專利名稱：：膜電化學電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電化學電池或電池組件，包括兩個端板(7)，金屬或金屬合金制成的雙極性板(1)，透氣金屬分布器(2)，金屬電流集電體(3)，設(shè)有用于供給氣體反應(yīng)物、及釋放過量反應(yīng)物并冷凝的通道的墊片框架(4)，一組氣體擴散電極(5)，離子交換膜(6)，其中所述導電體在沒有隔離峰的電極表面上提供高度分布的分段接觸面并且具有無凹凸不平的極光滑表面，同時多孔、可滲透氣流。燃料電池是一電化學裝置，在該裝置中從燃料(例如氫或其混合物)與助燃物(例如純氧、空氣、氯氣或溴)結(jié)合中產(chǎn)生的反應(yīng)能的自由能沒有完全轉(zhuǎn)換成熱能而是以持續(xù)電流的形式轉(zhuǎn)變成電能。燃料供給具有負極性的陽極，而助燃物供給具有正極性的陰極。在最普通的燃料電池，也就是供給氫和氧或含氫和氧的混合物的電池中，產(chǎn)生的電能在高效率和低或沒有環(huán)境污染(沒有有毒排放和噪聲)方面引起極大關(guān)注。參照分開陽極和陰極室的電解質(zhì)類型并按工作溫度范圍可把燃料電池示意地分類。此分類直接考慮這些系統(tǒng)的確定或設(shè)想使用。特別是，也由于高熱狀態(tài)能夠利用廢熱發(fā)電這有益的可能，在高溫即高于200下工作的燃料電池將是大型電廠中電流的替代電源。反之，在低溫范圍(25～200℃)中，日益增加的關(guān)注集中在固體聚合物電解質(zhì)燃料電池，該電池一側(cè)供給氫(純的或者從其母體催化轉(zhuǎn)換來的混合物)而另一側(cè)供給純氧或更好供給空氣。這些系統(tǒng)提供象快迅啟動、峰值功率輸出、在寬功率輸出范圍中的高電效率這樣的許多優(yōu)點。因此，固體聚合物電解質(zhì)燃料電池最理想的應(yīng)用是家庭發(fā)電、小型DC發(fā)電機、從化學和電化學裝置中的副產(chǎn)物氫的高效再生、電動汽車。最典型的固體聚合物電解質(zhì)是離子交換膜，其特征在于H+離子傳送的高效率，換句話說，高的離子傳導率。已研究此種電解質(zhì)作為現(xiàn)有酸或堿溶液(例如磷酸或氫氧化鉀)的替換物來解決與使用液體電解質(zhì)相關(guān)的問題，雖然液體電解質(zhì)嵌入多孔基質(zhì)，但也嚴重受限于兩室間的瞬時壓力不平衡。而且，這些電解質(zhì)是腐蝕性的，要求使用極昂貴材料。然而，考慮到在酸性環(huán)境中在低溫工作燃料電池中所用的氣體擴散電極，使用聚合物膜作電解質(zhì)存在問題，正如US專利No.4,647,359中所描述。至于電流傳遞，在一側(cè)支持此過程的電荷載體是電子，而在另一側(cè)正如前面所述是H+離子，實際上在電極和電解質(zhì)之間的界面是不連續(xù)區(qū)域。因此最重要的是使三態(tài)接觸點最大，同時考慮-催化顆粒活化電極，在電極處電子消耗和質(zhì)子產(chǎn)生或者反之亦然的兩個半反應(yīng)發(fā)生，電極又直接接觸支承面，確保電子導電率；-確保獲得所述半反應(yīng)所必需的氣體反應(yīng)物供給的疏水通道；-用作離子傳送裝置的電解質(zhì)。通過熱壓電極在離子交換膜上來試圖解決此問題，正如美國專利No.3,134,697所述。另一解決方法是建議在使電極與電解質(zhì)面接之前緊密接觸催化顆粒與質(zhì)子導體，正如美國專利No.4,876,115所述。使電極-膜組件具有所希望特性的這兩種方法的組合不能完全滿足工業(yè)應(yīng)用。