專利名稱：包括串聯(lián)連接的多個單元電池的燃料電池及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括多個相鄰的單元電池的燃料電池以及制造這種燃料電池的方法。
背景技術：
通常，單一燃料電池，即燃料電池包括由電極-隔膜-電極(或者EME)組件以及集電器形成的單個單元電池，其輸送的電壓不足以用于便攜式裝置的領域。實際上，在一些可能將燃料電池作為能源的應用中會要求高電壓，例如，大于幾個伏特的電壓。為此，必須使用包括串聯(lián)連接的多個單元電池的燃料電池。
單元電池普遍在彼此串聯(lián)連接前分開生產(chǎn)。在平坦支撐物上以薄層形式制造的燃料電池(該電池也稱為平面電池)的情況下，EME組件通常分開生產(chǎn)在平坦支撐物上，逐個切下，然后彼此串聯(lián)連接。這樣的制造方法耗時長，并且要求有附加的集電器焊接或堆疊在組件的陽極和陰極上，以能串聯(lián)連接電池。
在文章“微制造的燃料電池”(ElectrochimicaActa 48 (2003) 2869-2877)中，J.S.Wainright等人提出了一種燃料電池，其包括多個串聯(lián)連接的電池，該電池形成在鉆有溝道的鋁上設置的多孔尼龍膜上。陽極集電器通過墨水印刷沉積而形成。此外，非多孔絕緣的聚合物材料密封物設置在陽極集電器之間，然后制造電池的其余部分。電池的串聯(lián)連接通過印刷導電墨水而實現(xiàn)。然而，在該方案中，電解質(zhì)隔膜在潮濕環(huán)境(100%RH)下膨脹且從基板剝離。然而，該剝離會導致電池的泄漏和停用。隔膜的弱機械強度一方面與絕緣密封物和陽極集電器之間的接觸不良相關，由此產(chǎn)生間隔，另一方面與電解質(zhì)隔膜在絕緣密封物上的粘合力很低相關。
專利US5863672描述了能人為提高單元電壓的不同燃料電池的幾何形狀。如圖1所示，這樣的電池I由彼此相鄰設置的數(shù)個單元電池2形成。每個電池2包括設置在陽極3和陰極4的組件之間的電解質(zhì)隔膜5。電池2由電絕緣區(qū)域6彼此分隔，并且由導電連接部分7彼此電連接。連接部分7的每一個包括中央?yún)^(qū)域8，中央?yún)^(qū)域8包括第一面8a和第二面8b，分別由第一層9和第二層10覆蓋，第一層9和第二層10的每一個包括一個端部，該端部分別與第一電池的陽極3和相鄰于所述第一電池的電池的陰極4接觸。然而，這樣的電池(特別是連接部分7)難以實施，特別是難以在小尺寸上實施。它還需要在數(shù)個其它元件(例如設置在組件的每一側上的外部集電器和氣體分布板)之間組裝由串聯(lián)連接的電池形成的組件的步驟。因此，緊密性問題仍然存在。
在專利申請EP-A-1515387中，燃料電池包括為數(shù)個相鄰的串聯(lián)連接的電池所共用的固體電解質(zhì)隔膜。電池的串聯(lián)連接借助于垂直連接元件實現(xiàn)，垂直連接元件將電池的集電器連接到相鄰電池的集電器。這些連接元件設置在共用的固體電解質(zhì)隔膜中設置的通孔的中心上。密封物還設置在每個通孔的頂部上以覆蓋將對應的連接元件和隔膜分開的上部空隙。
在沒有切割和粘結所述電池的情況下，所有當前用于串聯(lián)連接的單元電池的方案都面臨機械強度的問題:
-在電解質(zhì)隔膜剝離的層級，-或者在EME組件處且特別是在為了與高功率密度相兼容而具有過高的最小厚度的隔膜的層級。此外，對于給定的電池表面，該電池表面由一組單元電池所占據(jù)的表面(“活性表面”)和絕緣區(qū)域和/或?qū)щ妳^(qū)域所占據(jù)的表面(“非活性區(qū)域”)所共享。然而，在上面給出的方案中，“活性區(qū)域”的部分相對小，并且該部分遠小于電池數(shù)，這證明與目的是給便攜式裝置的提供電力的應用并不兼容。專利申請EP-A-2061114提出了燃料電池的簡化制造方法，該燃料電池包括由它們的集電器串聯(lián)連接的多個單元電池。因此，如圖2所示，設計為將電池的第一(例如陽極)集電器12a與相鄰電池2b的第二 (例如陰極)集電器13b串聯(lián)連接的連接元件11設置在兩個相鄰的電池2a和2b之間。連接元件11從電池2a的第一集電器12a垂直延伸，并且連接到電池2b的第二集電器13b。連接元件11還與兩個相鄰電池2a和2b的每個電解質(zhì)隔膜5a和5b接觸，并且在制作所述電解質(zhì)隔膜5a和5b之前，由與多孔基板14上設置的集電器12a和12b的成分相同的導電材料制造。而且，連接元件11的厚度有益地大于每個電解質(zhì)隔膜5a和5b，這提高了與電池2b的第二集電器13b的電接觸連接。圖2中的參考標記3a和3b表不電池2a和2b的各自的第一電極(例如陽極),并且圖2中的參考標記4a和4b表示電池2a和2b的各自的第二電極(例如陰極)。盡管專利申請EP-A-2061114能簡化串聯(lián)連接單元電池的制造，但是用于沉積電解質(zhì)聚合物材料的當前技術，例如，濺射、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷，不能在連接元件之間進行快速且均質(zhì)的局部沉積。而且，互連區(qū)域，對應于專利申請EP-A2061114中包括連接元件11的區(qū)域，在由于用于形成電解質(zhì)隔膜5a和5b的電解質(zhì)聚合物材料與水相互作用的能力大而會經(jīng)歷尺寸變化時，承受高的機械應力，這可導致電接觸的剝離和破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供彌補現(xiàn)有技術缺陷的燃料電池。更特別地，本發(fā)明的目的是提供包括串聯(lián)連接的多個相鄰的單元電池的燃料電池，使其實施便利，并且在所述電池運行期間對于可能發(fā)生的電解質(zhì)隔膜的體積變化不太敏感。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過所附權利要求實現(xiàn)。


通過下面對本發(fā)明特定實施例的描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將更加明顯易懂，本發(fā)明的特定實施例僅以非限定示例的目的給出，并且示出在所附的附圖中，其中:圖1和2表示根據(jù)現(xiàn)有技術的燃料電池；圖3示意性地且以截面圖的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的特定實施例的電池；圖4示意性地且以截面圖的方式示出了圖3的互連區(qū)域的放大圖；圖5至7示出了根據(jù)圖3的特定實施例的燃料電池的不同形成步驟；圖8表示經(jīng)過和沒經(jīng)過等離子體處理的_~4丨1011 型聚合物材料的FTIR光譜。
具體實施方式
