專利名稱：燃料電池層、燃料電池系統(tǒng)和制造燃料電池層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池層、燃料電池系統(tǒng)和所述燃料電池層的制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及具有以平面 排列方式設(shè)置的膜電極組件的燃料電池層、包括所述燃料電池層的燃料電池系統(tǒng)和制造所述燃料電池層的方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是由氫和氧產(chǎn)生電流從而獲得高效發(fā)電的裝置。燃料電池的主要特點(diǎn)是其直接發(fā)電的能力，其不經(jīng)歷如常規(guī)發(fā)電中的熱能或動(dòng)能階段。這表現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)，如發(fā)電效率高但裝置規(guī)模小，減少氮化合物的排放，等，并且由于最小限度的噪音或振動(dòng)而非常環(huán)保。燃料電池能夠有效地利用其燃料中的化學(xué)能并且，同樣地，很環(huán)保。燃料電池因此被視為二十一世紀(jì)能源系統(tǒng)并已經(jīng)獲得關(guān)注，作為能夠用于多種應(yīng)用，包括空間應(yīng)用、汽車(chē)、移動(dòng)裝置、和大規(guī)模和小規(guī)模發(fā)電的有前景的發(fā)電系統(tǒng)。進(jìn)行了大量的技術(shù)努力，以開(kāi)發(fā)實(shí)用的燃料電池。具體地，聚合物電解質(zhì)燃料電池的特點(diǎn)是比其他類(lèi)型的燃料電池更低的操作溫度和更高的輸出密度。因此，近年來(lái)，聚合物電解質(zhì)燃料電池已經(jīng)作為用于移動(dòng)裝置諸如移動(dòng)電話、筆記本尺寸的個(gè)人電腦、PDA、MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、電子辭典或電子書(shū)的有前景的電源出現(xiàn)。作為用于移動(dòng)裝置的聚合物電解質(zhì)燃料電池公知的是平面燃料電池層，其中多個(gè)膜電極組件(單電池)排列在平面上。發(fā)明概述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供能夠減少制造平面燃料電池所需的材料數(shù)量的技術(shù)。解決問(wèn)題的方案本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及燃料電池層。所述燃料電池層包括以平面排列方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件，各個(gè)膜電極組件包括電解質(zhì)膜、安置在所述電解質(zhì)膜的一個(gè)表面上的陽(yáng)極催化劑層、和陰極催化劑層，該陰極催化劑層以其至少一部分與陽(yáng)極催化劑層相反設(shè)置這樣的方式被安置在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面上；和內(nèi)部連線，其將相鄰膜電極組件的一個(gè)中的陽(yáng)極催化劑層與所述相鄰膜電極組件的另一個(gè)中的陰極催化劑層電連接，其中所述內(nèi)部連線由構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層的材料和構(gòu)成陰極催化劑層的材料中的至少一種形成。在上述實(shí)施方案中，內(nèi)部連線可以與由與內(nèi)部連線相同材料制成的陽(yáng)極催化劑層一起整體形成；或可以與由與內(nèi)部連線相同材料制成的陰極催化劑層一起整體形成；或者內(nèi)部連線可以包括與陽(yáng)極催化劑層一起整體形成的部分和與陰極催化劑層一起整體形成的部分。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料電池層、陽(yáng)極外殼和陰極外殼。燃料電池系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在所述燃料電池層與所述陽(yáng)極外殼和陰極外殼之間的密封墊或密封層。陰極外殼可以包括空氣入口。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及用于制造燃料電池層的方法。該制造方法包括以下列這樣的方式形成以平面排列的方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件在電解質(zhì)膜的一個(gè)表面上形成多個(gè)陽(yáng)極催化劑層和在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面上形成多個(gè)陰極催化劑層同時(shí)或以隨機(jī)的順序進(jìn)行；和以下列這樣的方式形成被設(shè)計(jì)為將相鄰膜電極組件的一個(gè)中的陽(yáng)極催化劑層與相鄰膜電極組件的另一個(gè)中的陰極催化劑層彼此電連接的內(nèi)部連線通過(guò)形成陽(yáng)極催化劑層將用作陽(yáng)極催化劑層的材料部分地或完全地填充到用于分隔所述相鄰膜電極組件的電解質(zhì)膜的間隔中，或通過(guò)形成陰極催化劑層將用作陰極催化劑層的材料填充到所述間隔中，或以下列這樣的方式形成所述內(nèi)部連線通過(guò)形成陽(yáng)極催化劑層將用作陽(yáng)極催化劑層的材料填充到所述間隔中，并通過(guò)形成陰極催化劑層將用作該催化劑層的材料填充到所述間隔中。注意前述結(jié)構(gòu)成分等的任何任意的組合或重排均有效地作為和包括在本發(fā)明的實(shí)施方案中。附圖簡(jiǎn)述
現(xiàn)參考附圖，僅通過(guò)舉例描述實(shí)施方案，所述附圖意欲示范而非限制，并且其中相似元件在多幅圖中以相似的方式編號(hào)，其中圖I是示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的燃料電池層結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖2A是沿圖I的A-A線截取的燃料電池層的橫截面視圖；圖2B是示意性顯示圖2A中所示的內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖3A-3C是顯示用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖；圖4是電解質(zhì)膜的示意性透視圖；圖5A- 是顯示用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖；圖6A-6D是顯示用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖；圖7A是示意性顯示根據(jù)第一種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖7B是示意性顯示根據(jù)第二種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖7C是示意性顯示根據(jù)第三種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖7D是示意性顯示根據(jù)第四種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖；圖8A-8E是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案用于制造燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖；圖9A是示意性顯示用于制造根據(jù)第五種改進(jìn)的燃料電池層的方法中的第一基底的部分放大橫截面視圖；圖9B是示意性顯示用于制造根據(jù)第六種改進(jìn)的燃料電池層的方法中的第一基底的部分放大橫截面視圖；和