特別是，熱壓兩電極在固體聚合物電解質(zhì)上不能自動化，所以是相當昂貴的方法，這是由于對每個電極-膜組件必須進行足夠時間的熱壓以獲得元件間的緊密接觸，典型地熱壓幾分鐘；此方法必須在高于100℃的溫度和相對濕度100％時進行，以防止工業(yè)用或文獻中描述的任何膜的不可逆損壞。而且，元件的高成本使經(jīng)常出現(xiàn)在批量生產(chǎn)中的任何報廢難以接受。在這些制造過程中，一些參數(shù)(時間、溫度、壓力、相對濕度)必須仔細控制在嚴格的容限內(nèi)。而且，在熱循環(huán)和相對濕度變化下聚合物膜發(fā)生嚴重膨脹，而電極不膨脹。在膜膨脹方面的這種不同特性在界面處產(chǎn)生危險的內(nèi)應(yīng)力，會損壞熱壓樣品。因此，樣品裝配在電池中后必須保持在嚴格控制的環(huán)境下，因此增加了此方法已有的高成本。實質(zhì)上妨礙固體聚合物電解質(zhì)燃料電池工業(yè)應(yīng)用的這些缺陷已在美國專利No.5,482,792描述的電池中得到部分緩減。此電池包括一電極-膜組件，在排列不同元件之后，一旦組裝好，通過導電集電體在電池本身內(nèi)對電極-膜組件進行熱壓，該集電體具有提供高分布電接觸表面的剩余變形能力并分布兩電極上的緊固壓力在許多接觸點上。然而，此解決方法還有一些仍未解決的基本問題，本發(fā)明試圖克服之。特別是應(yīng)當注意，只有通過增加本系統(tǒng)的效率和電流密度，同時降低有用元件(膜和電極)的成本才能獲得產(chǎn)業(yè)上的成功。因此，工業(yè)意義的燃料電池必須裝備極大降低厚度、市場上已有售的膜，以便使它們的電阻(從而在相同比功率的效率以及每單位重量和體積的電流密度)和每單位活性表面積使用的聚合物數(shù)量(因此，每單位功率的聚合物成本)減至最小。而且，真正商業(yè)興趣的系統(tǒng)必須使用高度利用催化劑的電極，基本不同于美國專利No.5,482,792中所描述的。實際上這些電極包括象碳布或石墨紙這樣的保護機械支承物，它外加了附加的電阻性損失，不能高度利用催化劑。因為集電體具有可能損壞薄膜的危險凸出端部，在美國專利No.5,482,792描述的電池中沒有保護支承物不能使用創(chuàng)新的元件。特別要求這些端部的范圍以便與可鈍化金屬制成的雙極性板有效電接觸。而且，主要由石墨或?qū)щ娞贾瞥善浞腔钚员砻娴碾姌O的使用，不僅要求接觸是盡可能非局部的，而且要求均勻分布，以防止由于電極表面上太大范圍的電流而引起的電阻性損失，該電極表面具有相當好的導電性，但不能與例如金屬相比。美國專利No.5,482,792中所描述的集電體不能提供高級性能所要求的足夠均勻性。本發(fā)明目的是提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷、由至少一個氣室構(gòu)成的膜電化學電池的新設(shè)計，例如聚合物燃料電池。特別是，本發(fā)明涉及單個電化學電池或由金屬雙極板隔開的電串聯(lián)電化學電池組，該電池裝有用作電解質(zhì)的離子交換膜和兩個電極，其中至少一個電極是氣體擴散型。在具有與氣體擴散電極作用的氣相的室中，與電極表面接觸的電流集電體和氣流的金屬導電分布器雖然相互接觸，但是分開且有差別的，以提供電的不間斷性。在一些優(yōu)選實施例中，集電體由孔的初始直徑在0.05和5mm之間、初始厚度約2mm的網(wǎng)狀金屬材料制成，該網(wǎng)狀金屬材料商業(yè)上通稱泡沫金屬并如圖2所示，它經(jīng)受足夠壓力以壓扁在材料中原來存在的全部三維網(wǎng)格。