在特定的實施例中，燃料電池包括通過連接元件串聯(lián)連接的多個相鄰的單元電池。電池有益地為平面燃料電池。設置在支撐物14上的兩個相鄰單元電池2a和2b表示在圖3中。支撐物14有益地為多孔的，并且具有優(yōu)選為平坦的頂面14a和底面14b。多孔的支撐物14例如由多孔材料形成。多孔的支撐物14也可由其中鉆有溝道的非多孔材料形成。而且，多孔材料的孔隙度或非多孔材料中鉆出的溝道的尺寸足以能使燃料電池中流動的流體擴散，且特別是使燃料流體擴散。支撐物14還可有益地僅設置在電極之下。另外，支撐物14為電絕緣的，并且有益地具有在0.1mm和2_之間的厚度。例如，支撐物14由選自陶瓷、聚合物、硅和碳化硅的材料形成。兩個電池具有在圖3中的各自的參考標記2a和2b，電池2a是設在圖3中左側的電池(也稱為第一電池)，電池2b設置在圖3中的右側(也稱為第二電池)。此外，在一般情況下，在下面的描述中，后面帶字母“a”的參考標記應用于構成圖3中電池2a的元件，而后面帶字母“b”的參考標記應用于構成電池2b的元件。為了清楚起見，當描述應用于兩個電池2a和2b中的任何一個且應用于其構成元件時，將省略標記“a”和“b”。因此，為了示例的目的，電池2a和2b以及任一附加的電池均可表示為2。每個單元電池2通過順序堆疊以下部件而形成:-第一組件，由第一集電器12和諸如陽極的第一電極3形成，-由電解質(zhì)聚合物材料形成的電解質(zhì)隔膜5并且因此有益地是固態(tài)形式且有益地具有在IOiim和500 iim之間的厚度，更優(yōu)選在25 y m和IOOiim之間，以及-第二組件，由諸如陰極的第二電極4和第二集電器13形成。單元電池由圖3中的ZI標示的所謂互連區(qū)域彼此分隔?；ミB區(qū)域具有可變的寬度，例如，從一個實施例到另一個實施例，寬度在I Pm和Icm之間變化，并且優(yōu)選在0.5mm和IOmm之間變化。為了實現(xiàn)電池2a的第一組件到相鄰電池2b的第二組件的電連接，在這些區(qū)域中特別設置了一些部件，更具體而言，是為了電池2a的第一集電器12a到相鄰電池2b的第二集電器13b的電連接。這些部件是特定的連接元件11，優(yōu)選地由與形成電池的第一和/或第二集電器相同的導電材料形成。位于互連區(qū)域ZI中的設計用于連接的每個連接元件11與兩個相鄰電池2的各自的電解質(zhì)隔膜5分隔。因此，與專利申請EP-A-2061114中描述的燃料電池不同，連接元件從不與電解質(zhì)隔膜直接接觸。此外，兩個相鄰電池2的電解質(zhì)隔膜5有益地由不同的元件形成。對于兩個電池的一個(圖3中的電池2a)，連接元件11通過空隙而與電解質(zhì)隔膜5a分隔，而對于另一個電池(圖3中的電池2b)，連接元件11通過薄阻擋層15而與電解質(zhì)隔膜5b分隔，其中薄阻擋層15設計為用作電池工作時所述隔膜5b體積變化的緩沖區(qū)域。因此，電池2a的電解質(zhì)隔膜5a在其總厚度ep上具有一側壁，該側壁與連接元件11限定了空隙E，而薄阻擋層15在電解質(zhì)隔膜5b的總厚度ep上，與連接元件11以及相鄰電池2b的電解質(zhì)隔膜5b直接接觸。特別是，薄阻擋層15由聚合物材料形成，該聚合物材料的吸水能力低于構成電池2b的電解質(zhì)隔膜5b的聚合物材料的吸水能力。該材料的吸水能力通過特別測量所關注材料的樣品的水質(zhì)量的增加而評估。電解質(zhì)隔膜的聚合物材料的吸水能力和薄阻擋層的聚合物材料的吸水能力之間的比率有益地為嚴格大于2，并且甚至更有益地為大于10。在有益的實施方式中，薄阻擋層15甚至可由與形成電解質(zhì)隔膜5b相同的聚合物材料形成。在此情況下，為了形成薄阻擋層，用等離子體選擇性的且至少表層的處理使電解質(zhì)隔膜所具有的親水功能團減退。在此情況下，吸水能力在形成隔膜和薄阻擋層的層厚度上可以是漸進的。聚合物材料的親水功能團有益地選自_S03、-COOH和-PO (OH) 2基。
被設計用于連接的連接元件相對于電池的各電解質(zhì)隔膜的這種分隔能保護連接元件不受隔膜體積變化的影響，從而保持兩個相鄰電極之間的電連接。
