專利名稱：大批量制造的燃料電池布置及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池及其制造方法。更特別地，本發(fā)明涉及燃料電池布置和大批量處理，該燃料電池布置首次能夠?qū)嵱玫匾韵鄬?duì)低的成本大批量地被制造，該大批量處理提供穩(wěn)固的并且可靠的 燃料電池結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
試驗(yàn)性的燃料電池在19世紀(jì)中期第一次被生產(chǎn)作為在電化學(xué)存儲(chǔ)裝置中展開的研究。那些早期的工作導(dǎo)致現(xiàn)代的蓄電池，然而，蓄電池在過去的百年發(fā)展相對(duì)很少。當(dāng)在二十世紀(jì)六十年代NASA需要緊湊的、有效的發(fā)電系統(tǒng)用于美國(guó)太空計(jì)劃時(shí)，因?yàn)橘M(fèi)用不是首要因素，所以燃料電池變成儲(chǔ)能裝置的選擇。一般而言，燃料電池和蓄電池兩者實(shí)質(zhì)上都以同樣的方式產(chǎn)生電。也就是說，它們?cè)谠礃O(陰極)的氧化材料(燃料)產(chǎn)生正離子，并且在返回電極(陽(yáng)極)的還原材料(氧化劑)產(chǎn)生負(fù)離子。這些正和負(fù)離子組合在電解質(zhì)中形成新的穩(wěn)定的材料以及完成電學(xué)路徑。電池的燃料和氧化劑的來源是電極材料，當(dāng)電池的燃料和氧化劑耗盡時(shí)，使電池不工作。然而，燃料電池中的電極是不變的構(gòu)造，該構(gòu)造提供電學(xué)的路徑并且對(duì)化學(xué)活性沒有貢獻(xiàn)。催化劑促使氧化處理，當(dāng)從外部來源補(bǔ)充燃料和氧化劑時(shí)，維持該氧化處理。大多數(shù)現(xiàn)代的燃料電池使用氫作為燃料，并且使用空氣作為氧化劑。原子能級(jí)、氫容許過濾器(質(zhì)子交換膜或PEM)大大地簡(jiǎn)化燃料電池的構(gòu)造。在 PEM燃料電池中，富氫的流體被供給到PEM的負(fù)電極(陰極)側(cè)，其中，催化劑使得氫原子和圍繞的流體材料分離，同時(shí)分離的氫原子的電子在經(jīng)過PEM之前被交出給負(fù)電極。空氣中的氧通過在PEM的正電極(陽(yáng)極)側(cè)的催化活性獲得電子。氫和氧原子(離子)結(jié)合，完成循環(huán)并且生成物被排出。許多燃料電池系統(tǒng)中的PEM是在市場(chǎng)上例如從杜邦和戈?duì)柟I(yè)可買到的薄塑料膜，并且在操作特性上類似于塑料食物包裝。因此許多機(jī)械的困難與這個(gè)“塑料包裝”型的 PEM有關(guān)。需要包括燃料和冷卻流體路徑兩者的、復(fù)雜的、昂貴的、物理支持的構(gòu)造。電解質(zhì)、PEM和隔板加工需要精確操作，該精確操作使得最后的組裝極其困難。密封和連接電池堆的處理是最需要的，因?yàn)镻EM和隔板對(duì)流體潤(rùn)濕和高溫兩者都敏感。由于高價(jià)的材料和產(chǎn)量這兩方面的損失，稀有的金屬催化劑和容易損壞的碳混合電極顯著地有助于成本。最后的困難是組裝和密封電池，因?yàn)榻Y(jié)合溫度和壓力必須被保持極其低，以避免毀壞部件。用于汽車的燃料電池的使用存在另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。例如，對(duì)于僅僅有日常維修的家庭車輛的最低的預(yù)期壽命在5年的跨度中是100，000英里。汽車必須在各式各樣的不利條件下起動(dòng)和操作，并且驅(qū)動(dòng)裝置必須足夠小型，以允許遠(yuǎn)離乘客室便利地放置而且還易于維修。即使當(dāng)被誤用或輕微受損時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置也必須安全地工作并且迅速地起動(dòng)。此夕卜，必須符合嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)，重要的是，燃料電池必須比得上當(dāng)前的傳動(dòng)技術(shù)以及部件替換，而不是完整的系統(tǒng)替換。大量的研究和開發(fā)已經(jīng)致力于汽車的燃料電池。然而，在本發(fā)明之前，這樣的研發(fā)到目前為止仍未能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)的實(shí)用的燃料電池產(chǎn)品，因?yàn)橐呀?jīng)大量地集中在基本的科學(xué)原則以及基礎(chǔ)發(fā)展上，諸如PEM系的全氟磺酸。一方面，對(duì)于PEM電池的觀察到的電流密度在大約25mA/cm2到4000mA/cm2的范圍內(nèi)變化。另一方面，獲得這種電流密度通常已經(jīng)包括使用石墨作為導(dǎo)電的電極材料。

碳的固有的結(jié)塊以及粒狀結(jié)構(gòu)存在大的多孔表面區(qū)域柵格，燃料和氧化劑流過該多孔表面區(qū)域柵格。如果在形成碳電極之后用催化劑材料處理這個(gè)大的表面區(qū)域，則使用大量的貴金屬。如果碳在形成或附著作為電極之前被摻合有催化劑和粘合劑，則電阻增大。 因?yàn)樘嫉囊呀?jīng)高的內(nèi)電阻，所以在分界面產(chǎn)生的任何外電阻實(shí)質(zhì)上增加了作為熱能的能量損失。此外，從電連接、流體密封以及將其保持在適當(dāng)位置的構(gòu)造的觀點(diǎn)出發(fā)，將PEM電解質(zhì)和碳電極電池組裝成能用的堆已經(jīng)證明是困難的。同樣，當(dāng)溫度接近90°C時(shí)，PEM迅速地惡化。因此，在商界中，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室可接受的分離的冷卻部件以及復(fù)雜的水合系統(tǒng)當(dāng)然較少。歸因于高成本以及生產(chǎn)困難，陶瓷電解質(zhì)的開發(fā)已經(jīng)被縮減。我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到尤其對(duì)于成本是主要因素的汽車應(yīng)用而言，燃料電池的關(guān)鍵要求是它們可被大量生產(chǎn)并且具有穩(wěn)定的高質(zhì)量，但是迄今為止，傳統(tǒng)的燃料電池得不到這樣的特性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開燃料電池制造、處理以及組裝方法，具有以下目的，有利地除去許多部件以及普通燃料電池制造的大部分昂貴的處理步驟，以便實(shí)質(zhì)上降低成本以及增加可制造性，而不犧牲當(dāng)前使用的燃料電池的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的被提供燃料電池，其中，機(jī)械結(jié)構(gòu)、框架和封閉物是部件的整體部分，并且最特別地，電極與柔性電解質(zhì)一起使用。