圖10A-10D是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案用于制造燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖。實(shí)施方案描述現(xiàn)將參考附圖描述實(shí)施方案。注意在所有附圖中，給予相同或相似的部件、零件和處理相同的參考編號(hào)并且適當(dāng)時(shí)，省略其重復(fù)描述。而且，本文中給出的實(shí)施方案僅為了舉例說(shuō)明的目的，且本實(shí)施方案中描述的全部特征及其組合并非本發(fā)明必需的。(第一實(shí)施方案)圖I示意性顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的燃料電池層的結(jié)構(gòu)的分解透視圖。圖2A是沿圖I的A-A線截取的燃料電池層的橫截面視圖。圖2B是顯示圖2A中所示的內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖。參考圖1，燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池層100、陰極外殼50和陽(yáng)極外殼52。在圖I的橫截面A-A處的燃料電池層100圖示在圖2A中。
燃料電池層100包括以平面排列方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件(MEAs) 120，和內(nèi)部連線130 (未顯示在圖I中)。各膜電極組件120包括電解質(zhì)膜122、安置在電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面上的陽(yáng)極催化劑層124，和陰極催化劑層126，其以其至少一部分與陽(yáng)極催化劑層124相反設(shè)置這樣的方式安置在電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面上。電解質(zhì)膜122，其可以在濕潤(rùn)條件下顯示優(yōu)秀的離子傳導(dǎo)率，起到在陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126之間傳遞質(zhì)子的離子交換膜的作用。電解質(zhì)膜122可以由固體聚合物材料諸如含氯聚合物或非氟聚合物形成?？梢杂糜陔娊赓|(zhì)膜122的材料可以是，例如，磺酸型全氟碳聚合物、聚砜樹(shù)脂、具有膦酸基團(tuán)或羧酸基團(tuán)的全氟碳聚合物，等。磺酸型全氟碳聚合物的實(shí)例是Nafion膜(由DuPont生產(chǎn)注冊(cè)商標(biāo))。而且,非氟聚合物的實(shí)例是磺化芳族聚醚醚酮、聚砜等。電解質(zhì)膜122的厚度可以是例如約10-200_。各膜電極組件120中的多個(gè)陽(yáng)極催化劑層124可以以彼此略微分離(如通過(guò)間隔
125所示)這樣的方式設(shè)置在電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面上。各膜電極組件120中的多個(gè)陰極催化劑層126可以以彼此略微分離(如通過(guò)間隔127所示)這樣的方式設(shè)置在電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面上。膜電極組件120 (單電池)由一對(duì)陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126以及電解質(zhì)膜122構(gòu)成，所述電解質(zhì)膜122保持在陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126之間。陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126可以以多種配置排列，條件是在相鄰單電池之間保持電間斷區(qū)域從而防止燃料電池層100電短路。這樣的配置的實(shí)例可以參見(jiàn)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2009/0162722,標(biāo)題為“Electrochemical cell assemblies includinga region of discontinuity (包括間斷區(qū)域的電化學(xué)電池組件)”,其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)參考整體引入本文。氫可以提供給陽(yáng)極催化劑層124，作為燃料氣體。盡管所述實(shí)施方案預(yù)期使用氫氣作為燃料，應(yīng)該理解可以使用任何其他合適的燃料，諸如，例如甲醇、甲酸、丁烷、或其他氫載體。空氣可以提供給陰極催化劑層126，作為氧化劑。各單電池或膜電極組件120通過(guò)燃料(例如氫)和空氣中的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力。陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126可以各自具有離子交換材料和催化劑粒子或碳粒子，其根據(jù)具體情況而定。陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126中包含的離子交換材料可以用于促進(jìn)催化劑粒子和電解質(zhì)膜122之間的粘附。該離子交換材料還可以起到在催化劑粒子和電解質(zhì)膜122之間傳遞質(zhì)子的作用。離子交換材料可以由與電解質(zhì)膜122相似的聚合物材料形成。催化劑金屬可以是單一元素或兩種或更多元素的合金，所述元素選自 Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、Os、Ir、鑭系元素和錒系元素。當(dāng)提供催化劑時(shí)，爐黑、乙炔黑、科琴黑(ketjen black)、碳納米管等可以用作碳粒子。陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126的厚度可以是，例如，約10-約40mm。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方案的燃料電池層100包括以平面排列方式形成的多個(gè)膜電極組件120，其由各對(duì)陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126以及電解質(zhì)膜122構(gòu)成，所述電解質(zhì)膜122置于陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126之間。如圖2A和2B中所示，內(nèi)部連線130是通過(guò)提供從一個(gè)膜電極組件120的陽(yáng)極催化劑層124至相鄰膜電極組件120的陰極催化劑層126的電路來(lái)電連接相鄰單電池或膜電極組件120的構(gòu)件。