在圖3所示的實施例和圖4所示的放大圖中，位于互連區(qū)域中的連接元件11由電池2a的第一集電器12a水平延伸的第一部分11-1、自身延伸的傾斜的第二部分11-2形成，該第二部分11-2的端部與電池2b的第二集電器13b接觸。而且，在逆時針方向上從連接元件11的第二部分11-2到電池2a的第一集電器12a以及連接元件11的第一部分11_1的主平面P形成的傾斜角β在有益方式中為鈍角，更特別的是不同于90°。它優(yōu)選大于或等于135°，并且有益地大于或等于170°。因此，連接元件11的第二部分11-2優(yōu)選不垂直于主平面P的事實進一步增強了燃料電池對于電解質(zhì)隔膜體積變化時的堅固性。
在圖3中，連接元件11的第二部分11-2靠在薄阻擋層15上，該薄阻擋層15設置在電池2b的電解質(zhì)隔膜5b的外部部分16上。因此，電解質(zhì)隔膜5b不僅位于電池2b的兩個電極3b和4b之間，而且部分地延伸進入互連區(qū)域ZI中。該外部部分16靠在多孔的支撐物14的頂面14a上，并且有益地包括直角三角形形式的截面，在圖3的剖面中，該直角三角形的斜邊與薄阻擋層15接觸。圖3中，薄阻擋層15進一步有利地在相同剖面中自身具有三角形截面。
特別是用于形成電解質(zhì)隔膜5b的該外部部分16和薄阻擋層15的制造方法決定了連接元件11的第二部分11-2相對于集電器12a和13b的各自的主平面(對應于水平面P)的傾斜。
因此，這樣的燃料電池避開了電池工作時由聚合物材料制造的電解質(zhì)隔膜的體積變化的問題。一方面，用空隙分隔連接元件11與電解質(zhì)隔膜5a，另一方面，在連接元件與電解質(zhì)隔膜5b之間設有薄阻擋層，空隙和薄阻擋層實際上能使兩個相鄰電池之間的連接部件經(jīng)歷的機械應力減弱。這由此能使電池減小對由聚合物材料制造的電解質(zhì)隔膜的體積變化的敏感。
這樣的燃料電池還具有易于制造的優(yōu)點。實際上，能這樣生產(chǎn)每個電池的電解質(zhì)隔膜:在支撐物上形成電解質(zhì)聚合物材料的連續(xù)單一薄層，然后至少部分地去除互連區(qū)域中沉積的聚合物材料。這避免了電解質(zhì)聚合物體材料的局部沉積中無法實現(xiàn)均質(zhì)沉積的沉積條件。此外，一方面的空隙和另一方面的阻擋層也易于制造。在至少局部去除互連區(qū)域ZI中沉積的電解質(zhì)材料期間形成空隙。此外，薄阻擋層對于其一部分可優(yōu)選采用相同的處理裝置在去除期間或恰在其后制造，其中使用相同的處理裝置便于電池的實施且更快。
圖5至7示出了圖3的燃料電池的特定實施例的不同步驟。電解質(zhì)聚合物材料的連續(xù)薄層17沉積在支撐物14的整個頂面14a上。電解質(zhì)聚合物材料例如為具有親水功能團的聚合物，例如，包括磺酸基的氟化共聚物，例如由DuPont銷售的Nafion _i|合物。連續(xù)薄層17例如由沉積技術形成，例如，涂鍍、濺射或等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。
更具體而言，所沉積的連續(xù)薄層17覆蓋每個電池2預先形成在支撐物14的頂面14a上的第一組件(12和3)以及分隔所述電池2a和2b的空置區(qū)域(設計為形成互連區(qū)域ZI的區(qū)域)。一旦沉積了連續(xù)薄層17，則去除電解質(zhì)聚合物材料的沉積在互連區(qū)域ZI中的部分，以便限定每個電池的電解質(zhì)隔膜并且形成設計為分隔其中一個電池2a的隔膜5a和連接元件11的空隙(或通孔)。特別地且如圖6所示，每個互連區(qū)域ZI中的去除可為局部去除，通過等離子體處理的選擇性蝕刻而實現(xiàn)(圖6中的箭頭F)，以便限定電解質(zhì)隔膜5a和5b，其中在所述互連區(qū)域ZI中形成一空隙。