最終產(chǎn)品具有在0.1和0.5mm之間的基本恒定厚度，沒有任何剩余變形能力并且呈現(xiàn)沒有任何凸起的極光滑表面，孔隙率為約50％。集電體的最終形狀如圖3所示。在另一實施例中，集電體由基本光滑、厚度在0.1和0.3mm之間且孔隙率為約50％的金屬絲網(wǎng)制成。在這兩種情況下，集電體的材料屬于由不銹鋼、高合金鋼、耐蝕耐高溫鎳基合金、鎳、鎳-鉻、涂覆導電氧化物的鈦、貴金屬構(gòu)成的組。在一些實施例中，氣體分布器由網(wǎng)狀金屬，也就是上述的海綿金屬構(gòu)成，它不經(jīng)過任何機械方法壓扁，因此具有剩余變形能力特性和具有能夠滲透在金屬雙極板上形成的氧化物層的峰和凸起的表面。在另一些實施例中，分布器由孔隙對角線在1和10mm之間的網(wǎng)狀或未壓扁的多孔金屬網(wǎng)制成。在所有情況下，分布器具有在1和5mm之間的厚度并且由不銹鋼、高合金鋼、鎳及其合金、銅及其合金構(gòu)成組中選擇的材料制成。另一實施例中，分布器可由未壓扁型的網(wǎng)狀或膨脹薄板制成，以保證在雙極板上的足夠接觸壓力并同時形成用于供給氣體、放出產(chǎn)生的水和冷凝的通道?，F(xiàn)在參照照片和附圖描述本發(fā)明，其中相同數(shù)字用于表示相同元件。圖1是本發(fā)明電化學電池的簡圖；圖2是網(wǎng)狀材料的放大照片，表示未壓扁的、用作氣體分布器的海綿金屬；圖3是在完成壓扁三維網(wǎng)絡(luò)時用作電流集電體的相同材料的放大照片；圖4是本發(fā)明燃料電池組的示意圖。參照圖1，本發(fā)明電池包括兩個雙極板(1)，一對分布器(2)，一對電流集電體(3)，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、釋放過量反應(yīng)物并冷凝的通道的一對墊片框架(4)，一對氣體擴散電極(5)，離子交換膜(6)。另一方面，電池可包括兩個雙極性板(1)，與任一個電流集電體(3)耦合的任一個分布器(2)、和一個氣體擴散電極(5)，對于第一實施例，它們?nèi)垦b配在膜(6)的同一側(cè)上；電池還包括一對墊片(4)和在膜(6)另一側(cè)上的電解半電池的任何結(jié)構(gòu)，在圖中未示出。圖2表示由所謂發(fā)泡金屬，也就是金屬網(wǎng)狀材料制成的氣體分布器的細節(jié)，該材料的網(wǎng)絡(luò)可有緊密或疏松的幾何形狀，在材料的表面上尖峰以統(tǒng)計學上的均勻分布凸起，在電池緊固后在通常作用的在5和25kg/cm2之間的壓力下它能破壞在雙極性板(1)上形成的氧化表面層，雙極性板(1)通常由象鋁、鈦及其合金、或不銹鋼這樣的可鈍化金屬構(gòu)成。網(wǎng)狀材料具有足夠的變形能力和彈性以遵守雙極性板的可能凹凸不平，具有可忽略的與雙極性的接觸電阻，足夠的熱導率以擴散產(chǎn)生的熱，反應(yīng)物縱向流動的低歐姆降，以及好的透水性以便能容易釋放陰極半反應(yīng)產(chǎn)生的水。圖3的照片表示具有圖2相同結(jié)構(gòu)的電流集電體的細節(jié)，但是對它進行了機械加工，該機械加工是施加正交壓力在壓在兩個優(yōu)選平板之間的集電體板上，從而使三維結(jié)構(gòu)破壞，獲得具有恒定厚度的多孔薄板。由此獲得的集電體厚度在很大程序上不是取決于機械加工期間作用的壓力，而僅取決于形成材料的纖維的幾何特性。由此獲得的集電體具有允許反應(yīng)物流動的明顯的剩余孔隙率，具有使由接觸的分布不再在單個點上而是沿有限部分的基本平的表面。