專利名稱：管狀固體聚合物燃料電池和制造管狀固體聚合物燃料電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用棒狀集電器的管狀固體聚合物燃料電池以及制造 所述管狀固體聚合物燃料電池的方法。
背景技術(shù)：
燃料電池產(chǎn)生電能，所述電能通過電池中的例如氫或者甲醇等燃料的 電化學(xué)氧化，直接從化學(xué)能轉(zhuǎn)換和獲得。近年，燃料電池作為清潔的電力 能源引起了注意。特別地，固體聚合物燃料電池的使用使得能夠獲得高電 能密度和低溫運(yùn)行，在所述燃料電池中質(zhì)子交換膜被用作電解質(zhì)。因此， 除了緊湊型燃料電池用作家用固定電源、便攜裝置、^更攜式電源等，這種
固體聚合物燃料電池^L期望用作移動(dòng)車輛的電源。
常規(guī)固體聚合物燃料電池通過如下構(gòu)成單獨(dú)設(shè)置用作燃料電極的催 化劑層和在電解質(zhì)(平板或者扁平膜)兩側(cè)用作空氣電極(氧電極)的催 化劑層，并且使用由碳或者金屬制成的隔離體材料夾住電解質(zhì)，所述隔離 體材料設(shè)置有通道(通過所述通道燃料氣體和空氣(氧氣)可流動(dòng))，以 制成稱為單體電池的單元。隔離件被夾入在電池之間，以當(dāng)電池被堆疊時(shí) 用于防止進(jìn)入燃料電極的氫氣和^空氣電極的空氣混合。所述隔離件還 用作串聯(lián)兩個(gè)單體電池的導(dǎo)電材料。
燃料電池組通過需要數(shù)量的所述單體電池層疊組成。并且，燃料電池 組與供應(yīng)燃料和氧化劑氣體的裝置、控制裝置等集成以形成燃料電池。使 用所述燃料電池，可進(jìn)行發(fā)電。
然而，雖然這樣的平面燃料電池結(jié)構(gòu)適用于其中堆疊多個(gè)大面積電極 (燃料電極和空氣電極)的設(shè)計(jì)，但是其在外觀和/或形狀方面僅僅提供了4艮低的自由度，并且不能滿足小型化的需求。最近，提出了一種設(shè)計(jì)，其 中僅平行設(shè)置平面單體電池。這種情況使緊湊芯片的制造容易，并且可具 有根據(jù)其中結(jié)合電池的小型裝置的形狀的優(yōu)點(diǎn)。4艮難說這種設(shè)計(jì)能夠靈活
處理小型裝置的各種形狀。特別是，保持未解決的問題的實(shí)例包括如何設(shè) 計(jì)燃料電極以使燃料有效流動(dòng)以及如何防止燃料泄漏。
關(guān)于此，日本專利公開(Kokai) 2003-297372 A公開了，為了提供一 種高輸出燃料電池，所述燃料電池能夠容易地小型化、保留了所述燃料電 極的氣密性、承受高差別的壓力并且除了彈性還具有機(jī)械強(qiáng)度，通過如下 制造燃料電池形成和使用管狀(中空)聚合物電解質(zhì)膜(代替通過層疊 堆疊的常規(guī)平面聚合物電解質(zhì)膜)，并提供碳纖維，其在管道內(nèi)表面(壁 表面)和/或管道外表面(壁表面)承栽催化劑以分別作為燃料電極和空氣 電極。
并且，日本專利公開(Kokai) 2002-124273 A公開了，為了通過簡化 單體電池配置以小型化并且/或者達(dá)到較低成本，提供一種固體聚合物燃料 電池，包括中空的氣體擴(kuò)散電極層，其內(nèi)直徑范圍為0.5mm至10mm; 聚合物固體電解質(zhì)膜層，其在所述氣體擴(kuò)散電極層的周邊上形成；以及氣 體擴(kuò)散電極層，其在所述聚合物固體電解質(zhì)膜層的周邊上形成。
并且， 一種制造管狀固體聚合物燃料電池的方法，如現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)例， 包括在MEA制造后，用例如PVA的樹脂填充氣體通道，所述氣體通道 例如為安裝在內(nèi)部集電器上的縫隙、孔等，然后用例如水的液體清洗所述 樹脂。然而，這樣的方法具有下面的問題。