在相鄰膜電極組件120之間提供孔，并將其用于部分或完全分隔相鄰膜電極組件120的電解質(zhì)膜122。內(nèi)部連線130被安置使得其在所述孔中穿透電解質(zhì)膜122。根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池層100的電解質(zhì)膜122具有離散的通孔122a(也參見(jiàn)圖4)作為孔，并且內(nèi)部連線130被安置在通孔122a中。注意所述孔不僅可以通過(guò)用于部分分隔相·鄰膜電極組件120的電解質(zhì)膜122的通孔122a而實(shí)現(xiàn)，而且可以通過(guò)可以用于完全分隔相鄰膜電極組件120的狹縫和通過(guò)沿膜電極組件120的寬度方向延伸而實(shí)現(xiàn)。如果所述孔通過(guò)通孔122a實(shí)現(xiàn)，則燃料電池層100的強(qiáng)度可以比其中所述孔通過(guò)狹縫實(shí)現(xiàn)的情形中的強(qiáng)度得到更大的提高。而且，形成內(nèi)部連線130所需的材料的量可以減少。相鄰膜電極組件120可以通過(guò)內(nèi)部連線130串聯(lián)連接在一起。在本實(shí)施方案中，兩個(gè)相鄰膜電極組件120中一個(gè)的陽(yáng)極催化劑層124的末端延伸至內(nèi)部連線130，且其末端與內(nèi)部連線130的一個(gè)末端電連接。而且，其另一個(gè)的陰極催化劑層126的末端延伸至內(nèi)部連線130，并且其末端與內(nèi)部連線130的另一個(gè)末端電連接。內(nèi)部連線130的寬度可以是，例如，約30-300mm。內(nèi)部連線130由構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層124的材料和構(gòu)成陰極催化劑層126的材料中的至少一種形成。結(jié)果，與需要制備單獨(dú)的構(gòu)件諸如末端突出物作為常規(guī)平面燃料電池中的內(nèi)部連線的情形相比，制造燃料電池層100所需的材料數(shù)量可以減少。而且，內(nèi)部連線130可以與以下催化劑層一起整體形成由與所述內(nèi)部連線相同材料制成的陽(yáng)極催化劑層124或由與所述內(nèi)部連線130相同材料制成的陰極催化劑層126?；蛘撸瑑?nèi)部連線130可以包括與陽(yáng)極催化劑層124 —起整體形成的部分和與陰極催化劑層
126—起整體形成的部分。結(jié)果，所用的部件的數(shù)量與常規(guī)實(shí)踐相比可以減少。而且，內(nèi)部連線130和各催化劑層之間的接觸電阻與常規(guī)燃料電池中的接觸電阻相比，可以減小。在圖2B中所示的本實(shí)施方案中，內(nèi)部連線130包括構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層124的材料和構(gòu)成陰極催化劑層126的材料，且由與陽(yáng)極催化劑層124 —起整體形成的部分和與陰極催化劑層126 —起整體形成的部分構(gòu)建。更具體地，伸入通孔122a中的突部124a在陽(yáng)極催化劑層124的表面中形成且伸入通孔122a中的突部126a在陰極催化劑層126的表面中形成。突部124a的邊緣和突部126a的邊緣在通孔122中連接在一起，由此形成內(nèi)部連線130。突部124a和突部126a的高度可以是，例如，電解質(zhì)膜122寬度的約一半，且突部124a和突部126a之間的界面可以位于電解質(zhì)膜122寬度方向的接近中間處。在其他實(shí)施方案中，內(nèi)部連線130可以由在陽(yáng)極催化劑層124的表面中形成的突部124a或在陰極催化劑層126的表面中形成的突部126a形成。在這樣的實(shí)施方案中，突部124a或126a的邊緣可以延伸通過(guò)電解質(zhì)膜的整個(gè)寬度，且可以分別與陰極催化劑層126的表面或與陽(yáng)極催化劑層124的表面連接在一起，從而形成內(nèi)部連線130。而且，根據(jù)圖2B中所示的實(shí)施方案，當(dāng)在平面上觀察時(shí)，膜電極組件120b的陽(yáng)極催化劑層124和與膜電極組件120b相鄰設(shè)置的膜電極組件120a的陰極催化劑層126可以彼此部分重疊。在該實(shí)施方案中，內(nèi)部連線130被安置在膜電極組件120b的陽(yáng)極催化劑層124和膜電極組件120a的陰極催化劑層126彼此重疊的區(qū)域中。通過(guò)使用如上所述的結(jié)構(gòu)，通孔122a可以與陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126垂直來(lái)延伸，從而使通孔122a的長(zhǎng)度可以變得最短。結(jié)果，內(nèi)部連線130的長(zhǎng)度可以變得最短，且因此可以抑制內(nèi)部連線130中電阻的增加并且可以減少 形成內(nèi)部連線130所需催化劑材料的量。此外，居于燃料電池層100中的內(nèi)部連線130的延伸區(qū)域的面積可以變得更小。因此，如果根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10中的燃料電池層100的尺寸變得與常規(guī)燃料電池中所用的尺寸相等，則根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10中的電流產(chǎn)量可以通過(guò)增大發(fā)電區(qū)域的面積而提高。相反地，如果由根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10產(chǎn)生的電流變得與常規(guī)燃料電池系統(tǒng)相等，則根據(jù)本實(shí)施方案的平面燃料電池系統(tǒng)10可以變得緊湊且尺寸更小。例如，發(fā)電區(qū)域(即兩個(gè)密封層140之間的區(qū)域)和非發(fā)電區(qū)域(即由密封層140覆蓋的區(qū)域)的面積比可以是約7. 5 : I至約5 I。內(nèi)部連線130，其由構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層124的材料和構(gòu)成陰極催化劑層126的材料中的至少一種形成，具有多個(gè)細(xì)孔。結(jié)果，存在這樣的可能性，即可以發(fā)生所謂的交叉泄漏，其中氫，作為提供給陽(yáng)極催化劑層124的燃料，通過(guò)內(nèi)部連線130移動(dòng)到陰極催化劑層126偵牝而且空氣，作為提供給陰極催化劑層126的氧化劑，通過(guò)內(nèi)部連線130移動(dòng)到陽(yáng)極催化劑層124側(cè)。因此，用于阻斷燃料和氧化劑通過(guò)內(nèi)部連線130向另一催化劑側(cè)移動(dòng)的密封層140被安置在內(nèi)部連線130的附近。密封層140可以由可以阻斷氣流的材料，諸如樹(shù)脂形成。如果密封層140與相鄰膜電極組件120的催化劑層類(lèi)似地接觸，則密封層140必須是不導(dǎo)電的，從而防止燃料電池層100的短路。構(gòu)成密封層140的材料的實(shí)例可以包括氟化樹(shù)脂，諸如也用于電解質(zhì)膜122的Nafion (注冊(cè)商標(biāo))或Teflon (注冊(cè)商標(biāo))，等。