[发明专利]质子交换膜燃料电池和形成燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池和一种形成燃料电池的方法，且更明确地说，涉及一种包含导电陶瓷电极的质子交换膜燃料电池。

背景技术

第6,030,718和6,468,682号美国专利涉及质子交换膜燃料电池，且更明确地说，涉及燃料电池电力系统，其包含多个自增湿的离散燃料电池模块，且其提供已主要针对堆叠型配置的先前燃料电池设计迄今尚未实现的一定程度的可靠性、维护的便利性和资本成本的减少。这些早期专利的教示以引用的方式并入本文中。

通常，相对于燃料电池，其操作是众所周知的。燃料电池从燃料源(例如，氢气)和氧化剂(例如，氧或空气)产生电力。化学反应不导致燃料燃烧来产生热能，因此对于此类反应的效率的热力学限制比常规电力产生工艺要大得多。在质子交换膜燃料电池中，燃料气体(通常为氢)在一个电极中离子化，且氢离子或质子扩散越过离子传导膜以与阴极侧的氧离子重组。反应的副产物是水以及电流的产生。

虽然上文引用的专利中所揭示的模块化PEM燃料电池的操作已取得巨大成功，但一直存在有损于其适用性的缺点。如第6,030,718和6,468,682号美国专利中所见的燃料电池的商业引入过程中遭遇的主要困难是，需要多种多样的零件来制造和生产所述燃料电池。明确地说，且如第6,030,718号美同专利中所见，此特定专利展示用于将来自各自PEM燃料电池模块的阴极覆盖物的力大体均匀地传输到下伏集电体的零件阵列，所述集电体被按压成与离子交换膜的相对的阳极侧和阴极侧形成欧姆电接触。同样在第6,468,682号美国专利中，其中所示的燃料电池设计包含与下伏集电体形成力传输关系的相当复杂的力施加弹簧阵列，所述集电体被这些弹簧迫使与离子交换膜形成欧姆电接触。

从这两个专利的教示中应了解，制造这些相当复杂的零件所带来的成本以及组装这些PEM燃料电池模块所需的时间是巨大的。此外，这些零件中时常可能发生的制造变化可导致并入在这些个别PEM燃料电池模块内的个别离子交换膜的性能减小。除了上述缺点外，时常还出现PEM燃料电池模块在高温环境中的操作方面的困难。

因此，本发明的主题是一种质子交换膜燃料电池和形成燃料电池的方法，其实现将从上述技术得到的益处，而且还避免单独与这些新颖的PEM燃料电池模块和堆叠型燃料电池相关联的不利之处。

发明内容

本发明的第一方面是提供一种质子交换膜燃料电池，其具有相对的阳极侧和阴极侧；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，且其中所述电极的至少一者至少部分由多孔、导电陶瓷材料制成。

本发明的另一方面是提供一种用于质子交换膜燃料电池中的电极，且其具有质子交换膜，且其进一步包含设置成与质子交换膜形成欧姆电接触的多孔导电陶瓷衬底，且其同时充当散热器、气体扩散层并充当集电体；且向所述多孔导电陶瓷衬底施加催化剂层。

本发明的又一方面涉及一种质子交换膜燃料电池模块，其包含：界定腔的模块外壳，且其中所述腔与空气源和燃料气体源以流体流动关系耦合；定位在模块外壳的腔内的聚合质子交换膜，且其中所述聚合质子交换膜具有阳极侧和相对的阴极侧，且其中空气源供应到聚合质子交换膜的阴极侧，且燃料气体源供应到聚合质子交换膜的阳极侧；相对于聚合质子交换膜的阳极侧和阴极侧的每一者以并置关系定位的催化剂涂层；以及相对于位于聚合质于交换膜的阳极侧和阴极侧上的催化剂涂层以覆盖关系定位的多孔陶瓷导电衬底，且所述多孔陶瓷导电衬底进一步定位成与聚合质子交换膜的阳极侧和阴极侧的每一者形成欧姆电接触，且其中催化剂层和多孔陶瓷导电衬底形成聚合质子交换膜的阳极侧和阴极侧的每一者的陶瓷气体扩散电极。

本发明的又一方面涉及一种形成燃料电池的方法，其包含以下步骤：提供具有面向内和面向外的表面的一对多孔导电陶瓷衬底，并将所述对多孔导电陶瓷衬底定位成彼此隔开的关系；将催化剂涂层施加到多孔导电陶瓷衬底的每一者的面向内的表面；以及提供具有相对的阳极侧和阴极侧的聚合质子交换膜，并将所述聚合质子交换膜定位在其间，且相对于多孔导电陶瓷衬底的每一者形成欧姆电接触以形成燃料电池。

下文中将更详细地描述本发明的这些和其它方面。

附图说明

下文参看以下附图描述本发明的优选实施例。

图1是本发明的第一形式的透视分解侧面正视图。

图2是本发明的第一形式的第二透视分解侧面正视图，且其是从与图1中所见的位置相对的位置取得的。

图3是本发明的第一形式的透视侧面正视图，且其以组装配置展示。