總表面積比圖2未壓扁的材料高至少一個數(shù)量級。因此，即使膜很薄，通過施加通常的緊固負載，作用在電極各點上的壓力也不足以穿孔和破壞膜，當電極不用支承布、氈或石墨或碳紙保護，而由很薄沉積物或甚至催化顆粒直接金屬化(活化)的膜構(gòu)成時也如此。當通過壓扁預先設(shè)置在三維網(wǎng)絡(luò)上的一定數(shù)目的層來獲得最終產(chǎn)品時，最終孔隙率很窄并且避免分布器2的尖峰穿透。分布器的接觸是通過點而非片段，分布器是膨脹網(wǎng)或薄片，其孔隙率是相當有限的，至于使用分布器(2)作集電體所發(fā)生的，除了保護膜的完整性外，因為產(chǎn)品使電極板上電場必須跟從的路徑最小，它極大地改進了電極側(cè)上的電接觸。在另一實施例中，集電體可是很細的絲網(wǎng)，最好由輥壓整平，孔隙率接近單一并且在任何情況下比網(wǎng)狀物高許多。絲網(wǎng)也能適應(yīng)電極表面的可能凹凸不平。圖4表示層疊式燃料電池的布置，端板(7)連接到提取由層疊電池產(chǎn)生的電流的外部電源電路。本發(fā)明將借助一些例子進一步示意說明，然而并不想限制本發(fā)明于此。例子1電串聯(lián)連接的6個燃料電池根據(jù)圖4示意表示的簡圖以層疊方式組裝。每個電池包括一對雙極性板(圖4中的1)，一對氣體分布器(2)，一對電流集電體(3)，設(shè)有用于供給氣體反應(yīng)物、釋放過量反應(yīng)物和冷凝的通道的一對墊片(4)，一對氣體擴散電極(5)，一離子交換膜(6)，以及與提取產(chǎn)生的電流的外電路相連的兩端板(7)。測試期間保持常數(shù)的總工作條件如下·電極、氣體分布器、和電流集電體的尺寸20cm×20cm·膜Nafion112，美國DuPontdeNemours提供，厚度約0.06mm·電極從墨中獲得的薄膜，該墨含有-與膜相同的聚合物制成的水-酒精懸浮液，美國SolutionTechnology的產(chǎn)品，商品名稱為NafionSolution5-基于支承在碳上的鉑的電催化粉末-Teflon30N的水懸浮液，美國DuPontdeNemours的商品由此獲得的涂料(墨)直接涂刷在膜的兩面上直到獲得2g/m2的鉑填料·膜的活性面積20cm×20cm·呈框架形狀的墊片，框架具有內(nèi)尺寸為20cm×20cm和外尺寸為25cm×25cm，厚1.6mm，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、釋放過量反應(yīng)物并冷凝的通道。構(gòu)造材料Hytrel，美國DuPontdeNemours商品·Anticorodal100TA16(意大利標準)鋁合金制成的雙極性板，具有30cm×30cm的外部尺寸和提供風冷卻的葉片，雙極性板通過5mm厚商品鋼板加工而獲得·在絕對壓力350000Pa，在80℃的外部容器中預增濕，流速1.5倍于反應(yīng)的化學當量下供給陽極室(負極)純氫·在絕對壓力400000Pa，在80℃的外部容器中預增濕下供給陰極室(正極)提純的合成空氣·平均電池溫度70℃·總電流密度8000A/m2活性面積·總工作時間400小時每個電池裝備有如下可供選擇的元件A.由圖2的網(wǎng)狀三維材料制成的氣體分布器，由平均孔徑約0.2mm、厚1.3mm的50-50鉻-鎳合金制成。此類材料從商品名稱發(fā)泡金屬的不同供應(yīng)商獲得B.由總厚1.3mm、未整平AISI304不銹鋼板制成的氣體分布器。C.由與A的氣體分布器相同的材料制成的電流集電體，通過在兩平板之間施加壓力預先壓扁來獲得0.3mm厚、平均孔徑約0.1mm的多孔薄板D.