密封層140可以如下形成可以將含有構(gòu)成密封層140的材料的溶液涂覆至包括其頂部的內(nèi)部連線130附近的陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126的表面。樹(shù)脂溶液滲透入內(nèi)部連線130和內(nèi)部連線130附近設(shè)置的陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126，由此形成密封層140。樹(shù)脂溶液的滲透是用密封材料填充構(gòu)成內(nèi)部連線130的材料的細(xì)孔，內(nèi)部連線130附近的陽(yáng)極催化劑層124的細(xì)孔和內(nèi)部連線130附近的陰極催化劑層126的細(xì)孔。通過(guò)使用如上所述的方法和結(jié)構(gòu)，可以防止通過(guò)內(nèi)部連線130發(fā)生的交叉泄漏。另外，密封層140可以被安置，以使其填充到相鄰陽(yáng)極催化劑層124之間的間隔125和相鄰陰極催化劑層126之間的間隔127中。通過(guò)密封層140來(lái)填充間隔125和間隔127可以防止由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水匯集在間隔125和127中。因此，如果根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10中的燃料電池層100的尺寸變得與常規(guī)燃料電池中使用的尺寸相等，則根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10中的電流產(chǎn)量可以通過(guò)增大發(fā)電區(qū)域的面積而提高。如果由根據(jù)本實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10產(chǎn)生的電流變得與常規(guī)燃料電池系統(tǒng)相等，則根據(jù)本實(shí)施方案的平面燃料電池層100可以變得緊湊且尺寸更小。
注意，在陽(yáng)極催化劑層124側(cè)上安置的密封層140延伸至與陰極催化劑層126的間隔127相反設(shè)置的區(qū)域。還注意，在陰極催化劑層126側(cè)上安置的密封層140延伸至與陽(yáng)極催化劑層124的間隔125相反設(shè)置的區(qū)域。以平面方式觀察時(shí)，通過(guò)間隔125和間隔127插入的區(qū)域可能不促進(jìn)發(fā)電。因此，在由此插入的區(qū)域內(nèi)形成密封層140可以防止相鄰電極之間的交叉泄漏和短路，同時(shí)不導(dǎo)致由各膜電極組件120產(chǎn)生的電流的下降。如圖I和圖2A中所示，陰極外殼50可以是與陰極催化劑層126相反設(shè)置的板狀構(gòu)件。陰極外殼50可以具有進(jìn)氣口 51用于由外部進(jìn)料空氣。在陰極外殼50和陰極催化劑層126之間可以形成氣室60，其中有空氣流動(dòng)。陽(yáng)極外殼52可以是與陽(yáng)極催化劑層124相反設(shè)置的板狀構(gòu)件。在陽(yáng)極外殼52和陽(yáng)極催化劑層124之間可以形成用于儲(chǔ)存燃料的燃料氣體室62。在陽(yáng)極外殼52中可以形成燃料供應(yīng)端口(未顯示)，從而使燃料可以如所需地由燃料筒等供應(yīng)。用于陰極外殼50和陽(yáng)極外殼52的材料可以是常用的塑料樹(shù)脂諸如苯酚樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù)脂、尿素樹(shù)脂或氟樹(shù)脂?！ぴ陔娊赓|(zhì)膜122外周和陽(yáng)極外殼52之間可以安置密封墊56。密封墊56的安置可以提高燃料氣體室62的密封性能并防止燃料泄漏。而且在電解質(zhì)膜122外周和陰極外殼50之間可以安置密封墊57。(燃料電池層的制造方法)現(xiàn)參考圖3A-3C、圖4、圖5A- 和圖6A-6D,描述用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的燃料電池層的方法。圖3A-3C、圖5A- 和圖6A-6D是顯示根據(jù)第一實(shí)施方案的燃料電池層的制造方法的過(guò)程圖，圖4是電解質(zhì)膜的示意性透視圖。如圖3A所示，可以制備電解質(zhì)膜122。因此，如圖3B中所示，可以對(duì)電解質(zhì)膜122圖案化，從而在預(yù)定位置處形成孔。例如，電解質(zhì)膜122使用激光L來(lái)照射，由此選擇性地去除電解質(zhì)膜122的一些區(qū)域。該過(guò)程可以導(dǎo)致在預(yù)定位置處形成通孔122a或狹縫(未顯示)，如圖3C和圖4中所示。在其他實(shí)施方案中，通孔122a可以通過(guò)機(jī)械沖壓、沖切或直接模制代替激光照射來(lái)形成。而且，通孔122a的數(shù)量、其尺寸等可以根據(jù)電解質(zhì)膜122的強(qiáng)度和連接相鄰膜電極組件120的內(nèi)部連線130的電阻來(lái)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。除如圖3A-3C中所示在電解質(zhì)膜122中形成通孔122a外，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123a還可以利用例如噴涂法涂覆于第一基底150的表面，如圖5A中所示。結(jié)果，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層可以在第一基底150的整個(gè)表面上形成。在一些實(shí)施方案中，第一基底150可以至少在其表面上經(jīng)歷氟加工處理。由此，如圖5C中所示，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層可以用例如激光L在預(yù)定位置處照射，由此選擇性地去除用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層。該過(guò)程導(dǎo)致在第一基底150表面上形成由間隔125分隔開(kāi)的多個(gè)用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層。注意，其他常規(guī)方法諸如絲網(wǎng)印刷法可以用于在第一基底150表面上形成用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層。因此，如圖6A中所示，可以放置其上已經(jīng)形成了用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層的第一基底150，從而使材料123的層設(shè)置在面對(duì)電解質(zhì)膜122 —個(gè)表面的位置處。而且，可以放置第二基底152，從而使用于陰極催化劑層的材料129的層設(shè)置在面對(duì)電解質(zhì)膜122另一個(gè)表面的位置處。于此，第二基底152具有由間隔127分隔開(kāi)的多個(gè)用于陰極催化劑層的材料129的層，且通過(guò)與當(dāng)在第一基底150上形成用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層時(shí)類(lèi)似地使用的方法形成。在第一基底150上形成的各間隔125和在第二基底152上形成的各間隔127可以這樣排列，以使得間隔125和間隔127在電解質(zhì)膜122的延伸方向上移位(而非排成直線)，而通孔122a置于間隔125和間隔127之間。