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供燃料電池，其中，電池對(duì)電池以及用于流體輸入和輸出的外部相互連接通道被結(jié)合。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種燃料電池，其中，電解質(zhì)可以被放置在電極的任一側(cè)上，允許具有電解質(zhì)、負(fù)電極、電解質(zhì)、正電極、電解質(zhì)、負(fù)電極等等的電極的交替組裝， 因此減少到大約一半加一個(gè)數(shù)目的當(dāng)前堆疊的或者串聯(lián)的燃料電池中所需的電極。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃料電池，其中，對(duì)于柔性構(gòu)造的電解質(zhì)，隔板的數(shù)目被減少，否則，對(duì)于剛性構(gòu)造的電解質(zhì)，隔板的數(shù)目難以維持電解質(zhì)或完全地被除去。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃料電池，其中，在所有通道、外殼、通孔和外包層處的密封或封閉可以被同時(shí)地并且以任何已知的方法被實(shí)現(xiàn)，已知的方法諸如可壓縮形成的材料、膠合劑、化學(xué)粘合、共晶和金屬粘合等等。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃料電池，其中使用最便宜并且可靠的已知的方法，催化材料可以直接被涂布到電解質(zhì)或者電極構(gòu)造，已知的方法諸如濺射、選擇性的電鍍、化學(xué)氣相淀積、印刷等等。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃料電池，其中，電極電連接是外部可選并且可連接的，以便設(shè)立來自相互連接的電池的期望的電功率輸出。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種燃料電池，其中，通過機(jī)械設(shè)計(jì)，部件對(duì)準(zhǔn)有利地存在。本發(fā)明的仍然進(jìn)一步的目的是提供一種燃料電池，其中，通過任何多個(gè)已知的方法同樣形成電極，已知的方法諸如是類似于電路板技術(shù)的壓模、燒結(jié)、澆注、模制和多層分層以及 蝕刻。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃料電池，其中，燃料和氧化劑的離子化為了電池輕便而在電解質(zhì)表面被實(shí)現(xiàn)，或者被移動(dòng)一些距離從而提高化學(xué)的處理以及消耗反應(yīng)的排出。用于大批量生產(chǎn)燃料電池部件的上述目的是完整的并且在它們簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線的出口為堆疊、密封或接合工作準(zhǔn)備，燃料電池部件結(jié)合構(gòu)造、外部電連接、內(nèi)部燃料和氧化劑通道以及分配、排放通道和出口，并且根據(jù)一個(gè)實(shí)施例以三個(gè)單一的、規(guī)格化的燃料電池部件的形式已經(jīng)獲得簡(jiǎn)單的堆對(duì)準(zhǔn)組件，即，電解質(zhì)、正電極和負(fù)電極。每個(gè)部件隨著所有已知的電化學(xué)的和電解質(zhì)處理工作。這些部件可以被堆疊以形成完整的、對(duì)準(zhǔn)的、可重復(fù)的燃料電池模塊，隨著內(nèi)部氧化劑和燃料通道以及分配、內(nèi)部排放通道和外部相互電連接。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是克服隨著高速大批量處理產(chǎn)生的相互電連接的電流困難、結(jié)構(gòu)完整性、燃料以及氧化劑分配、維持和替換，高速大批量處理諸如是用于金屬并且適當(dāng)?shù)乃芰系膲耗Ｒ约盀榱司植繉?shí)施的陶瓷的和熱凝結(jié)聚合物而轉(zhuǎn)動(dòng)成形。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電解質(zhì)由中性的結(jié)構(gòu)材料的單片產(chǎn)生，該單片被處理以允許僅僅遷移離子的通道，并且導(dǎo)電材料和適當(dāng)?shù)拇呋瘎┍粦?yīng)用于單片的每一側(cè)以提供單個(gè)包含的單元，即，電解質(zhì)以及正和負(fù)電極。非導(dǎo)電燃料和氧化劑分配板被添加到完整的電池。該電解質(zhì)被配置，以致主要的結(jié)構(gòu)部件是不可滲透的處理區(qū)域的周邊的外包層， 包括外部電連接接頭，并且提供附接和密封或封閉區(qū)域。密封區(qū)域同樣在關(guān)鍵的內(nèi)部位置被提供，用于電池間流體通道。電解質(zhì)的大的操作區(qū)域被處理以便離子容許并且提供附接表面，用于導(dǎo)電電極和催化材料。在又一個(gè)實(shí)施例中，電極由導(dǎo)電材料的單片產(chǎn)生，以致主要的結(jié)構(gòu)部件是不可滲透的處理區(qū)域的周邊的外包層，包括外部電連接接頭并且提供附接和密封區(qū)域。密封區(qū)域同樣在關(guān)鍵的內(nèi)部位置被提供，用于電池間流體通道。電極的大的操作區(qū)域是可滲透，或相反對(duì)四面八方、橫向、徑向和側(cè)向流動(dòng)的流體開放，并且提供附接表面，用于催化材料。正和負(fù)電極之間的區(qū)別是在外部電插座的位置和/或形狀，而且如果應(yīng)用，區(qū)別是具體的催化劑。雖然對(duì)附著催化劑到電極構(gòu)造來說不是必需的，但是這樣做的能力允許使用較少堅(jiān)固的機(jī)械的電解質(zhì)，不能將催化劑的附接支撐到它們。電極被配置為具有放置在它們的任一側(cè)上的電解質(zhì)，并且在增加燃料電池效率的同時(shí)減少體積。在又一個(gè)實(shí)施例中，電極由三個(gè)材料件產(chǎn)生，三個(gè)材料件被獨(dú)立地形成，然后結(jié)合在一起形成規(guī)格化構(gòu)造。兩個(gè)有源件是相同的、可互換的、可逆的，并且通過相同的處理被形成和配置。每個(gè)有源件由單個(gè)導(dǎo)電材料產(chǎn)生，以致主要的結(jié)構(gòu)部件是不可滲透的處理區(qū)域的周邊的外包層，包括外部電連接接頭，并且提供附接和密封(封閉)區(qū)域。密封(封閉)區(qū)域同樣在關(guān)鍵的內(nèi)部位置被提供，用于電池間流體通道。
