子作為電極的觸媒層。在另一實(shí)施例中， 電極包含具有支撐部分與多孔部分的多孔性導(dǎo)電層，界面活性層形成在多孔部分內(nèi)及/或上， 并連結(jié)高分子包覆的貴金屬粒子，這些貴金屬粒子作為電極的觸媒層。
多孔性導(dǎo)電層較佳包含碳，更佳為經(jīng)高溫碳化或石墨化處理，其例如為網(wǎng)狀、格子狀或 條紋狀的石墨化層、或是由碳纖維組成的薄織物。高分子為聚乙烯吡咯垸酮(PVP)、聚丙烯酰 胺(PAM)、聚乙烯醇(PVAL)、聚丙烯酸(PAA)、或聚次乙亞胺(PEI)，而被高分子包覆的貴金 屬粒子可為鈀、鉑、釕、銀或金等。
陽(yáng)極450較佳包含透明導(dǎo)電玻璃層的基板410，透明導(dǎo)電玻璃層可為銦錫氧化物(ITO)、 摻氟氧化錫(FTO)、慘銻氧化錫(ATO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、或摻銦氧化鋅 (IZO)。染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極450 —般還包括含染料的氧化物層430(如TiCb層)形成于 基板410表面。在一實(shí)施例中，陽(yáng)極450還包括一多孔性導(dǎo)電層420供含染料的氧化物層430 形成其上，以增加氧化物層的負(fù)載量。多孔性導(dǎo)電層420的特征類似前述多孔性導(dǎo)電層。染 料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極可以此技藝所熟知的技術(shù)制作，本發(fā)明不以此為限。
在電化學(xué)裝置的另一實(shí)施例中，陽(yáng)極450為使用上述圖2A 2C或圖3A 3C的方法所形成 的含觸媒層電極。
完成陰極400和陽(yáng)極450后，可由本領(lǐng)域的現(xiàn)有方法組裝電極，以構(gòu)成電化學(xué)裝置。在 一實(shí)施例中，將隔離膜440夾設(shè)在陰極400與陽(yáng)極450之間，隨后注入電解質(zhì)(未繪示)于其內(nèi)。 隔離膜440較佳為多孔性絕緣材料，其例如由有機(jī)、無(wú)機(jī)或生物高分子制成且通常具高度潤(rùn) 濕性，供電解質(zhì)充分且迅速擴(kuò)散至陰極400與陽(yáng)極450之間。特別地，在制造電化學(xué)裝置的 過(guò)程中，可視最終產(chǎn)品的制程和預(yù)期的質(zhì)量來(lái)決定注入電解質(zhì)的時(shí)機(jī)。即，電解質(zhì)可在組裝 電化學(xué)裝置前、或在組裝電化學(xué)裝置的最后步驟注入。
由上述可知，利用多孔性導(dǎo)電層形成含觸媒層電極，由于多孔性導(dǎo)電層具高孔隙度而有 大表面積來(lái)吸附更多的貴金屬粒子，因此能有效提高構(gòu)成電極的觸媒量。另外，多孔性導(dǎo)電 層可與一般基板結(jié)合來(lái)取代較為昂貴的導(dǎo)電玻璃基板。再者，進(jìn)一步處理導(dǎo)電層，使其具有 支撐部分作為電極結(jié)構(gòu)的支撐體和多孔部分承載觸媒層于其上，可消除導(dǎo)電層與基板黏著不佳的缺陷。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這 里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替 換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本 質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部 件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形 和改變。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)裝置，其特征在于，其至少包含一第一電極，包含一第一基板；一多孔性導(dǎo)電層，形成在該第一基板上，該多孔性導(dǎo)電層包含碳或石墨；以及一觸媒層，包含若干個(gè)由一高分子包覆的貴金屬粒子，且該些貴金屬粒子吸附在該多孔性導(dǎo)電層的多個(gè)孔洞內(nèi)面或吸附在該多孔性導(dǎo)電層的一上表面；一第二電極；以及一多孔性隔離膜，夾設(shè)在該第一電極與該第二電極之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第一電極更包含一界面活性層，形 成在該多孔性導(dǎo)電層上且連結(jié)該些由該高分子包覆的貴金屬粒子。
3. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該多孔性導(dǎo)電層為一網(wǎng)狀、格子狀或 條紋狀的石墨化層。
4. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該多孔性導(dǎo)電層是由碳纖維組成的一 薄織物。
5. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該些貴金屬粒子為鈀、鉑、釕、銀或金。