因而，第一基底150和第二基底152可以通過(guò)壓床壓力接合于電解質(zhì)膜122。結(jié)果，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層和用于陰極催化劑層的材料129的層可以印刷到電解質(zhì)膜122上。在其他實(shí)施方案中，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層和用于陰極催化劑層的材 料129的層可以利用任意合適的方法直接設(shè)置在電解質(zhì)膜122上。結(jié)果，如圖6B中所示，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層轉(zhuǎn)移至電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面上，由此形成陽(yáng)極催化劑層124，而用于陰極催化劑層的材料129的層轉(zhuǎn)移至電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面上，由此形成陰極催化劑層126。而且，第一基底150可以壓力接合于電解質(zhì)膜122，由此用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層的一部分從電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面?zhèn)忍畛涞酵?22a中。已經(jīng)填充到通孔122a中的用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層的部分成為與陽(yáng)極催化劑層124—起整體形成的突部124a。而且，第二基底152可以壓力接合于電解質(zhì)膜122，由此用于陰極催化劑層的材料129的層的一部分從電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面?zhèn)忍畛涞酵?22a中。已經(jīng)填充到通孔122a中的用于陰極催化劑層的材料129的層的部分成為與陰極催化劑層126—起整體形成的突部126a。突部124a和突部126a在通孔122a中彼此接觸，由此形成內(nèi)部連線130。因此，如圖6C中所示，可以利用平版印刷法等在陰極催化劑層126上與密封層140的圖案對(duì)準(zhǔn)地選擇性形成掩模170。在這樣的實(shí)施方案中，含有構(gòu)成密封層140的樹(shù)脂的樹(shù)脂溶液140a可以填充到掩模170的開(kāi)口中，由此使樹(shù)脂溶液140a滲透到陰極催化劑層126中。類(lèi)似地，可以在陽(yáng)極催化劑層124上選擇性地形成掩模(未顯示)，樹(shù)脂溶液140a填充到該掩模的開(kāi)口中，由此使樹(shù)脂溶液140a滲透到陽(yáng)極催化劑層124中。應(yīng)該注意，樹(shù)脂溶液140a可以利用許多合適的方法來(lái)設(shè)置，例如，可以使用鏤花涂裝、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷。然后可以干燥和固化樹(shù)脂溶液140a。注意，樹(shù)脂溶液140a的涂覆量可以根據(jù)由于干燥和固化引起的體積減小來(lái)調(diào)節(jié)。在設(shè)置密封層后，可以去除掩模。結(jié)果，如圖6D中所示，形成密封層140，其被安置使得其填充在內(nèi)部連線130的細(xì)孔和包括其頂部的內(nèi)部連線130附近的陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126的細(xì)孔中。此外，可以如此安置密封層140，以使其填充在間隔125和127中。通過(guò)上述過(guò)程，制造根據(jù)第一實(shí)施方案的燃料電池層100。作為進(jìn)一步的步驟，在燃料電池層100的陽(yáng)極催化劑層124側(cè)經(jīng)由密封墊56安置陽(yáng)極外殼52和在其陰極催化劑層126側(cè)經(jīng)由密封墊57安置陰極外殼50容許制造燃料電池系統(tǒng)10。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方案的燃料電池層100包括以平面排列方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件120和內(nèi)部連線130。內(nèi)部連線130可以由構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層124的材料和構(gòu)成陰極催化劑層126的材料中至少一種形成。結(jié)果，與需要制備單獨(dú)的構(gòu)件諸如末端突出物作為常規(guī)平面燃料電池中的內(nèi)部連線的情形相比，制造燃料電池層100所需的材料數(shù)量可以減少。由此，可以減小燃料電池層100的制造成本。各內(nèi)部連線130可以通過(guò)將與陽(yáng)極催化劑層124—起整體形成的突部124a和與陰極催化劑層126 —起整體形成的突部126a連接在一起來(lái)構(gòu)建。結(jié)果，內(nèi)部連線130和各催化劑層之間的接觸電阻可以減小。而且，燃料電池層100中使用的部件數(shù)量可以減少，從而可以簡(jiǎn)化燃料電池層100的制造過(guò)程。電解質(zhì)膜122可以具有通孔122a，并在通孔122a中安置內(nèi)部連線130。結(jié)果，相鄰膜電極組件120之間設(shè)置的電解質(zhì)膜122的強(qiáng)度能夠得以維持。而且，形成內(nèi)部連線130所需的催化劑材料的量可以減少并因此限制制造成本的增加。(改進(jìn))其次，在下文中給出關(guān)于第一種至第四種改進(jìn)的描述，其中密封層140的形狀在根據(jù)第一實(shí)施方案的燃料電池層100中可以不同。圖7A是示意性顯示根據(jù)第一種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖。圖7B是示意性顯示根據(jù)第二種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖。圖7C是示意性顯示根據(jù)第三種改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖。圖7D是示意性顯示根據(jù)第四種·改進(jìn)的燃料電池層中內(nèi)部連線附近的部分放大橫截面視圖。(第一種改進(jìn))根據(jù)如圖7A中所示的第一種改進(jìn)，安置密封層140以使得密封層140填充在內(nèi)部連線130的細(xì)孔，包括其頂部的內(nèi)部連線130附近的陽(yáng)極催化劑層124的細(xì)孔和包括其頂部的內(nèi)部連線130附近的陰極催化劑層126的細(xì)孔中。而且，如此安置密封層140，以使其覆蓋面對(duì)相鄰陽(yáng)極催化劑層124之間的間隔125的側(cè)壁和面對(duì)相鄰陰極催化劑層126之間的間隔127的側(cè)壁。由密封層140覆蓋間隔125和127中的側(cè)壁可以防止相鄰催化劑層之間的短路。因此，與完全填充間隔125和127的情形相比，在仍可以防止相鄰催化劑層之間短路可能的同時(shí)，形成密封層140所需的材料量可以減少。(第二種改進(jìn))根據(jù)如圖7B中所示的第二種改進(jìn)，密封層140可以被安置在與內(nèi)部連線130末端相鄰設(shè)置的陰極催化劑層126中，由此覆蓋陰極催化劑層126側(cè)內(nèi)部連線130的該末端。