第三個(gè)片是由結(jié)合有源片的單個(gè)導(dǎo)電材料產(chǎn)生的分配板，從而產(chǎn)生通用水平的電極，或者由單個(gè)非導(dǎo)電材料產(chǎn)生，單個(gè)非導(dǎo)電材料分離產(chǎn)生兩個(gè)電分離的電極兩個(gè)有源片。 該分配板具有主要的結(jié)構(gòu)部件，該主要的結(jié)構(gòu)部件組成不可滲透的處理區(qū)域的周邊的外包層，可以包括外部電連接接頭，并且提供附接和密封(封閉)區(qū)域。密封(封閉)區(qū)域同樣在關(guān)鍵的內(nèi)部位置被提供，用于電池間流體通道。在仍然進(jìn)一步的實(shí)施例中，電解質(zhì)由中性的非結(jié)構(gòu)材料的單片產(chǎn)生，單片被處理以允許在指定區(qū)域中遷移離子的通道。該電解質(zhì)被直接附著到在此在第二和第三實(shí)施例中描述的一個(gè)或兩個(gè)電極。 在一種情況下，相關(guān)的催化劑被直接應(yīng)用到每個(gè)電極構(gòu)造，并且附接到它們中的一個(gè)的非結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)和非導(dǎo)電替換的或可選擇密封放置在電解質(zhì)和電極組件之間，并且將電極保持到完整的電池。最后提到的實(shí)施例的第一變形是非導(dǎo)電密封附接到非結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)。電解質(zhì)和密封組件被放置在適當(dāng)?shù)碾姌O之間以完成電池。第二變形中，催化劑連同導(dǎo)電材料被直接應(yīng)用到非結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)的每一側(cè)。利用封閉的周邊提高的擱板制作電極，擱板被應(yīng)用和電解質(zhì)上的相適合的導(dǎo)電材料。這個(gè)擱板變成具有導(dǎo)電催化劑應(yīng)用于電解質(zhì)的電接口。電解質(zhì)可以被附接到具有與相關(guān)的導(dǎo)電催化劑接觸的電極擱板的一種電極。非導(dǎo)電的密封被放置在預(yù)先附著到電極的電解質(zhì)和保持電極之間，具有與沒有附著電解質(zhì)導(dǎo)電催化劑側(cè)接觸的保持電極擱板，從而完成該電池。另一變形是非導(dǎo)電密封附接到非結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)，非結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)具有適當(dāng)?shù)卮呋姆墙Y(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)。電解質(zhì)和密封板組件被放置在適當(dāng)?shù)碾姌O之間，具有與電解質(zhì)的導(dǎo)電催化劑接觸的電極擱置，以便完成電池。


當(dāng)連同使用所附的附圖時(shí)，從以下的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更容易地明顯，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池的第一實(shí)施例的立體的、局部截面的組件圖，負(fù)電極和催化劑應(yīng)用在構(gòu)造的固體電解質(zhì)的一側(cè)上，以及正電極和催化劑應(yīng)用在構(gòu)造的固體電解質(zhì)的另一側(cè)上，構(gòu)造的固體電解質(zhì)結(jié)合外部電連接、燃料和氧化劑通道，利用燃料和氧化劑通道返回和排放，而且分配板它們本身是結(jié)構(gòu)部件，它們的幾何形狀匹配電解質(zhì)的幾何形狀以完成電池組件；圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的柔性電解質(zhì)燃料電池組件的立體圖，顯示直接附著到柔性電解質(zhì)的形成的構(gòu)造的電極接觸板，柔性電解質(zhì)具有分別應(yīng)用于頂部和底部的正和負(fù)導(dǎo)電催化劑、布置在鄰近于正電極接觸板的一側(cè)上的正氧化劑分配板、以及在鄰近于負(fù)電極接觸板的一側(cè)上的燃料分配板，如圖19所示，從而形成完整的、對(duì)準(zhǔn)的、可重復(fù)的燃料電池模塊，燃料電池模塊具有內(nèi)部氧化劑以及燃料通道和分配、內(nèi)部排放通道以及外部的相互電連接，分配板被永久地連接到薄膜電極組件或者保留獨(dú)立于薄膜電極組件，以便于燃料電池拆卸和保持。圖3是根據(jù)本發(fā)明的正電極組件的立體的局部截面圖，其中，通過在上方和下方堆疊具有氧化劑催化劑板的氧化劑分配板來構(gòu)造多個(gè)部分結(jié)合或分層的正電極，其中，氧化劑催化劑板是本身由導(dǎo)電材料構(gòu)成或是導(dǎo)電涂層的微壓模面板，并且催化劑被應(yīng)用在其上，并且其中每個(gè)電極部件共享相同的幾何形狀；圖4是顯示燃料電池內(nèi)的燃料流動(dòng)以表明本發(fā)明的獨(dú)特的內(nèi)部中心供給的立體圖；圖5是正電 極的一個(gè)實(shí)施例的立體圖，該正電極可被用于構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的燃料電池；圖6A是沒有燃料返回通道的負(fù)電極的一個(gè)實(shí)施例的立體圖，該負(fù)電極可被用于構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的燃料電池；圖6B是具有燃料返回通道的負(fù)電極的另一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖7是用于本發(fā)明的燃料電池的多個(gè)部分結(jié)合或分層的正電極組件的催化劑和氧化劑通道板的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖8是圖1、2、3和18中顯示的正電極氧化劑分配板的單獨(dú)的立體圖圖9是用于根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的多個(gè)部分結(jié)合或分層的負(fù)電極組件的催化劑和燃料通道板的立體圖；圖10是圖1和18中顯示的燃料分配板的立體圖；圖11是在圖2和19中顯示的類型的燃料電池中使用的柔性電解質(zhì)的