由AISI316-L不銹鋼制成的細絲網(wǎng)構(gòu)成的電流集電體，從直徑0.15mm的線獲得，總厚約0.3mm。E.由未平整的AISI304不銹鋼多孔板構(gòu)成的電流集電體、總厚0.3mmF.由交織直徑0.15mm的線獲得的平面狀AISI304不銹鋼網(wǎng)構(gòu)成的電流集電體、總厚0.3mm。表1中是表示成mV的單個電池的平均電池電壓。表1分布器AB集電體C736736D730729E654654F650652</table><p>例子2六個燃料電池電串聯(lián)連接，每個電池包括一對雙極性板(圖4中的1)，一對氣體分布器(2)，一對電流集電體(3)，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物并冷凝的一對墊片(4)，一對氣體擴散電極(5)，離子交換膜(6)。另一燃料電池連接到電串聯(lián)的先前6個電池，該燃料電池包括一對雙極性板(1)，網(wǎng)狀電流集電體(3)(發(fā)泡金屬)，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物并冷凝的一對墊片(4)，一對氣體擴散電極(5)，離子交換膜(6)。全部電池根據(jù)圖4的組裝示意圖以層疊方式組裝，兩端板(7)在兩端，連接到提取產(chǎn)生電流的外電路。在測試期間保持恒定的總工作條件如下·電極、氣體分布器和電流集電體的尺寸20cm×20cm·膜Nafion115，美國DuPontdeNemours提供、厚約0.15mm·電極軟碳布，含有支承在活性碳上的電催化顆粒的膜層涂敷在與膜接觸的一面上，商標ELATTM，美國E-TEK提供，厚0.5mm，鉑填料10g/m2。接著，通過噴射美國SolutionTechnology商品化的商品名稱為“NafionSolution5”的、含聚合物的懸浮液，用類似于膜的聚合物涂敷活化表面。在組裝電池組之前電極沒有熱壓在膜上?！つさ幕钚悦娣e20cm×20cm·呈框架形狀的墊片，內(nèi)尺寸20cm×20cm，外尺寸25cm×25cm，1.6mm厚，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物和冷凝的通道。構(gòu)造材料Hytrel，美國DuPontdeNemours產(chǎn)品·由Anticorodal100TA16(意大利標準)鋁合金制成的雙極性板，具有30cm×30cm的外部尺寸和提供風冷卻的葉片，通過加工5mm厚商品鋼板獲得。·在絕對壓力350000Pa、在80℃的外部容器中預增濕、流速比反應(yīng)的化學當量高1.5倍下向陽極室(負極)供給純氫?！ぴ诮^對壓力400000Pa，在80℃的外部容器中預增濕下供給陰極室(正極)提純的合成空氣·平均電池溫度70℃·總電流密度8000A/m2活性面積·總工作時間400小時先前6個電池裝備有如下可供選擇的元件A.由圖2的網(wǎng)狀三維材料制成的氣體分布器，網(wǎng)狀三維材料由50鉻-50鎳合金制成，平均孔徑約0.2mm，厚1.3mm。此類材料可從商品發(fā)泡金屬的不同供應(yīng)商獲得。B.由總厚1.3mm、未整平AISI304不銹鋼板制成的氣體分布器C.由與A的氣體分布器相同的材料制成的電流集電體，通過在兩平板之間施加壓力預先壓扁來獲得0.3mm厚、平均孔徑約0.1mm的多孔薄板D.由AISI316-L不銹鋼制成的細絲網(wǎng)構(gòu)成的電流集電體，從直徑0.15mm的線獲得，總厚約0.3mm。E.