例如，可以形成所述密封層140，由此樹(shù)脂溶液140a從陰極催化劑層126側(cè)滲透。如何安置密封層140不局限于本改進(jìn)的情形，其中如此安置密封層140，以使其填充在與內(nèi)部連線130末端相鄰設(shè)置的陰極催化劑層126的細(xì)孔中。交叉泄漏的發(fā)生可以得到阻止，條件是如此安置密封層140，以使其填充在內(nèi)部連線130內(nèi)的一部分細(xì)孔和與內(nèi)部連線130另一末端相鄰設(shè)置的陽(yáng)極催化劑層124的細(xì)孔的至少之一中。換言之，如果如此安置密封層140，以使得阻斷容許燃料或氧化劑流動(dòng)的通道，就足夠了。(第三種改進(jìn))根據(jù)如圖7C中所示的第三種改進(jìn)，密封層140在陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126的表面中形成，同時(shí)密封層140不滲透到陽(yáng)極催化劑層124、內(nèi)部連線130和陰極催化劑層126中。在該情形中，在保持內(nèi)部連線130附近電導(dǎo)率的同時(shí)可以防止交叉泄漏的發(fā)生。根據(jù)本改進(jìn)的密封層140可以通過(guò)增大樹(shù)脂溶液140a的粘度來(lái)形成。(第四種改進(jìn))根據(jù)如圖7D中所示的第四種改進(jìn)，密封層140由片狀密封材料形成，并且安置在內(nèi)部連線130上的陽(yáng)極催化劑層124和內(nèi)部連線130上的陰極催化劑層126的表面。在該情形中，同樣地，可以抑制交叉泄漏的發(fā)生。如此安置密封層140，以使其還覆蓋間隔125和127。該結(jié)構(gòu)防止發(fā)電生成的水進(jìn)入間隔125和127并防止相鄰催化劑層之間的短路。如果，如同第三種改進(jìn)和第四種改進(jìn)，密封層140不在內(nèi)部連線130或催化劑層中形成，而在一個(gè)催化劑層或多個(gè)催化劑層的表面中形成，則僅需要如此安置密封層140，以使其覆蓋陽(yáng)極催化劑層124的表面和陰極催化劑層126的表面中至少一個(gè)的其中當(dāng)以平面方式觀察時(shí)與內(nèi)部連線130重疊的區(qū)域。(第二實(shí)施方案)在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的燃料電池層100的制造方法中，用于制造燃料電池層100的第一基底150和第二基底152的形狀可以與第一實(shí)施方案中使用的不同。注意，燃料電池系統(tǒng)10和燃料電池層100的最終結(jié)構(gòu)及其制造過(guò)程與第一實(shí)施方案中描述的那些基本相同。對(duì)與第一實(shí)施方案的那些相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件給予相同的參考編號(hào)，并且在適當(dāng) 時(shí)省略其描述。
圖8A-8E是顯示根據(jù)第二實(shí)施方案用于制造燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖。如圖gA中所示，在第二實(shí)施方案中使用在其表面上具有突出部分150a的第一基底150。當(dāng)?shù)谝换?50壓力接合于電解質(zhì)膜122時(shí)，安置突出部分150a的位置可以設(shè)置成與通孔122a相對(duì)。用于陽(yáng)極催化劑層的材料123a可以利用例如噴涂法涂覆于其中安置突出部分150a的第一基底150的表面處。結(jié)果，如圖8B中所示，在第一基底150的整個(gè)表面上可以形成用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層。結(jié)果，在突出部分150a上安置的用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層的部分可以突出高于它的其他部分。由此，如圖SC中所示，例如，激光L照射在陽(yáng)極催化劑層124的其中將形成間隔125的制備區(qū)域上，由此選擇性去除用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層。如圖8D中所示，該過(guò)程導(dǎo)致在第一基底150的表面上形成由間隔125分隔的多個(gè)用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層。由此，如圖SE中所示，放置在其上已經(jīng)形成用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層的第一基底150，以使得材料123的層設(shè)置在面對(duì)電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面的位置處。而且，類(lèi)似于用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層，在其上已經(jīng)形成用于陰極催化劑層的材料129的層的具有突出部分152a的第二基底152被放置，以使得用于陰極催化劑層的材料129的層可以設(shè)置在面對(duì)電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面的位置處。因而，第一基底150和第二基底152可以通過(guò)壓床壓力接合于電解質(zhì)膜122。結(jié)果，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123的層和用于陰極催化劑層的材料129的層可以印在電解質(zhì)膜122上。在下文中，利用與第一實(shí)施方案中使用的相似的方法形成燃料電池層100。根據(jù)如上所述的第二實(shí)施方案，催化劑層可以通過(guò)利用在對(duì)應(yīng)于通孔122a的位置處具有突出部分的基底而壓力接合于電解質(zhì)膜122。因此，部分催化劑層可以更可靠地進(jìn)入通孔122a中。結(jié)果，內(nèi)部連線130可以在通孔122a中緊密地形成，其間沒(méi)有間隔。SP，可以最大化內(nèi)部連線130的橫截面積。而且，進(jìn)入通孔122a中的突部124a與突部126a的壓力接合可以得到確保。由此，相鄰膜電極組件120可以更可靠地電連接?；?50和第二基底152中至少一個(gè)具有突出部分可能是可接受的。然而，如果基底150和第二基底152二者具有突出部分，則相鄰膜電極組件120可以更可靠地電連接。