需更特別地對空隙的形成進行控制，以便在互連區(qū)域ZI的邊緣處形成所述空隙，從而使所形成的電解質(zhì)隔膜5a的側壁與相應的第一集電器12a的側壁以及陽極3a的側壁對齊。這可進一步保證電解質(zhì)聚合物材料的所謂非去除部分的部分。該非去除部分具有有益的直角三角形形式的截面，該非去除部分是設置在電池2b的第一組件12b和3b上的電解質(zhì)隔膜5b的延伸部分。在連續(xù)薄層17中執(zhí)行蝕刻，具有直角三角形截面的非去除部分不僅可保留用于電池2b，也可保留用于電池2a。那么，設置在電池2a所在的一側上的非去除部分是位于電池2a的第一組件12a和3a上的電解質(zhì)隔膜5的延伸部分。在圖5至7中，薄阻擋層15在執(zhí)行電解質(zhì)聚合物材料的局部去除同時制造。在此情況下，等離子體處理不僅能去除一部分電解質(zhì)聚合物材料以形成空隙且限定隔膜5a和5b，而且能同時至少在表面上削弱非去除部分的聚合物材料的親水功能團。這可通過蝕刻在非去除部分中形成至少一個淺薄層，該淺薄層用以形成薄阻擋層15且靠在電解質(zhì)隔膜5b的剩余非削弱部分(外部部分16)上。能進行電解質(zhì)聚合物材料的蝕刻和化學修改二者的等離子體處理步驟有益地在具有并聯(lián)電極的反應器中進行。反應氣體由噴射器注入，該反應氣體在低頻(400kHz)和射頻(13.56Mhz)之間的頻率范圍內(nèi)極化。電容放電的功率優(yōu)選在I瓦特和1000瓦特之間。壓力有益地在0.0lmbar和Iatm之間。該壓力進一步優(yōu)選包括0.1mbar和Imbar之間。反應氣體還選自気、氧、水、H202、N02或這些氣體的混合物。等離子體處理時間優(yōu)選在一秒和I小時之間。處理時間優(yōu)選在10分鐘和30分鐘之間。此外，能實現(xiàn)對形成薄阻擋層15的材料進行化學修改和蝕刻的參數(shù)是蝕刻時間和/或氧在等離子體中的比例:這些參數(shù)增加的越多，直到蝕刻時的化學修改越大。然后，每個電池的陰極和第二集電器形成在電解質(zhì)隔膜上，連接元件11形成在阻擋層15上和互連區(qū)域中。連接元件的沉積例如通過陰極濺射諸如Cu、Au、N1、Ti和Pt的金屬的真空沉積操作而實現(xiàn)。沉積也可通過沉積諸如硅酮、環(huán)氧樹脂或丙烯酸類導電膠的有機導電材料而實現(xiàn)。為了示例的目的，例如將通過冷涂鍍制造的厚度為26 u m+/-4 y m的Nafion 的連續(xù)薄層沉積硅基板上，其中在該硅基板上事先形成有由空白區(qū)域分隔的第一組件。第一組件由陽極集電器和陽極形成，其中陽極集電器由厚度為500nm的金制造，陽極由鉬碳墨水形成，厚度為I U m。然后，Nafion 的連續(xù)薄層通過等離子體處理操作進行處理，這能在單一操作中使Nafion 在預定區(qū)域中局部去除，并且進一步形成薄阻擋層15 (通過對表面的化學結構的修改)。所采用的等離子體是低頻等離子體，其中水蒸氣流量為IOsccm且氦流量為150sccm。具有并聯(lián)電極的等離子體處理封閉物中的壓力為0.25mbar,并且功率固定在300瓦特。電極之間的距離固定在20mm，并且處理時間固定在13分鐘。此外，只要求保護的區(qū)域借助于厚度為500 μ m的不銹鋼罩機械地罩住，而:Nation 的連續(xù)薄層要處理的區(qū)域沒有罩住。更具體而言，要處理的區(qū)域?qū)谖挥诨ミB區(qū)域中的區(qū)域，只要求保護的區(qū)域?qū)谖挥陉枠O上的區(qū)域。