立體圖；圖12是利用本發(fā)明的原理的代替燃料電池的固定的細(xì)木工，在電池部件之間使用的切割或形成的密封的正電極的立體圖；圖13是代替電池的固定的細(xì)木工，在燃料電池部件之間使用的切割或形成的密封的負(fù)電極的立體圖；圖14是電池正(或負(fù))電極之一的立體圖，其結(jié)合氧化劑分配和形成的接觸頂部和底部擱板，用于構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的燃料電池；圖15是在圖1的燃料電池中使用的固體電解質(zhì)的單獨(dú)的立體圖；圖16是圖2顯示的類型的燃料電池中使用的形成的非導(dǎo)電構(gòu)造的電極接觸板的立體圖，在提供外部連接和接觸預(yù)先預(yù)備的具有應(yīng)用于每側(cè)的導(dǎo)電催化劑的電解質(zhì)的那些區(qū)域中，電極被應(yīng)用導(dǎo)電材料；圖17是形成的非導(dǎo)電構(gòu)造的電極接觸板的立體圖，在提供外部連接和接觸預(yù)先預(yù)備的具有應(yīng)用于每側(cè)的導(dǎo)電催化劑的電解質(zhì)的那些區(qū)域中，電極被應(yīng)用導(dǎo)電材料，例如， 用于圖2的燃料電池中。圖18是根據(jù)本發(fā)明的利用剛性的電解質(zhì)系統(tǒng)的燃料電池堆組件的前視圖，剛性的電解質(zhì)系統(tǒng)也稱為固體氧化物剛性的電解質(zhì)堆；圖19是類似于圖18但顯示利用柔性電解質(zhì)系統(tǒng)的燃料電池堆組件的視圖，柔性電解質(zhì)系統(tǒng)也稱為柔性電解質(zhì)堆；圖20是根據(jù)本發(fā)明的用于處理、測(cè)試和組裝燃料電池的流水線的示意的立體圖；圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明的制造處理的基本步驟以獲得經(jīng)濟(jì)的燃料電池產(chǎn)品的流程圖；和圖22是在圖18中顯示的類型的一部分燃料電池堆的示意圖，單獨(dú)地顯示其一部分，以圖解燃料、氧化劑和排放通過的路徑。
具體實(shí)施方式
雖然附圖顯示燃料和空氣供給的共同環(huán)形的布置，但是應(yīng)當(dāng)理解以下的燃料和空氣供給42、43還可以在Z軸上彼此偏離，并且在期望燃料和氧化劑之間的較大間隔的那些情況下有效地起作用。圖1、2和3圖解本發(fā)明的實(shí)施例，其中，單個(gè)相對(duì)緊湊的整體的框架結(jié)構(gòu)設(shè)置有通孔和端口，通孔和端口用于電池間流體通道、流體分配、催化劑的呈現(xiàn)、用于電解質(zhì)的支援、 外部電連接、以及簡(jiǎn)化電池組件的聯(lián)鎖導(dǎo)管。在此描述的每個(gè)部件具體地被配置為通過傳統(tǒng)的大批量、高速的操作被制作，諸如以類似于形成傳統(tǒng)的車輪或烘烤餅干的方式壓模金屬和適當(dāng)?shù)乃芰?，以及諸如陶器或熱凝結(jié)聚合物的部分實(shí)施的材料的轉(zhuǎn)動(dòng)模壓成形。圖1顯示 通常由數(shù)字10標(biāo)明的本發(fā)明的最簡(jiǎn)單的固體電解質(zhì)電池組件，其中，氧化劑分配板11 (同樣參見圖8)被組裝在局部剖開顯示的固體電解質(zhì)13 (參見圖15中單獨(dú)顯示的完整的固體電解質(zhì))的一側(cè)上，以及燃料分配板12 (同樣參見圖10)被組裝在局部剖開顯示的固體電解質(zhì)13 (參見圖15中單獨(dú)顯示的完整的固體電解質(zhì))的另一側(cè)上，正電極被施加到固體電解質(zhì)13的一側(cè)上，并且負(fù)電極被施加到固體電解質(zhì)13的另一側(cè)上。此后，通過在此描述的方法，每個(gè)預(yù)備的部件被組裝在一起并且結(jié)合。圖2顯示本發(fā)明的柔性的電解質(zhì)電池組件，其中，通過在此描述的方法來制作、預(yù)備并且結(jié)合通常由數(shù)字20標(biāo)明的部件。這些部件包括負(fù)電極接觸板21 (參見圖17)、柔性的電解質(zhì)(PEM) 22(參見圖11)、正電極接觸板23(參見圖16)以及正極“氧化劑”分配板 11 (再次參見圖8)。貫穿說明書在不同的實(shí)施例中的同樣的部分將繼續(xù)由相同的數(shù)字標(biāo)明。圖3顯示如何通過在此描述的方法來制作、預(yù)備和結(jié)合通常由數(shù)字30標(biāo)明的正 (或負(fù))電極組件。也就是說，組件30包括堆疊在氧化劑分配板11 (再次參見圖8)的上方和下方的氧化劑催化劑板31，31’(同樣參見圖7)。板31，31’還可以包括保持的催化劑和氧化劑通道區(qū)域32，33 (參見圖7)。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)由燃料電池結(jié)構(gòu)的負(fù)極分配板的內(nèi)部中心供給的燃料的內(nèi)部的徑向向外的流動(dòng)圖案36。當(dāng)被某些富氫燃料或來自氧化處理的排放產(chǎn)品所需時(shí)， 燃料和氧化劑兩者都從中心被供給并且被除去。如一開始注解的，附圖顯示燃料和空氣供給的共同環(huán)形的布置；但是，它們?cè)赯軸上還可以彼此偏離，并且在燃料和氧化劑之間的較大間隔被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)哪切┣闆r下更有效地起作用。圖5舉例說明概括在本發(fā)明的“單元”途徑里的柔韌性，其中，通常由數(shù)字40標(biāo)明圖解的正電極。通過壓模、模制或澆注，電極40被產(chǎn)生作為具有固體外包層和密封區(qū)域41 的單板件。通孔或管道42被設(shè)置在電極板中用于燃料的板對(duì)板的通道，如圖4所示，而且通孔或管道43用于到燃料電池的氧化劑和氧化劑進(jìn)口。燃料通孔44和排放通孔45被設(shè)置用于到達(dá)氧化劑排放通孔的板對(duì)板的通道和開口。電連接接頭(tab)46，46’被整體形成到板而且因此不需要額外的處理。在電極板中包含對(duì)準(zhǔn)、組裝以及夾具構(gòu)造47減少了復(fù)雜性，并且產(chǎn)生了用于相關(guān)電池的堅(jiān)固的構(gòu)造。板40的最大區(qū)域48用于氧化劑到電解質(zhì)的分配，即，燃料電池40的工作區(qū)域，并且容許到氧化劑的通道，同時(shí)由于交叉以及對(duì)角的構(gòu)件49，允許板在結(jié)構(gòu)上保持固體和穩(wěn)妥。通過壓模皺折和孔、模制或澆注具有雜色和孔的板、燒結(jié)材料，或通過其他合適的方法， 工作區(qū)域48被產(chǎn)生作為板的一部分，或它可以被留下開口。