(改進(jìn))以下第五種和第六種改進(jìn)是對(duì)第二實(shí)施方案的改進(jìn)，其顯示還有第一基底150和第二基底152的其他形狀。圖9A是示意性顯示用于制造根據(jù)第五種改進(jìn)的燃料電池層的方法中的第一基底的部分分解橫截面視圖。圖9B是示意性顯示用于制造根據(jù)第六種改進(jìn)的燃料電池層的方法中的第一基底的部分分解橫截面視圖。注意，圖9A和9B僅圖示制造燃料電池層100的方法的一部分。(第五種改進(jìn))根據(jù)如圖9A中所示的第五種改進(jìn)，通過(guò)在第一基底150的表面中放置片狀密封層形成材料140b，在第一基底150的表面中形成突出部分。在這樣情形中，當(dāng)?shù)谝换?50壓力接合于電解質(zhì)膜122時(shí)(見(jiàn)圖6A)，密封層140可以與形成陽(yáng)極催化劑層124和突部124a同時(shí)形成(見(jiàn)圖6B-6D)。結(jié)果，燃料電池層100制造工序的數(shù)量(見(jiàn)圖6D) 可以減少。注意，第二基底152的形狀(見(jiàn)圖6A)可以與第一基底150的形狀相似。(第六種改進(jìn))根據(jù)如圖9B中所示的第五種改進(jìn)，在第一基底150的表面中形成凹進(jìn)部分150b，且作為密封層形成材料的樹(shù)脂溶液140a填充入凹進(jìn)部分150b中，由此在第一基底150中形成突出部分。在該情形中，同樣地，類(lèi)似于第五種改進(jìn)，密封層140可以與形成陽(yáng)極催化劑層124和突部124a同時(shí)形成(見(jiàn)圖6B-6D)。結(jié)果，燃料電池層100制造工序的數(shù)量(見(jiàn)圖6D)可以減少。注意，第二基底152的形狀(見(jiàn)圖6A)可以與第一基底150的形狀相似。在一些實(shí)施方案中，樹(shù)脂溶液140a可以具有一定的高粘度。(第三實(shí)施方案)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的燃料電池層100制造方法與第一實(shí)施方案中的制造方法不同。下文中給出第三實(shí)施方案的描述。注意，燃料電池系統(tǒng)10和燃料電池層100的結(jié)構(gòu)可以與第一實(shí)施方案中所述的那些基本相同。對(duì)與第一實(shí)施方案的那些相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件給予相同的參考編號(hào)，并且在適當(dāng)時(shí)省略其描述。圖10A-10D是顯示根據(jù)第三實(shí)施方案用于制造燃料電池層的方法過(guò)程的橫截面視圖。如圖IOA中所示，用于陽(yáng)極催化劑層的材料123a可以利用例如噴涂法涂覆于其中形成通孔122a的電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面處。類(lèi)似地，用于陰極催化劑層的材料可以涂覆于電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面。因此，如圖IOB中所示，陽(yáng)極催化劑層124可以在電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面的整個(gè)表面上形成，且陰極催化劑層126在其另一個(gè)表面的整個(gè)表面上形成。由于，在第三實(shí)施方案中，可以在可以涂覆用于陰極催化劑層的材料之前涂覆用于陽(yáng)極催化劑層的材料123a，所以僅用于陽(yáng)極催化劑層的材料123a填充入通孔122a中，由此形成內(nèi)部連線130。因而，如圖IOC中所示，可以使用例如激光L在預(yù)定位置處照射陰極催化劑層126，由此選擇性去除陰極催化劑層126。類(lèi)似地，可以選擇性去除陽(yáng)極催化劑層124。如圖IOD中所示，該過(guò)程導(dǎo)致在電解質(zhì)膜122的一個(gè)表面上形成由間隔125分隔的多個(gè)陽(yáng)極催化劑層124。該過(guò)程還導(dǎo)致在電解質(zhì)膜122的另一個(gè)表面上形成由間隔127分隔的多個(gè)陰極催化劑層126。結(jié)果，形成以平面排列方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件120。在下文中，可以利用與第一實(shí)施方案中使用的相似的方法形成燃料電池層100。
通過(guò)使用根據(jù)本實(shí)施方案的制造方法形成的燃料電池層100獲得與第一實(shí)施方案相同的有益效果。盡管，在本實(shí)施方案中，形成間隔125和127比在基底上形成的用于催化劑層的材料的層中形成間隔125和127更難，燃料電池層100的制造過(guò)程可以得到簡(jiǎn)化，因?yàn)榭梢詼p少制造所需的設(shè)備數(shù)量。而且，由于催化劑層不通過(guò)壓床壓力接合于電解質(zhì)膜122，所以損壞電解質(zhì)膜122的風(fēng)險(xiǎn)可以顯著降低。本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施方案和改進(jìn)，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解基于他們的知識(shí)可以進(jìn)一步作出多種改進(jìn)，諸如設(shè)計(jì)的改變，并且附加這些改進(jìn)的實(shí)施方案也屬于本發(fā)明的范圍。例如，在上述第一和第二實(shí)施方案中，陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126可以同時(shí)壓力接合于電解質(zhì)膜122，從而通過(guò)突部124a和突部126a形成內(nèi)部連線130。代替地，內(nèi)部連線130可以如下形成。即陽(yáng)極催化劑層124，例如，首先壓力接合于電解質(zhì)膜122，并且構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層124的材料填充入通孔122a中。然后，陰極催化劑層126壓力接合于電解質(zhì)膜122。結(jié)果，由單獨(dú)的突部124a構(gòu)成的內(nèi)部連線130可以與陽(yáng)極催化劑層124 —起整體形成。類(lèi)似地，單獨(dú)的突部126a構(gòu)成的內(nèi)部連線130可以與陰極催化劑層126—起 整體形成。而且，在陽(yáng)極催化劑層124和陰極催化劑層126中可以各自安置集電器(未顯示)O在以上的詳細(xì)說(shuō)明中，不同的特征可以集合在一起，以組織發(fā)明內(nèi)容。這不應(yīng)該被解釋為意指未要求的公開(kāi)的內(nèi)容對(duì)任何權(quán)利要求是必需的。相反，本發(fā)明的主題可以存在少于具體公開(kāi)的實(shí)施方案的全部特征。因此，以下權(quán)利要求由此結(jié)合在詳細(xì)說(shuō)明中，各權(quán)利要求作為單獨(dú)的實(shí)施方案代表其本身。本發(fā)明的范圍應(yīng)該參考所附權(quán)利要求以及與這些權(quán)利要求授權(quán)的等價(jià)物的完整范圍來(lái)確定。提供摘要從而容許讀者迅速確定技術(shù)內(nèi)容的特性。在理解其不用于解釋或限制權(quán)利要求范圍或含義的條件下，提交摘要。