由未整平的AISI304不銹鋼多孔板制成的電流集電體，總厚0.3mm。F.由交織直徑0.15mm的線獲得的平面狀AISI304不銹鋼網(wǎng)構(gòu)成的電流集電體、總厚0.3mm第七個電池裝備有類似于A的G，但厚度為1.6mm，當作氣體分布器，并且同時作為電流集電體，與電極直接接觸。表示成毫伏、指單個電池的平均電池電壓在表2中示出。表2例子3三個燃料電池(定義成X型)電串聯(lián)連接，每一個包括一對雙極性板(圖4中1)；一對氣體分布器(2)，氣體分布器(2)由圖2的網(wǎng)狀三維材料制成，該材料由50-50鎳-鉻合金制成，平均孔徑約0.2mm，厚1.3mm；由與圖3中相同的材料制成的一對電流集電體(3)，通過在兩平板之間施加壓力預先壓扁來獲得0.3mm厚、平均孔徑約0.1mm的多孔薄板；設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物和冷凝的通道的一對墊片(4)；一對氣體擴散電極(5)；離子交換膜(6)。三個附加的3個燃料電池(定義成Y型)串聯(lián)連接到先前的3個電池，包括一對雙極性板(1)，即圖2的元件，由圖2的網(wǎng)狀三維材料制成，該材料由平均孔徑約0.2mm、厚1.6mm的50-50鉻-鎳合金制成；設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物和冷凝的通道的一對墊片(4)；一對氣體擴散電極(5)；離子交換膜(6)。按照圖4的組裝簡圖以層疊方式組裝這六個燃料電池，兩端板(7)在兩端，連接到用于提取電流的外電路。下面參數(shù)保持常數(shù)·電極、氣體分布器和電流的尺寸20cm×20cm·膜Nafion112，美國DuPontdeNemours提供，厚約0.06mm·電極從墨中獲得的薄膜，該墨含有-與膜相同的聚合物制成的水-酒精懸浮液，美國SolutionTechnology的商品，商品名稱為NafionSolution5-基于支承在碳上的鉑的電催化粉末-Teflon30N的水懸浮液，美國DuPontdeNemours的商品由此獲得的墨直接涂刷在膜的兩面上直到獲得2g/m2的鉑填料·膜的活性面積20cm×20cm·呈框架形狀的墊片，框架具有內(nèi)尺寸為20cm×20cm、外尺寸25cm×25cm，厚1.6mm，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、釋放過量反應(yīng)物并冷凝的通道。構(gòu)造材料Hytrel，美國DuPontdeNemours的商品·Anticorodal100TA16(意大利標準)鋁合金制成的雙極性板，具有30cm×30cm的外部尺寸和提供風冷卻的葉片，雙極性板通過5mm厚商品鋼板加工而獲得在開始層疊前，用相對壓力50000Pa的氮氣對陽極室加壓來進行泄漏測試，在陰極室的出口處在水頭上觀察到可見的冒氣泡，表明至少一個膜(6)破壞，該膜即當作兩室之間物理隔板的元件。分解燃料電池組并對每個膜進行泄漏測試，在膜當作隔板的液密系統(tǒng)內(nèi)以水平位置把每個膜浸在水中并用氮氣對膜的底側(cè)施加壓力。結(jié)果如下-沒觀察到穿過X型電池中包含的三個膜的滲漏-顯著滲漏出現(xiàn)在先前組裝在Y型電池中的三個膜中，呈小針孔形狀的損壞橫穿整個表面上述例子表明，如果使用高效率且因此極薄的電極和膜，在從電極提取電流和在膜電化學電池的氣室內(nèi)分布反應(yīng)物的兩個功能之間的差別是絕對必須的。上述電流集電體(在例子1中標記成C、D、E、F)如果與氣體分布器(標記成A、B)結(jié)合，將提供膜的最佳保護以防穿孔。