6. 如權(quán)利要求l所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該高分子為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚 丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVAL)、聚丙烯酸(PAA)或聚次乙亞胺(PEI)。
7. 如權(quán)利要求l所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第二電極包含-一第二基板；以及一含染料的氧化物層，形成在該第二基板上。
8. 如權(quán)利要求l所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第二電極包含 一第二導(dǎo)電層；以及一第二觸媒層，形成在該第二導(dǎo)電層上，該第二觸媒層包含若干個(gè)由一高分子包覆的貴
9. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第一基板為一導(dǎo)電基板或一非導(dǎo)電 基板。
10. 如權(quán)利要求l所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第一基板為一可撓式基板。
11. 一種電化學(xué)裝置，其特征在于，其至少包含 一第一電極，包含一導(dǎo)電層，具有一支撐部分與一多孔部分，其中該多孔部分位于該支撐部分之上；以及'一觸媒層，包含若干個(gè)由一高分子包覆的貴金屬粒子，且該些由該高分子包覆的 貴金屬粒子吸附在該導(dǎo)電層的該多孔部分內(nèi)或上； 一第二電極；以及一隔離膜，夾設(shè)在該第一電極與該第二電極之間。
12. 如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第一電極更包含一界面活性層， 形成在該導(dǎo)電層上且連結(jié)該些由該高分子包覆的貴金屬粒子。
13. 如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該導(dǎo)電層包含碳或石墨，該支撐部 分為一由碳或石墨與一高分子構(gòu)成的共聚合體。
14. 如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該導(dǎo)電層為一網(wǎng)狀、格子狀或條紋 狀的石墨化層。
15. 如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該導(dǎo)電層是由碳纖維組成的一薄織物。
16. 如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該些貴金屬粒子為鈀、鉑、釕、銀 或金6
17. 如權(quán)利要求ll所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該高分子為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、 聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVAL)、聚丙烯酸(PAA)或聚次乙亞胺(PEI)。
18. 如權(quán)利要求ll所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第二電極包含 一基板；以及一含染料的氧化物層，形成在該基板上。
19. 如權(quán)利要求18所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第二電極更包含一多孔性導(dǎo)電層， 夾設(shè)在該基板與該含染料的氧化物層之間。
20. 如權(quán)利要求ll所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，該第二電極包含-一第二導(dǎo)電層；以及一第二觸媒層，形成在該第二導(dǎo)電層上，該第二觸媒層包含若干個(gè)由一高分子包覆的貴 金屬粒子。
21. —種制造電化學(xué)裝置的方法，其特征在于，該方法包含 制作一第一電極，包含形成一石墨化多孔性導(dǎo)電層；以及浸泡該石墨化多孔性導(dǎo)電層至一第二溶液中，以形成一貴金屬觸媒層于該石墨化多 孔性導(dǎo)電層上，其中該第二溶液包含若干個(gè)由一高分子包覆的貴金屬粒子分散于該第二溶液； 制作一第二電極；設(shè)置一多孔性隔離膜于該第一電極與該第二電極之間；以及 注入一電解質(zhì)到該第一電極與該第二電極之間。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，形成該石墨化多孔 性導(dǎo)電層包含高溫碳化一由碳纖維組成的薄織物或一含碳層。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，形成該石墨化多孔 性導(dǎo)電層包含使一部分的該石墨化多孔性導(dǎo)電層與一高分子聚合形成一共聚合體作為一支撐 體。
24. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，形成該石墨化多孔 性導(dǎo)電層包含固化一部分的該石墨化多孔性導(dǎo)電層，以形成一支撐部分與一多孔部分。
25. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，制作該第一電極的步驟還包含使用一含有 一界面活性材料的第一溶液調(diào)理該石墨化多孔性導(dǎo)電層，以形成一界面活性層于該石墨化多 孔性導(dǎo)電層上。
26. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，制作該第一電極的步驟還包含將具有該貴 金屬觸媒層的該石墨化多孔性導(dǎo)電層附加至一基板上。
27. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，制作該第一電極的步驟還包含提供一基板、 形成該石墨化多孔性導(dǎo)電層于該基板上、以及浸泡該基板至該第二溶液中，以形成該貴金屬 觸媒層于該石墨化多孔性導(dǎo)電層上。
28. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，制作該第二電極的步驟還包含 提供一第二基板；以及 形成一含染料的氧化物層于該第二基板上。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，制作該第二電極的步驟還包含形成一多孔 性導(dǎo)電層于該第二基板與該含染料的氧化物層之間。
30. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，制作該第二電極的步驟還包含 形成一第二導(dǎo)電層；以及形成一第二觸媒層于該第二導(dǎo)電層上，該第二觸媒層包含若千個(gè)由一高分子包覆的貴金 屬粒子。
31. —種形成含觸媒層電極的方法，其特征在于，該方法包含 提供一石墨化多孔性導(dǎo)電層； 改質(zhì)該石墨化多孔性導(dǎo)電層的一表面；以及浸泡該石墨化多孔性導(dǎo)電層至一第二溶液，其中該第二溶液包含若干個(gè)由一高分子包覆 的貴金屬粒子分散于該第二溶液，且該些貴金屬粒子吸附在該多孔性導(dǎo)電層的該表面，以形成一貴金屬觸媒層于該石墨化多孔性導(dǎo)電層上。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，改質(zhì)該石墨化多孔性導(dǎo)電層包含浸泡該石 墨化^孔性導(dǎo)電層至一含有一界面活性材料的第一溶液中，以形成一界面活性層于該石墨化 多孔性導(dǎo)電層上，且浸泡該石墨化多孔性導(dǎo)電層至該第二溶液包含使該石墨化多孔性導(dǎo)電層 上的該界面活性層吸附該些由該高分子包覆的貴金屬粒子，以形成該貴金屬觸媒層于該界面 活性層上。
33. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，提供該石墨化多孔性導(dǎo)電層包含高溫碳化 一由碳纖維組成的薄織物。
34. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該方法還包含結(jié)合具該貴金屬觸媒層的該 石墨化多孔性導(dǎo)電層至一基板上。
35. —種形成含觸媒層電極的方法，其特征在于，該方法包含形成一具有一支撐部分與一多孔部分的導(dǎo)電層，其中該多孔部分位于該支撐部分之上； 改質(zhì)該導(dǎo)電層的該多孔部分；以及浸泡該導(dǎo)電層至一第二溶液中，該第二溶液包含若干個(gè)由一高分子包覆的貴金屬粒子分 散于該第二溶液，以形成一含有該些由該高分子包覆的貴金屬粒子的觸媒層于該導(dǎo)電層的該 多孔部分上。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，改質(zhì)該導(dǎo)電層的該多孔部分包含浸泡該導(dǎo) 電層室一含有一界面活性材料的第一溶液中，以形成一界面活性層于該導(dǎo)電層的該多孔部分 上，且浸泡該導(dǎo)電層至該第二溶液中包含使該導(dǎo)電層的該多孔部分上的該界面活性層吸附該 些由該高分子包覆的貴金屬粒子，以形成該觸媒層于該界面活性層上。
37. 如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，形成該導(dǎo)電層包含 提供一石墨化多孔性導(dǎo)電層層；以及固化該石墨化多孔性導(dǎo)電層層的一表面，以形成該支撐部分。
38. 如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，形成該導(dǎo)電層包含高溫碳化一由碳纖維組成的薄織物。
全文摘要
本發(fā)明揭露形成含觸媒層電極的方法，包括形成石墨化多孔性導(dǎo)電層、選擇性調(diào)理石墨化多孔性導(dǎo)電層、以及浸泡石墨化多孔性導(dǎo)電層至含有高分子包覆的貴金屬粒子分散其中的溶液，使貴金屬粒子吸附在石墨化多孔性導(dǎo)電層上而形成貴金屬觸媒層。在此亦揭示利用上述電極制造而得的電化學(xué)裝置。
文檔編號(hào)H01G9/20GK101685707SQ20081016819
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者馮憲平, 衛(wèi)子健, 張雅慧, 超 彭, 藍(lán)若琳, 許雯琪, 鄭海鵬, 陳文祥 申請(qǐng)人:健鼎(無(wú)錫)電子有限公司