圖8分別呈現(xiàn)了為了形成薄阻擋層在等離子體處理之前(曲線I)和之后(曲線2)的Nafion電解質(zhì)材料的FTIR光譜。峰值的修改體現(xiàn)了材料化學微結構的修改。與_S_0鍵相比，觀察到在等離子體處理后，-C-F鍵的比例有很大提高。因此，該材料在等離子體處理后吸收的水較少且變形較小。在當前情況下，觀察到等離子體處理后有2%的變形，而不是20%的變形。
一旦已制造了薄阻擋層，則在電解質(zhì)隔膜上制作例如厚度為Iym的、由鉬碳墨水形成的陰極，且用第二集電器覆蓋該陰極，還制造了連接元件。
盡管圖3中僅示出由連接元件11連接的兩個相鄰電池，但是根據(jù)本發(fā)明的電池可包括多于兩個的相鄰電池。特別是，電池2a的第一集電器可延伸出一附加的連接元件(圖3中沒有示出)以將第二電池Ilb的第一集電器16b與相鄰的附加電池的第二集電器相連接(圖3中沒有示出)?？商娲兀绻诙姵?b位于端部單元電池之間，即其中一個電池位于形成單元電池鏈的其中一端，那么第二電池2b也可連接至燃料電池的兩個終端之一。在此情況下，附加連接元件稱為端部連接元件。同樣，第一電池2a的第二集電器13a可借助于另一個連接元件連接到另一個相鄰電池(圖3中沒有示出)的第一集電器。如果第一電池Ila是其中一個端部單元電池，則第二集電器13a可選擇性地連接到電池的另一終端。
薄阻擋層15的形成還可不在通過用等離子體選擇性地且至少淺層地處理第一聚合物材料的非去除部分而去除電解質(zhì)聚合物材料期間實現(xiàn)，而是在其后實現(xiàn)。
權利要求
1.一種燃料電池，包括多個相鄰的單元電池(2、2a、2b)，每一個單元電池順序包括: 由集電器(12、12a、12b)和電極(3、3a、3b)形成的第一組件， 由第一聚合物材料(5、5a、5b)形成的電解質(zhì)隔膜，以及 由集電器(13、13a、13b)和電極(4、4a、4b)形成的第二組件， 所述單元電池由分別設在兩個相鄰電池(2、2a、2b)之間的連接元件(11)串聯(lián)連接，以將電池(2a)的該第一組件連接到相鄰電池(2b)的第二組件，其特征在于: 電池(2a)的該電解質(zhì)隔膜(5a)具有一側壁，該側壁與該連接元件(11)在該電解質(zhì)膈膜(5a)的總厚度上限定一空隙，以及 由吸水能力低于第一聚合物材料的第二聚合物材料形成的薄阻擋層(15)插設在連接元件(11)和該相鄰電池(2b)的該電解質(zhì)隔膜(5b)之間且在該相鄰電池(2b)的該電解質(zhì)膈膜(5b)的總厚度上與該連接元件(11)和該相鄰電池(2b)的該電解質(zhì)隔膜(5b)直接接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池，其特征在于，每個連接元件(11)包括延伸電池(2a)的該第一組件的該集電器(12、 12a、12b)的第一部分(11_1)和連接到該相鄰電池(2b)的該第二組件的該集電器(13、13a、13b)的第二部分(11_2)，從該連接元件(11)的該第二部分(11-2)到該連接元件(11)的該第一部分(11-1)在逆時針方向上形成的傾斜角(β )是鈍角。
3.根據(jù)權利要求2所述的電池，其特征在于，該傾斜角(β)大于或等于135°，并且有益地大于或等于170°。
4.根據(jù)權利要求1至3任何一項所述的電池，其特征在于，該兩個相鄰的電池由互連區(qū)域(ZI)分隔，在該互連區(qū)域(ZI)中設有通過下面形成的順序堆疊: 該相鄰電池(2b)的該電解質(zhì)隔膜(5b)的外部部分(16)， 該薄阻擋層(15)，以及 在電池(2a)的該第一集電器(12、12a、12b)和該相鄰電池(2b)的第二集電器(13、13a、13b)之間的該連接元件(11)。