該板可以由導(dǎo)電材料產(chǎn)生，這減少了處理步驟的數(shù)目，或者該板由非導(dǎo)電材料產(chǎn)生，通過涂覆、印刷、電鍍、濺射或其他已知的手段，導(dǎo)電材料被應(yīng)用到非導(dǎo)電材料，從而減少材料成本。除非被留下開口，通過涂覆、 印刷、電鍍、濺射或其他適當(dāng)?shù)氖侄?，整個(gè)的工作表面可以被催化劑覆蓋。可以通過印刷、選擇性的涂覆、選擇性的電鍍或用于通過銅焊、共晶潤(rùn)濕、板粘合或其他已知手段來結(jié)合的其他手段，可以預(yù)備其中意欲使部件被相互附接的表面。正電極40可以被堆疊有固體電解質(zhì)和負(fù)電極50’，從而形成完整的燃料電池。該電極被配置為在其兩側(cè)上具有電解質(zhì)，如圖19 所示。圖6A顯示通常由數(shù)字50標(biāo)明的負(fù)電極板，其中，燃料被完全地使用并且具有適合的結(jié)構(gòu)，包括通孔42、43，通道44，接線片51、51’以及具有例如圖5的正電極板的相關(guān)電池部件的構(gòu)造47，從而允許獨(dú)立部件被堆疊。歸因于燃料的總的使用以及用于電連接接頭 51、51’的不同的位置，主要區(qū)別在于燃料被呈現(xiàn)給電解質(zhì)48’的工作區(qū)域、到達(dá)燃料通孔的開口 43、圖5中顯示的燃料返回通道45的缺少，從而將它們與正連接接頭進(jìn)行區(qū)分。

圖6B類似于圖6A，但圖6B顯示通常由數(shù)字50，標(biāo)明的用于富氫燃料的負(fù)電極板， 因此富氫燃料返回到源。像板50那樣，負(fù)電極50’在實(shí)質(zhì)的細(xì)節(jié)上，也就是說在結(jié)構(gòu)、通孔 42，43、通道44，45以及具有相關(guān)電池部件的允許獨(dú)立部件被堆疊的構(gòu)造47上是一致的。 區(qū)別在于，燃料被呈現(xiàn)給電解質(zhì)的工作區(qū)域48”、到達(dá)燃料通孔42，43的開口以及電連接接頭51，51’，通過處于不同的位置，電連接接頭51，51’不同于正電極的連接接頭46，46’(圖 5)。圖7顯示與圖8的氧化劑分配板11結(jié)合使用的氧化劑通道板以及另一個(gè)氧化劑通道板，并且以圖3中顯示的方式形成完整的正電極。氧化劑通道板31同樣地在細(xì)節(jié)上與氧化劑分配板11 (圖8)和相關(guān)的電池部件一致。通道區(qū)域33容許氧化劑的流動(dòng)并且由相同的手段形成，而且作為氧化劑通道板的一部分。我們已經(jīng)承認(rèn)，結(jié)合的或分層的電極的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是遠(yuǎn)離電解質(zhì)放置催化劑，從而在輸出電解質(zhì)處，在電子與燃料離子結(jié)合之前，允許被添加到形成的氧離子，并且因此增加經(jīng)由到排放通道45的正常流動(dòng)的效率。我們已經(jīng)承認(rèn)的結(jié)合的或分層的電極的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠使用非常大批量的生產(chǎn)設(shè)備，諸如壓印機(jī)。圖8顯示單獨(dú)的氧化劑分配板11，該氧化劑分配板11類似于圖5的正電極組件并且在實(shí)質(zhì)的細(xì)節(jié)上與圖5的正電極組件一致，其包括通孔42，43、通道44，45以及構(gòu)造47， 可以被做成導(dǎo)電的或非導(dǎo)電的而且可以包括電連接接頭。在圖3中顯示的氧化劑分配板11 是一個(gè)實(shí)例，其中，結(jié)合圖7中顯示的類型的兩個(gè)氧化劑通道板31使用，以形成完整的正電極并且被堆疊有相關(guān)的燃料電池部件。在圖1顯示的另一個(gè)實(shí)例中，氧化劑分配器板11與構(gòu)造的固體電解質(zhì)13以及燃料分配器板12結(jié)合使用，以形成完整的燃料電池。在圖2中顯示的又一個(gè)實(shí)例中，氧化劑分配器板11與柔性膜電極組件結(jié)合使用以形成圖19顯示的類型的完整的燃料電池組件。工作區(qū)域48可以被形成作為圖5中的正電極的工作區(qū)域或可以全部被除去。圖9顯示通常由數(shù)字60標(biāo)明的燃料通道板，其與圖10中的通常由數(shù)字70標(biāo)明的燃料分配板以及另一個(gè)燃料通道板(沒有單獨(dú)地顯示)結(jié)合使用以形成完整的負(fù)電極。除電連接接頭51，51’之外，燃料通道板60在主要的細(xì)節(jié)上與燃料分配板70同樣一致，以接合圖6B中所見的類型的完整的負(fù)電極并且堆疊有相關(guān)的電池部件。通道區(qū)域48容許燃料的流動(dòng)并且由相同的手段形成，而且作為燃料通道板的一部分。以上參考的圖10顯示單獨(dú)的燃料分配板70。因此該板70在某些細(xì)節(jié)上與圖6B 中的負(fù)電極50’類似并且一致，可以被做成導(dǎo)電的或非導(dǎo)電的，并且可以包括電連接接頭。 在一個(gè)實(shí)例中，如上注解的，燃料分配板70與圖9中顯示的兩個(gè)燃料通道板60結(jié)合使用， 以形成完整的負(fù)電極(類似于圖3的電極組件)，并且可以被堆疊有相關(guān)的電池部件以產(chǎn)生需要的功率。該工作區(qū)域48按負(fù)電極50’(圖6B)的方式被形成或全部被除去。在圖1 的實(shí)例中，燃料分配板12與固體電解質(zhì)13和氧化劑分配器板11結(jié)合使用以形成完整的燃料電池。燃料分配板還可以被堆疊有圖2中顯示的類型的柔性膜電極組件，以形成圖19中顯示的類型的燃料電池組件。圖11單獨(dú)地顯示已經(jīng)討論的柔性電解質(zhì)22，其同樣在重要的細(xì)節(jié)上與例如30、 40,50,100的相關(guān)的電池電極一致，以允許獨(dú)立的部件被堆疊從而形成期望的功率輸出的燃料電池。柔性電解質(zhì)22事實(shí)上容許( ，容許通道)遷移離子，并且必須被結(jié)構(gòu)框架24 物理地支撐或附接到電極。在本發(fā)明中使用的柔性電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是，它已經(jīng)是市場(chǎng)上可買到的產(chǎn)品。圖12單獨(dú)地顯示通常由數(shù)字80標(biāo)明的正電極切割或形成的密封，可以在正電極 30,40,100以及柔性電解質(zhì)22之間被使用以形成它們之間替換的電間隔以及封閉。當(dāng)與容易被損害的電池部件或是具有低電阻的電池部件一起被使用時(shí)，這個(gè)電極密封是重要的， 電池部件容易被損害或是具有低電阻中的任何一種情況都可能引起燃料電池失效。