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池層，其包括 多個(gè)膜電極組件，其以平面排列的方式設(shè)置，各個(gè)膜電極組件包括電解質(zhì)膜、安置在所述電解質(zhì)膜的一個(gè)表面上的陽(yáng)極催化劑層、和陰極催化劑層，該陰極催化劑層以其至少一部分與陽(yáng)極催化劑層相反設(shè)置這樣的方式被安置在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面上；和 內(nèi)部連線，其將所述相鄰膜電極組件的一個(gè)中的陽(yáng)極催化劑層與所述相鄰膜電極組件的另一個(gè)中的陰極催化劑層電連接， 其中所述內(nèi)部連線由構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層的材料和構(gòu)成陰極催化劑層的材料中的至少一種形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的燃料電池層，其中所述內(nèi)部連線與以下催化劑層一起整體形成由與所述內(nèi)部連線相同的材料制成的陽(yáng)極催化劑層，或由與所述內(nèi)部連線相同的材料制成的陰極催化劑層； 或者所述內(nèi)部連線包括與所述陽(yáng)極催化劑層一起整體形成的部分，以及與所述陰極催化劑層一起整體形成的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2的燃料電池層，其中所述多個(gè)膜電極組件以平面排列的方式設(shè)置，使得各個(gè)膜電極組件中的各個(gè)陽(yáng)極催化劑層在所述電解質(zhì)膜的一個(gè)表面上彼此分隔開(kāi)，且各個(gè)膜電極組件中的各個(gè)陰極催化劑層在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面上彼此分隔開(kāi)， 其中所述電解質(zhì)膜具有從其一個(gè)表面延伸至其另一個(gè)表面的通孔，且 其中所述內(nèi)部連線被安置在所述通孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)的燃料電池層，其中當(dāng)以平面方式觀察時(shí)，相鄰膜電極組件的一個(gè)中的陽(yáng)極催化劑層和相鄰膜電極組件的另一個(gè)中的陰極催化劑層彼此部分重疊，且 其中所述內(nèi)部連線被安置在其中所述相鄰膜電極組件中的陽(yáng)極催化劑層和所述相鄰膜電極組件的另一個(gè)中的陰極催化劑層彼此重疊的區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)的燃料電池層，其還包括密封層，所述密封層用于阻斷燃料和氧化劑從一個(gè)催化劑層通過(guò)所述內(nèi)部連線轉(zhuǎn)移至另一個(gè)催化劑層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料電池層，其中所述密封層是以使下列細(xì)孔中的至少一種被所述密封層填充這樣的方式安置的構(gòu)成所述內(nèi)部連線的材料的細(xì)孔、與所述內(nèi)部連線的一個(gè)末端相鄰的陽(yáng)極催化劑層的細(xì)孔、以及與所述內(nèi)部連線的另一個(gè)末端相鄰的陰極催化劑層的細(xì)孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料電池層，其中所述密封層是以在下述這樣的區(qū)域內(nèi)覆蓋陽(yáng)極催化劑層和陰極催化劑層中的至少一個(gè)的表面這樣的方式安置的，在所述區(qū)域中，當(dāng)以平面方式觀察時(shí)，陽(yáng)極催化劑層和陰極催化劑層中的所述至少一個(gè)的表面與所述內(nèi)部連線重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7的燃料電池層，其中所述密封層是以覆蓋面對(duì)相鄰催化劑層之間的間隔的催化劑層側(cè)壁這樣的方式安置的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)的燃料電池層，其中所述密封層是以填充相鄰催化劑層之間的空間這樣的方式安置的。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求9中任一項(xiàng)的燃料電池層； 與陰極催化劑層相鄰設(shè)置的陰極外殼；和 與陽(yáng)極催化劑層相鄰設(shè)置的陽(yáng)極外殼。
11.一種用于制造燃料電池層的方法，所述方法包括 以下列這樣的方式形成以平面排列的方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件在電解質(zhì)膜的一個(gè)表面上形成多個(gè)陽(yáng)極催化劑層和在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面上形成多個(gè)陰極催化劑層同時(shí)或以隨機(jī)的順序進(jìn)行；和 以下列這樣的方式形成被設(shè)計(jì)為將相鄰膜電極組件的一個(gè)中的陽(yáng)極催化劑層與相鄰膜電極組件的另一個(gè)中的陰極催化劑層彼此電連接的內(nèi)部連線通過(guò)形成陽(yáng)極催化劑層將用作陽(yáng)極催化劑層的材料部分地或完全地填充到用于分隔所述相鄰膜電極組件的電解質(zhì)膜的間隔中，或通過(guò)形成陰極催化劑層將用作陰極催化劑層的材料填充到所述間隔中， 或以下列這樣的方式形成所述內(nèi)部連線通過(guò)形成陽(yáng)極催化劑層將用作陽(yáng)極催化劑層的材料填充到所述間隔中，并通過(guò)形成陰極催化劑層將用作該催化劑層的材料填充到所述間隔中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用于制造燃料電池層的方法，其中將其上層疊用作陽(yáng)極催化劑層的材料的第一基底設(shè)置在面對(duì)所述電解質(zhì)膜的一個(gè)表面的位置處， 其中將其上層疊用作陰極催化劑層的材料的第二基底設(shè)置在面對(duì)所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面的位置處，且 其中通過(guò)將第一基底和第二基底壓力接合到所述電解質(zhì)膜上，在所述電解質(zhì)膜的所述一個(gè)表面上形成陽(yáng)極催化劑層且在所述電解質(zhì)膜的所述另一個(gè)表面上形成陰極催化劑層，且 通過(guò)將所述用作陽(yáng)極催化劑層的材料和所述用作陰極催化劑層的材料中的至少一種經(jīng)由壓力接合而填充到所述間隔中，形成所述內(nèi)部連線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的用于制造燃料電池層的方法，其中第一基底和第二基底中的至少一個(gè)在對(duì)應(yīng)于所述間隔的表面區(qū)域中具有突出部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的用于制造燃料電池層的方法，其中所述突出部分通過(guò)在基底表面上層疊密封層形成材料而形成。
全文摘要
燃料電池層包括以平面陣列排列方式設(shè)置的多個(gè)膜電極組件和用于電連接相鄰膜電極組件中一個(gè)的陽(yáng)極催化劑層與相鄰膜電極組件中另一個(gè)的陰極催化劑層的內(nèi)部連線。各膜電極組件包括電解質(zhì)膜、安置在所述電解質(zhì)膜的一個(gè)表面上的陽(yáng)極催化劑層、和陰極催化劑層，該陰極催化劑層以其至少一部分與該陽(yáng)極催化劑層相反設(shè)置這樣的方式被安置在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)表面上。所述內(nèi)部連線由構(gòu)成陽(yáng)極催化劑層的材料和構(gòu)成陰極催化劑層的材料中的至少一種形成。
文檔編號(hào)H01M8/10GK102906919SQ20118001597
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者井村真一郎, 杰里米·舒滕, 杰勒德·F·麥克萊恩, 讓-路易斯·阿柯尼斯, 馬丁·拉克魯瓦 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社, 法商Bic公司