[发明专利]质子交换膜燃料电池和形成燃料电池的方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池，其包括：

具有相对的阳极侧和阴极侧的质子交换膜；以及

相对于所述阳极侧和阴极侧的每一者而并置的个别电极，且其中所述电极中的至少一者至少部分由多孔、导电陶瓷材料制成。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述多孔导电陶瓷材料包括导热的第IVB-VIB族过渡金属二硼化物。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述多孔导电陶瓷材料选自包括二硼化钛、二硼化锆的群组。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述多孔导电陶瓷材料具有小于约60微欧-厘米的电阻率。

5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述多孔导电陶瓷材料具有大于约1格雷秒的孔隙度。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述质子交换膜燃料电池在操作期间产生水作为副产物，且其中所述多孔导电陶瓷材料吸收并保持一定量的水，以致使所述质子交换膜燃料电池大体上自增湿。

7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述多孔导电陶瓷材料具有面向内的表面，且其中将催化剂层施加到所述多孔导电陶瓷材料的所述面向内的表面以形成所述电极。

8.根据权利要求7所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述催化剂层选自包括铂黑、碳上铂和/或复合贵金属材料的群组。

9.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中每一电极具有由多个孔界定的表面拓扑，且其中通过将流体质子传导分散体浇注到所述个别电极上、并随后创造将所述流体质子传导分散体转换成具有阳极侧和阴极侧的固体质子交换膜的条件来形成所述质子交换膜，且所述固体质子交换膜大体上符合所述电极中的每一者的所述表面拓扑。

10.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中每一电极具有由多个孔界定的表面拓扑，且其中所述质子交换膜燃料电池进一步包括：

定位在所述个别电极之间的多孔电绝缘分离器，且其中所述质子交换膜制造成与所述多孔电绝缘分离器成一体，且其中所述质子交换膜大体上符合所述电极中的每一者的所述表面拓扑。

11.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述质子交换膜的操作温度小于约200摄氏度。

12.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述阳极和阴极电极两者由所述多孔、导电陶瓷材料制成，且其中向每一导电陶瓷材料施加催化剂层。

13.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述质子交换膜燃料电池在操作期间产生热能，且其中所述多孔、导电陶瓷材料是导热的并充当散热器，且进一步去除由所述质子交换膜燃料电池在操作期间产生的大部分所述热能。

14.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中每一电极具有表面拓扑，且其中所述质子交换膜大体上至少部分符合所述电极中的至少一者的所述表面拓扑。

15.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中使得所述燃料电池在操作时具有最佳电力输出，且其中在未将可察觉的外力施加到所述阳极和阴极电极的情况下实现所述最佳电力输出。

16.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述阳极和阴极电极中的每一者由所述多孔、导电陶瓷材料制成，且其中在不施加外力的情况下所述各自阳极和阴极电极维持与所述质子交换膜的有效欧姆电接触。

17.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述质子交换膜燃料电池在操作期间产生电流，且其中至少部分由所述多孔、导电陶瓷材料制成的所述至少一个电极同时充当所述质子交换膜燃料电池的集电体。

18.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，且其中所述质子交换膜燃料电池在操作期间消耗氧并产生液态水作为副产物，且其中至少部分由所述多孔、导电陶瓷材料制成的所述至少一个电极是所述阴极电极，且其中所述多孔、导电陶瓷材料具有可增加所述液态水中的氧夹带的孔尺寸，且其进一步保持和耗散充分的液态水，以使所述质子交换膜燃料电池大体上自增湿。