正電極密封80在重要的細(xì)節(jié)上同樣一致，以便堆疊和密封相關(guān)的電池部件。圖13單獨(dú)地顯示負(fù)電極切割或形成的密封90，例如，可以在負(fù)電極50’ (圖6B) 和柔性電解質(zhì)22之間被使用以形成它們之間替換的電間隔以及封閉。當(dāng)與容易被損害的電池部件或是具有低電阻的電池部件一起被使用時(shí)，該電極密封此時(shí)也是重要的，電池部件容易被損害或是具有低電阻中的任何一種情況都可能引起燃料電池失效。該負(fù)電極密封在細(xì)節(jié)上也是一致的，以便堆疊和密封相關(guān)的電池部件。通過描述一個(gè)電池電極，具體地是正電極100，圖14同樣舉例說明概括在本發(fā)明的“單元”途徑里的方法和處理靈活性。通過壓模、模制或澆注，電極板100被產(chǎn)生作為具有固體外包層和密封區(qū)域101的單一件。板100包括分別用于燃料和氧化劑的板對(duì)板的通道的通孔或管道42，43，以及到達(dá)電池的氧化劑進(jìn)口。還包括在板100中的是燃料通孔44 和排放通孔45，排放通孔45用于到達(dá)氧化劑排放通孔的板對(duì)板的通道和開口。電連接接頭 46,46'被整體形成到板100，并且不需要額外的工作。電極板100中包含的先前描述的對(duì)準(zhǔn)、組裝以及夾具構(gòu)造47減少了復(fù)雜性，并且產(chǎn)生用于相關(guān)電池的堅(jiān)固的構(gòu)造。板的最大區(qū)域用于氧化劑到電解質(zhì)22的分配。通過壓模頂部和底部的皺折或肋，或通過利用這種嵌套肋模制或澆注該板，用于確保良好的機(jī)械的/電的接觸從而確保電流的邊緣集流的接觸擱板102，103被產(chǎn)生作為板100的一部分。該板100可以由導(dǎo)電材料產(chǎn)生，以減少處理步驟的數(shù)目，或者該板由非導(dǎo)電材料產(chǎn)生，通過涂覆、印刷、電鍍、濺射或其他傳統(tǒng)技術(shù)，導(dǎo)電材料被應(yīng)用到非導(dǎo)電材料，再次減少材料成本。通過涂覆、印刷、電鍍、濺射或其他技術(shù)，整個(gè)的工作表面可以被催化劑覆蓋。可以通過印刷、選擇性的涂覆、選擇性的電鍍等等，用于通過銅焊、共晶潤(rùn)濕、板粘合或其他已知滑路來結(jié)合的其他已知的方式，可以預(yù)備其中部件被相互附接的表面。正電極100可能堆疊有固體電解質(zhì)和具有接觸擱板的類似的負(fù)電極，以便形成完整的燃料電池。該電極被配置為在其兩側(cè)上具有電解質(zhì)，如圖19所示。圖15顯示了同樣顯示在圖1中的固體電解質(zhì)構(gòu)造13，因此固體電解質(zhì)構(gòu)造13在重要的細(xì)節(jié)上與允許獨(dú)立部件被堆疊的相關(guān)的電池分配板一致，以實(shí)現(xiàn)期望的功率輸出的燃料電池。事實(shí)上固體電解質(zhì)13’容許遷移離子，并且在其他方面都是獨(dú)立的構(gòu)造，因而可以被準(zhǔn)備用于應(yīng)用導(dǎo)電的電極材料或用于連接到分離電極并且依次連接到其他燃料電池， 以形成發(fā)電裝置。

圖16和17分別顯示正電極接觸板和負(fù)電極接觸板。該板由電介質(zhì)(非導(dǎo)電的) 材料構(gòu)成，諸如玻璃、陶瓷的合成樹脂等等，描述的導(dǎo)電表面、腐蝕的或切割的箔、墨水等等被應(yīng)用到該板。然后這些板被組裝有固體電解質(zhì)和類似的材料分配板、隔板等等，以形成完整的電池?？梢圆捎妙愃朴诙鄬佑∷㈦娐钒迳a(chǎn)中使用的分層處理。在圖18中顯示的剛性的電解質(zhì)堆中，圖1中顯示的燃料電池是組裝成堆的固體氧化物燃料電池。正電極和負(fù)電極被直接地應(yīng)用到剛性的電解質(zhì)的相對(duì)側(cè)，并且燃料和氧化劑分配板被交替地排列在電解質(zhì)的正電極側(cè)和負(fù)電極側(cè)之間，以致兩個(gè)相對(duì)的電解質(zhì)的正電極側(cè)共享氧化劑分配板，并且相反地，兩個(gè)相對(duì)的電解質(zhì)的負(fù)電極側(cè)共享燃料分配板。圖 19顯示使用圖2中顯示的類型的柔性電池組件的柔性電解質(zhì)燃料電池堆。換句話說，通過交替組裝具有雙側(cè)的正電極和負(fù)電極的柔性電解質(zhì)或圖3、5、6A、6B和14看出的類型的電極組件，可以做成類似的堆，以致相對(duì)的電解質(zhì)的正極側(cè)共享正電極，并且相反地，兩個(gè)相對(duì)的電解質(zhì)的負(fù)極側(cè)共享負(fù)電極。正電極具有內(nèi)部氧化劑分配，并且負(fù)電極具有內(nèi)部燃料分配。該柔性電解質(zhì)(PEM)可以被保持在框架中或通過圖2或圖11所示的電極板被支撐。 應(yīng)當(dāng)理解，圖18和19中顯示的堆僅僅是完整的堆的部分或片斷，完整的堆可以計(jì)入數(shù)百個(gè)燃料電池組件。傳統(tǒng)的端帽(沒有被顯示)還被置于完整的堆的終端側(cè)。圖20顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可能的處理、測(cè)試和組裝系統(tǒng)，用于以簡(jiǎn)單的、有效的和經(jīng)濟(jì)的方式產(chǎn)生上述的燃料電池。特別地，PEM、正電極和負(fù)電極基板從大卷的原始材料被展開并且經(jīng)過印刷頭，在印刷頭中，正極和負(fù)極催化劑被印刷在上面。然后印制基板經(jīng)過傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)的切割器，它們?cè)谇懈钇髦斜磺懈顬檫m當(dāng)?shù)娜剂想姵卮笮〔⑶冶粋魉推魇捌?。使用傳統(tǒng)的傳送技術(shù)以產(chǎn)生圖2和11中顯示的一般類型的正電極和負(fù)電極之間的電解質(zhì)。然后該電池組件在組裝成堆之前通過拾起梭被拾起，并且被轉(zhuǎn)送到電池測(cè)試裝置。這個(gè)流程還顯示在圖21的流程圖中，圖21還顯示燃料電池堆中使用的隔板的預(yù)備、組裝之后的堆的測(cè)試以及到可接受的或重做的堆的周邊的附接。當(dāng)然，將理解，除了卷， 電解質(zhì)和電極可以來自庫(kù)存材料。圖22圖解在以上描述的方式中制造的典型的燃料電池系統(tǒng)中的燃料、空氣和排放的基本流動(dòng)。工業(yè)實(shí)用性因此提供燃料電池和制造方法。燃料電池布置能夠?qū)嵱玫匾韵鄬?duì)低的成本首次大批量被制造，并且大批量處理提供堅(jiān)固的并且可靠的燃料電池結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明已經(jīng)詳細(xì)地被描述和圖解，但是清楚地理解經(jīng)由圖解和實(shí)例是相同的，而且不被限制。本發(fā)明的精神和范圍僅僅受附加的權(quán)利要求書的措詞的限制。
