[发明专利]用于互连电化学电池的布置、燃料电池组件和制造燃料电池装置的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及电化学电池，并且具体地涉及燃料电池，其中在MEA 接触区域中的腐蚀和/或毒化得以减轻，从而延长了服务寿命。

背景技术

在国际专利申请PCT SE2007/050222中和在PCT SE2005/001514中 公开了本发明所考虑的燃料电池的类型。

具有这种类型的燃料电池通常包括以下设计特征/功能：

1)形成阳极气体腔室的密封功能。这是通过使用粘结剂而实现的， 该粘结剂由此将膜电极组件(MEA)密封到阳极集电器(current collector)箔(foil)。

2)用于将氢气分布到燃料电池装置中的不同电池的气体分布功能。 这是通过形成带有用于氢气的气体通道的支撑板而实现的。利用粘结剂 和/或夹持器将燃料电池联结到支撑板。从该支撑板，存在导向每一个 电池的阳极气体腔室的孔。

3)从一个电池收集电流并且优选地以最小电阻并且以使得在电池 的活性区域(active area)之上获得均匀电流密度的这种方式将其分 布到相邻电池的电互连功能。

4)夹持特征。通过使得燃料电池经受夹持力，在电池内的内电阻 即在不同材料之间的接触电阻和材料内侧的比电阻降低(例如通过压缩 气体扩散层(GDL)，它的纤维间连接得以改进)。类似于电接触，还 通过夹持改进了导热性并且由此能够从反应层(即电极)耗散更多热量。 夹持特征紧密地与电互连功能相关联。

一起应用的所有这些设计特征/功能形成了燃料电池装置。

在根据以上引用的专利申请的现有技术装置中，利用从一个电池的 阳极GDL导向相邻电池的阴极GDL的导电集电器箔获得了多电池燃料电 池装置的互连功能。在相邻电池的GDL处，存在到夹持器(例如镀金金 属网)的电接口(接触区域)，该电接口在阴极GDL之上分布电流。GDL 因此作为可压缩元件工作，当电池被夹持到一起时，朝着所述的网推压 该箔。

利用这种设计的一个缺点在于，集电器箔应该部分地覆盖相邻电池 的阴极GDL(即在箔和网之间的互连区域下面)，由此阻碍空气到达GDL 的那个部分和位于它下面的MEA。

这种设计的另一缺点在于，集电器箔能够与相邻电池的MEA的阴极 形成电化学接触。当在电化学阴极反应(2H++2e-+¹/₂O2→H2O)中 产生的水在集电器箔和阴极GDL与MEA之间形成电化学电解质时，这能 够发生。阴极的电化学势引起离子(例如Cu-离子)从导电箔并且可能 还从它的粘结剂溶解。离子然后被输送到MEA中，在此处它们将毒化催 化剂和传导离聚物的质子。以此方式产生的水还能够在镀金网和导电箔 之间形成原电池(galvanic cell)，由此从箔溶解离子。

关于根据本申请中的图1设计的现有技术燃料电池装置的寿命试验 已经表明，在500个工作小时之后，性能降低程度大于45％。关于这种 电池膜的测试后分析(利用能量色散X射线光谱法)已经表明，该膜包 含有可能来自在阴极侧处的导电带的Cu-离子。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于串联地互连电化学电池特别 是燃料电池的、改进的布置，由此腐蚀问题得以消除或者至少被显著地 减轻，并且有效使用寿命得以延长。本发明的第二个目的是改进在燃料 电池的部件之间的导热性从而热量被更加容易地耗散并且从而燃料电 池在操作期间保持更加均匀的温度。这还将改进燃料电池的寿命。

利用如在权利要求1中限定的发明实现了这些目的。

通过将阳极集电器与相邻电池的阴极分离同时仍然提供电接触，有 效地阻碍了对于MEA的腐蚀和离子释放。

在本发明的另外的方面中，还提供一种制造包括如在权利要求1中 限定的布置的燃料电池组件的方法。

本发明还涉及一种结合了如在权利要求1中限定的布置的燃料电池 组件。

现在将参考附图描述本发明。附图仅仅是概略示意而且并未按照比 例绘制。在说明书中对于“上”或者“下”的引用应该被解释为在图中 的定向，同时记住燃料电池在使用中能够具有任何定向。

附图说明

图1示意现有技术燃料电池装置；

图2a示意本发明的第一实施例；

图2b示意本发明的第二实施例；

图3示意本发明的第三实施例；