然而，至于電阻率，標記成C、D的集電體比E和F具有明顯優(yōu)勢，這是由于電接觸的更好分布，電接觸特征在于在由受電阻率損失負影響的非金屬材料制成的電極表面上平均更短的電流線的路徑。這也適用于集電體C和D與當作集電體和分布器的圖2的元件相似時的情況，正如具有現(xiàn)有膜和電極的例子2所示。與在全部表面上統(tǒng)計學上均勻分布的尖峰的接觸必須仍由鋁雙極性板上的氣體分布器來達到，鋁雙極性板不受明顯降低電阻率的這些損失影響并且在其上還必須作用足夠壓力以局部地破壞在其表面上自然形成的鈍化氧化層。例子4按照圖4示意表示的簡圖以層疊方式組裝電串聯(lián)連接的4個燃料電池。每個電池包括一對雙極性板(圖4中的1)，一對氣體分布器(2)，一對電流集電體(3)，設(shè)有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物并冷凝的通道的一對墊片(4)，一對氣體擴散電極(5)，離子交換膜(6)，以及連接到用于提取產(chǎn)生的電流的外電路的兩端板(7)。在測試期間保持恒定的總工作條件如下·電極、氣體分布器和電流集電體的尺寸20cm×20cm·膜Nafion112，美國DuPontdeNemours產(chǎn)品，約0.06mm厚·電流集電體壓扁的泡沫鎳-鉻，如圖3所示·膜的活性區(qū)域20cm×20cm·呈框架形狀的墊片，內(nèi)尺寸20cm×20cm，外尺寸25cm×25cm，1.6mm厚，設(shè)置有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物并冷凝的通道。構(gòu)成材料Hytrel，美國DuPontdeNemours產(chǎn)品?！び葾nticorodal100TA16(意大利標準)鋁合金制成的雙極性板，具有30cm×30cm的外部尺寸和提供空氣冷卻的葉片，通過加工5mm厚商品鋼板獲得·在絕對壓力350000Pa、在80℃的外部容器中預增濕、流速1.5倍于反應(yīng)的化學當量下供給陽極室(負極)純氫·在絕對壓力40000Pa、在80℃的外部容器預增濕下供給陰極室(正極)提純的合成空氣?！て骄姵販囟?0℃·總電流密度8000A/m2活性面積·總工作時間900小時每個電池裝備如下可供選擇元件A.由圖2的網(wǎng)狀三維材料制成的氣體分布器，該材料由50鉻-50鎳合金制成，平均孔徑約0.2mm，厚1.3mm。此類材料由泡沫金屬商品的不同供應(yīng)商從應(yīng)B.由總厚1.3mm、未整平AISI304不銹鋼板制成的氣體分布器H.呈薄膜形狀的電極，薄膜從墨獲得，墨包含-由與膜相同的聚合物制成的水-酒精懸浮液，由美國SolutionTechnology供應(yīng)，商品名NafionSolution5-基于支承在碳上的鉑的電催化粉末-Teflon30N的水懸浮液，美國DuPontdeNemours商品。由此獲得的墨通過聲處理部分混凝并且通過涂抹涂敷在陽極和陰極電流集電體的一面上直到獲得鉑填料2g/m2J.從軟碳布獲得的電極，膜層涂敷在與膜接觸的一面上，膜層含有支承在活性碳上的電催化顆粒，美國E-TEK供應(yīng)，商標ELATTM，膜層厚0.5mm，并且鉑填料10g/m2。接著，通過噴射含聚合物的懸浮液用類似于膜的聚合物涂敷已活化表面，懸浮液是美國SolutionTechnology的商品，商品名“NafionSolution5”。權(quán)利要求1.