權(quán)利要求
1.一種完整的燃料電池，其特征在于，包括以下部件a)燃料分配器，b)氧化劑分配器，和c)可操作地布置在所述燃料分配器和所述氧化劑分配器之間的固體電解質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述固體電解質(zhì)包括具有中央部的框架、在所述框架的中心布置的燃料和氧化劑通孔、布置在所述框架中的燃料和排放管道和在所述框架的向外的方向上延伸的電接觸接線片，所述框架具有應(yīng)用在所述中央部的一側(cè)上的正電極和催化劑以及在所述中央部的與所述一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上的負(fù)電極和催化劑。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于，所述氧化劑分配器被布置在所述固體電解質(zhì)的所述正電極側(cè)上，并且包括具有交替地布置在其中的與所述固體電解質(zhì)框架的所述燃料和排放管道一致的燃料管道和排放管道的外框架、與固體電解質(zhì)通孔一致的燃料和氧化劑通孔、在所述框架和所述通孔之間延伸以限定用于所述氧化劑的容許區(qū)域的多個(gè)構(gòu)件，所述排放管道在所述框架的內(nèi)側(cè)開口，以便與所述容許區(qū)域連通，所述容許區(qū)域構(gòu)成所述氧化劑分配器的所述區(qū)域的主要部分。
4.如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于，所述燃料分配器被布置在所述中央部的所述負(fù)電極側(cè)上，并且包括具有交替地布置在其中的與所述固體電解質(zhì)框架的所述燃料和排放管道一致的燃料管道和排放管道的外框架、與固體電解質(zhì)通孔一致的燃料和氧化劑通孔、以及在所述框架和所述通孔之間延伸以限定用于所述燃料的容許區(qū)域的多個(gè)構(gòu)件， 所述排放管道在所述框架的內(nèi)側(cè)開口，以便與所述容許區(qū)域連通，所述容許區(qū)域構(gòu)成所述燃料分配器的所述區(qū)域的主要部分。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述燃料分配器、所述氧化劑分配器和所述固體電解質(zhì)部件被配置為以便提供完整的剛性或柔性的電解質(zhì)燃料電池結(jié)構(gòu)，其中， 所述部件(a)、(b)、和(c)以及它們的分組件組成對(duì)準(zhǔn)的、密封的模塊構(gòu)造，具有容納在所述模塊構(gòu)造中的對(duì)準(zhǔn)和聯(lián)鎖導(dǎo)管、內(nèi)部燃料供給通道、燃料分配通道、氧化劑供給通道、氧化劑分配通道、返回通道、以及排放通道，容納在所述構(gòu)造中的電極和催化劑材料，以及在所述模塊構(gòu)造的外面可接近的電連接接頭。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述燃料供給、燃料分配、氧化劑供給、 氧化劑分配、返回和排放通道被內(nèi)部地配置在所述部件(a)、(b)和(c)中并且由所述部件 (a)、(b)和(c)形成，以致當(dāng)所述部件被對(duì)準(zhǔn)和堆疊以形成完整的電池和電池或模塊的堆時(shí)，鄰接部件、鄰接電池以及鄰接堆或模塊的通道是一致的并且形成與通道對(duì)應(yīng)的結(jié)合的板對(duì)板、電池對(duì)電池、堆或模塊對(duì)堆或模塊，因此消除了對(duì)外部進(jìn)口和出口以及到達(dá)和來自每個(gè)電池部件、完整的電池、堆或模塊的相關(guān)的外部管路的需要。
7.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述部件可被形成為單個(gè)燃料電池、 燃料電池堆或燃料電池模塊中的一個(gè)，具有位于完整的電池堆或模塊的每個(gè)端部的端部部件，所述端部部件內(nèi)部地配置為將所述燃料供給通道、所述氧化劑供給通道、所述返回通道和所述排放通道連接到相應(yīng)的外部配件，并且具有用于在燃料電池組件的封閉件和其余部件之間連接的壓縮的連接單元。
8.如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于，由所述分配器和所述固體電解質(zhì)的整體構(gòu)造限定的所述通孔在徑向地延伸的圖案中并且在基本上相同的平面中被同心地布置。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述固體電解質(zhì)包括框架，所述框架具有離子容許中央部、應(yīng)用到所述中央部的第一側(cè)或應(yīng)用到所述氧化劑分配器的正電極材料和催化劑、以及應(yīng)用到所述中央部的第二側(cè)或者應(yīng)用到所述燃料分配器的負(fù)電極材料和催化劑；具有布置在所述框架中的燃料供給、氧化劑供給、返回和排放通道。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，所述氧化劑分配器被布置在所述中央部的一側(cè)上，并且包括具有交替地布置在其中的與所述固體電解質(zhì)的所述燃料和排放管道一致的燃料管道和排放管道的外框架、與固體電解質(zhì)通孔一致的燃料和氧化劑通孔、在所述框架和所述通孔之間延伸以限定用于所述氧化劑的通道區(qū)域的多個(gè)構(gòu)件、從所述框架向外延伸的電接觸接線片；所述氧化劑分配器由非導(dǎo)電材料組成、或由導(dǎo)電和催化材料被應(yīng)用在兩側(cè)的非導(dǎo)電材料組成、或由催化材料被應(yīng)用在兩側(cè)的導(dǎo)電材料組成，因此作為氧化劑分配器和結(jié)構(gòu)支撐和相互電連接，或作為具有內(nèi)部氧化劑分配的正電極。
11.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，所述燃料分配器被布置在所述中央部的相對(duì)側(cè)上，并且包括具有交替地布置在其中的與所述固體電解質(zhì)框架的所述燃料和排放管道一致的燃料管道和排放管道的外框架、與固體電解質(zhì)通孔一致的燃料和氧化劑通孔、 在所述框架和所述通孔之間延伸以限定用于所述燃料的通道區(qū)域的多個(gè)構(gòu)件、從所述框架向外延伸的電接觸接線片；所述燃料分配器由非導(dǎo)電材料組成、或由在兩側(cè)應(yīng)用導(dǎo)電和催化材料的非導(dǎo)電材料組成、或由催化材料被應(yīng)用在兩側(cè)的導(dǎo)電材料組成，因此作為燃料分配器和結(jié)構(gòu)支撐以及相互電連接，或作為具有內(nèi)部燃料分配的負(fù)電極。