5.根據(jù)權利要求4所述的電池，其特征在于，該相鄰電池(2b)的該電解質(zhì)隔膜(5b)的該外部部分(16)具有直角三角形的截面，該直角三角形的斜邊與在相同剖面中自身具有三角形截面的該薄阻擋層(15 )接觸。
6.根據(jù)權利要求1至5任何一項所述的電池，其特征在于，該第一聚合物材料包括親水功能團，并且該第二聚合物材料由與該第一聚合物材料相同的聚合物形成，該親水功能團在該第二聚合物材料中至少部分地被削弱。
7.根據(jù)權利要求6所述的電池，其特征在于，該親水功能團選自-S03、-COOH和-PO(OH)2 基。
8.—種制造根據(jù)權利要求1至7任何一項的燃料電池的方法，包括: 在支撐物(14)上形成由空白區(qū)域彼此分隔的該單元電池(2、2a、2b)的該第一組件，該空白區(qū)域設計為在兩個相鄰的單元電池(2、2a、2b)之間形成互連區(qū)域(ZI)， 在單元電池(2、2a、2b)的該第一組件上形成該單元電池(2、2a、2b)的該電解質(zhì)隔膜(5、5a、5b), 在該單元電池(2、2a、2b)的該電解質(zhì)隔膜(5、5a、5b)上形成第二組件，以及在兩個相鄰的電池(2、2a、2b )之間的所述互連區(qū)域(ZI)中制造該連接元件(11)， 其特征在于，該電解質(zhì)隔膜(5、5a、5b)這樣形成:在該支撐物(14)上形成由第一聚合物材料制造的、覆蓋該第一組件和該互連區(qū)域(ZI)的連續(xù)薄層(17)，然后至少部分地去除沉積在該互連區(qū)域(ZI)中的該第一聚合物材料，以便形成空隙；并且該方法包括在該互連區(qū)域(ZI)中形成由第二聚合物材料制造的薄阻擋層(15)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，去除該互連區(qū)域(ZI)中的該第一聚合物材料是通過采用等離子體的選擇性蝕刻操作來部分去除所述第一聚合物材料。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，在部分去除該互連區(qū)域(ZI)中的該第一聚合物材料后，通過在該互連區(qū)域(ZI)中用等離子體選擇性地且至少淺層地處理該第一聚合物材料的非去除部分而形成該薄阻擋層(15)。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，在部分去除該互連區(qū)域(ZI)中的第一聚合物材料的 同時，通過等離子體處理形成該薄阻擋層(15)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，相鄰的單元電池(2a、2b)由連接元件(11)串聯(lián)連接，每一個單元電池設置在互連區(qū)域(ZI)中。連接元件(11)由兩個相鄰的電池(2a、2b)的各電解質(zhì)隔膜(5a、5b)分隔，由此來實現(xiàn)連接。因此，所述連接元件從不與所述電解質(zhì)隔膜接觸。對于兩個電池(2a)中的一個，連接元件(11)通過空隙而與電解質(zhì)隔膜(5a)分隔，而對于另一個電池(2b)，連接元件(11)通過薄阻擋層(15)而與電解質(zhì)隔膜(5b)分隔，薄阻擋層(15)設計為當電池運行時用作所述隔膜(5b)的體積變化的緩沖區(qū)域。薄阻擋層(15)由聚合物材料形成，該聚合物材料的吸水能力低于構成電池(2b)的電解質(zhì)隔膜(5b)的聚合物材料的吸水能力。
文檔編號H01M8/02GK103155250SQ201180037046
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者J.希里, D.伯特利, V.福徹克思 申請人:原子能和代替能源委員會