一種電化學電池，包括兩端板(7)，由金屬或金屬合金制成的雙極性板(1)，透氣流的金屬分布器(2)，金屬電流集電體(3)，設(shè)有用于供給氣體反應(yīng)物、放出過量反應(yīng)物并冷凝的通道的墊片框架(4)，一對氣體擴散電極(5)和離子交換膜(6)，其特征在于，所述集電體(3)具有高分布的分段接觸面，該接觸面沒有尖峰和凸起，是多孔和透氣流的。2.如權(quán)利要求1的電池，其特征在于所述電池是燃料電池，在陽極室(負極)供給含氫的反應(yīng)物，在陰極室(正極)供給含空氣的氧化劑。3.如權(quán)利要求1的電池，其特征在于所述集電體(3)中至少一個由孔隙率至少50％、金屬纖維直徑在0.1和1mm之間的網(wǎng)狀三維材料制成，在兩平板之間施加壓力后使該材料的網(wǎng)絡(luò)完全壓扁，使生成物沒有剩余應(yīng)變能力。4.如權(quán)利要求1的電池，其特征在于所述集電體(3)中至少一個具有在0.1和0.5mm之間的最終厚度。5.如權(quán)利要求1的電池，其特征在于至少一個所述集電體(3)從含不銹鋼，高合金鋼，鎳，鎳-鉻，涂敷有導電氧化物的鈦，金的組中選擇的導電耐蝕材料制成。6.如權(quán)利要求1的電池，其特征在于至少一個所述集電體(3)由金屬絲網(wǎng)制成。7.如權(quán)利要求6的電池，其特征在于所述絲網(wǎng)是基本平的，厚度在0.1和0.3mm之間，孔隙率不低于50％。8.如權(quán)利要求3，4，5，6或7的電池，其特征在于至少一個所述金屬分布器(2)由網(wǎng)狀三維材料制成，該材料孔隙率為至少50％，金屬纖維的直徑在0.1和1mm之間，并且在緊固電池時在壓緊該材料后，該材料具有剩余應(yīng)變能力和彈性，所述分布器具有有有限面積的許多接觸點的表面。9.如權(quán)利要求1的電池，其特征在于所述分布器(2)從含有不銹鋼，高合金鋼，鎳及其合金，銅及其合金的組中選擇的導電耐蝕材料制成。10.如權(quán)利要求3，4，5，6或7的電池，其特征在于至少一個所述分布器(2)由孔對角線在1和10mm之間、厚在1和5mm之間的網(wǎng)狀或未整平的多孔薄板構(gòu)成。11.如前面權(quán)利要求中任一項所述的電池，其特征在于離子交換膜(6)具有低于0.1mm的厚度。12.如前面權(quán)利要求的電池，其特征在于氣體擴散電極(5)具有低于0.03mm的厚度。13.如權(quán)利要求3的電池，其特征在于氣體擴散電極(5)由直接沉積在所述集電體(3)上的催化涂層制成。14.電串聯(lián)連接的電化學電池組，其特征在于至少一個電池是前面權(quán)利要求中的電池。15.制備權(quán)利要求3的電流集電體的方法，包括固定三維網(wǎng)狀材料在兩個優(yōu)選的平板之間，施加正交壓力在所述平板上，直到完全壓扁三維網(wǎng)狀材料并排除任何剩余變形能力。全文摘要本發(fā)明涉及電化學電池或電池組件,包括:兩個端板(7),金屬或金屬合金制成的雙極性板(1),透氣金屬分布器(2),金屬電流集電體(3),設(shè)有用于供給氣體反應(yīng)物、及釋放過量反應(yīng)物并冷凝的通道的墊片框架(4),一組氣體擴散電極(5),離子交換膜(6),其中所述導電體在沒有隔離峰的電極表面上提供高度分布的分段接觸面并且具有無凹凸不平的極光滑表面,同時多孔、可滲透氣流。文檔編號H01M8/02GK1169599SQ97113680公開日1998年1月7日申請日期1997年6月25日優(yōu)先權(quán)日1997年6月25日發(fā)明者恩里克·拉姆尼,吉亞姆皮耶羅·弗拉巴,馬西莫·布拉姆比拉申請人:德.諾拉有限公司