12.如權(quán)利要求10所述的燃料電池，其特征在于，具有電極或具有所述內(nèi)部氧化劑分配的所述正電極的所述氧化劑分配器由三個(gè)分離的部件組成，即，第一氧化劑板、和所述第一氧化劑板相同的第二氧化劑板、以及可操作地布置在所述第一氧化劑板和所述第二氧化劑板之間的氧化劑分配板，所述三個(gè)分離的部件被配置為結(jié)合在一起，以便形成模塊氧化劑分配器和電極組件或具有內(nèi)部氧化劑分配的模塊正電極組件。
13.如權(quán)利要求11所述的燃料電池，其特征在于，具有電極或具有內(nèi)部燃料分配的負(fù)電極的所述燃料分配器由三個(gè)分離的部件組成，即，第一燃料板、和所述第一燃料板相同的第二燃料板、以及可操作地布置在所述第一燃料板和所述第二燃料板之間的燃料分配板； 所述三個(gè)分離的部件被配置為在一起形成模塊燃料分配器和電極組件或具有內(nèi)部燃料分配的模塊負(fù)電極組件。
14.如權(quán)利要求10所述的燃料電池，其特征在于，具有電極或具有內(nèi)部氧化劑分配的正電極的所述氧化劑分配器包括在它兩側(cè)的接觸擱板，以便提供用于所述固體電解質(zhì)的替換的附接選擇。
15.如權(quán)利要求11所述的燃料電池，其特征在于，具有電極或具有內(nèi)部燃料分配的所述負(fù)電極的所述燃料分配器包括在它兩側(cè)的接觸擱板，以便提供用于所述固體電解質(zhì)的替換的附接。
16.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，所述固體電解質(zhì)、分配器及其組件被配置，以致一個(gè)電解質(zhì)的燃料側(cè)被布置為面對(duì)隨后的電解質(zhì)的燃料側(cè)，從而能夠使用一個(gè)共用的燃料分配器，并且進(jìn)一步，一個(gè)電解質(zhì)的所述氧化劑側(cè)被配置為面對(duì)隨后的電解質(zhì)的所述氧化劑側(cè)，從而能夠使用一個(gè)共用的氧化劑分配器，因而減少完整的燃料堆的大小和重量。
17.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，含有電極的導(dǎo)電部件及其部件組件結(jié)合外部可選和可連接的電接頭，向所述部件框架外延伸的所述外部可選和可連接的電接頭被定位并且被配置為總是唯一地識(shí)別負(fù)極和正極，并且與鄰接電池部件和電池的同樣的接觸接頭一致，從而能夠?qū)崿F(xiàn)朝向外部的直接的邊緣導(dǎo)電電流匯集，邊緣導(dǎo)電電流匯集消除具有合成熱量的、抵抗的、腐蝕的故障以及雙極隔板的內(nèi)部電池對(duì)電池的電接觸。
18.如權(quán)利要求16所述的燃料電池，其特征在于，共用的陽(yáng)極和陰極增壓以及外部可選和可連接的電流集接頭可以被配置為提供每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)電池的電連接性，從而有效地兼作有效堆區(qū)域，具有至少被配置為模塊可替代單元的雙電池構(gòu)件塊。
19.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述氧化劑和燃料分配器被配置為促進(jìn)用于期望的表面分布的流體流動(dòng)、燃料利用以及增加的排放流體量的排除，而沒有使用空氣壓縮機(jī)和燃料擴(kuò)張器。
20.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，燃料再循環(huán)回路被配置為充當(dāng)傳熱介質(zhì)，具有被用于排熱的過量陰極流。
21.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，非導(dǎo)電的密封和封閉構(gòu)件被布置在鄰接的燃料電池部件或燃料電池組件之間，并且基本上與鄰接的燃料電池部件或燃料電池組件一致，以獲得替換的電隔離和外殼。
22.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，在所有通道、外殼、通孔和外包層處的所述密封或封閉構(gòu)件與可壓縮形成的材料、粘合劑、化學(xué)粘合、共晶粘合或金屬粘合同時(shí)地實(shí)現(xiàn)。
23.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，所述分配器或電極通過壓模、燒結(jié)、澆注、模制、多層分層或刻蝕被形成，通過壓模皺折和孔、模制或澆注具有雜色和孔的板、燒結(jié)材料，工作區(qū)域被產(chǎn)生作為板的一部分，或它可以被留下開口 ；所述板由導(dǎo)電材料產(chǎn)生或由非導(dǎo)電材料產(chǎn)生，通過涂覆、印刷、電鍍或?yàn)R射將導(dǎo)電材料涂布到所述非導(dǎo)電材料；可以通過印刷、選擇性的涂覆、選擇性的電鍍，用于通過銅焊、共晶熔濕、板粘合的結(jié)合，可以預(yù)備其中所述部件被相互附接的表面。
24.一種制造燃料電池的方法，其特征在于(1)使固體電解質(zhì)、正電極和負(fù)電極基板通過印刷頭，在所述印刷頭中，正和負(fù)催化劑被印刷在上面；(2)使所述印刷的基板通過轉(zhuǎn)動(dòng)切割器，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)切割器處所述印刷的基板被切割為燃料電池大小并且通過傳送器被拾起；(3)在所述正和負(fù)電極之間放入所述電解質(zhì)；并且形成電池組件；(4)測(cè)試所述電池組件；和(5)在所述電池組件上組裝燃料分配器和燃料氧化劑以形成完整的燃料電池。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述固體電解質(zhì)和所述正和負(fù)電極從材料卷被展開。
全文摘要
可大批量生產(chǎn)的燃料電池具有電解質(zhì)、正電極和負(fù)電極部件，燃料電池結(jié)合構(gòu)造、外部電連接、內(nèi)部燃料供給通道、燃料分配通道、氧化劑供給通道、氧化劑分配通道、返回通道以及排放通道，以形成簡(jiǎn)單的組件，簡(jiǎn)單的組件可以被形成為堆。該燃料電池可以利用剛性的或者柔性的電解質(zhì)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102449830SQ200980159477
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者托倫斯·達(dá)菲, 查爾斯·辛普森, 瑪麗亞·辛普森 申請(qǐng)人:Fdi能源有限公司