(1) 制造步驟變得復(fù)雜，因?yàn)橐笄宄糜谔畛涞乃鰳渲牟?br> 臘
(2) 因?yàn)樗鰳渲挥诠軤钊剂想姵氐膬?nèi)部，難于確定用于填充 的樹脂是否完全^皮清除，除非將燃料電池切開或者打開。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管狀燃料電池在小型化方面具有一定的影響，但是在內(nèi)部氣體流動(dòng)性方面是有問題的。因此。這種燃料電池在發(fā)電性能上存在 限制。并且，這種燃料電池在管狀燃料電池運(yùn)行期間，在高電阻方面也有 問題，導(dǎo)致較低的發(fā)電性能。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種管狀燃料電池，其具有改善的氣體流
動(dòng)性，這通過如下實(shí)現(xiàn)由于以催化劑墨水滲透氣體通道，可制造催化劑 層而不會(huì)阻塞氣體通道，并且，所述燃料電池通過在工作時(shí)抑制電阻而改 善發(fā)電性能。同樣，本發(fā)明目標(biāo)還包括提供一種制造這種燃料電池的方法。 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過用特定材料填充具有特定結(jié)構(gòu)的棒狀集電器的一 些或者全部燃料氣體通道，可達(dá)到上述目標(biāo)。因此，本發(fā)明人完成了本發(fā) 明。
具體是，首先，本發(fā)明涉及一種管狀固體聚合物燃料電池，其包括 燃料氣體連通通道，其沿著棒狀集電器的軸位于所述棒狀集電器的周邊上； 以及，膜電極組件(MEA),其位于所述棒狀集電器和燃料氣體通道的外 面，并且，所述燃料電池具有這樣的結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中，燃料氣體通過 所述燃料氣體通道流動(dòng)，而氧化物氣體在所述膜電極組件(MEA)的外面 流動(dòng)，其中，
所述燃料氣體通道的一些或全部被填充有多孔材料，所述多孔材料沿 著其軸具有連通孔，并且所述多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。 本發(fā)明的所述管狀固體聚合物燃料電池使得如下成為可能
(1) 改善膜電極組件(MEA)中的發(fā)電性能，因?yàn)槌搜趸餁怏w 在膜電極組件(MEA)外面流動(dòng)外，燃料氣體平穩(wěn)地滲透入多孔材料，所 述多孔材料填充在燃料氣體通道的一些或全部中；以及
(2) 改善膜電極組件(MEA)中的發(fā)電性能，因?yàn)樗龉軤钊剂想?池的內(nèi)部集電器的燃料氣體通道部分不是絕緣體而具有導(dǎo)電性，使得降低 了在集電器和膜電極組件(MEA)之間的接觸電阻。
在本發(fā)明中，對于上述燃料氣體通道的形狀，所述燃料氣體通道優(yōu)選 為提供的一個(gè)或多個(gè)縫隙，以便它們沿軸向在所述棒狀集電器的周邊上開 O 。
6在本發(fā)明中，更優(yōu)選在多孔材料中提供梯度結(jié)構(gòu)，在所述多孔材料中， 從棒狀集電器的周邊朝向內(nèi)部集電器側(cè)，細(xì)孔尺寸變大，從而獲得的氣體 的擴(kuò)散能力和排出能力提高。
作為包括本發(fā)明的管狀固體聚合物燃料電池的最主要特征、混合有具 有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒的多孔材料，可使用各種材料，例如由無機(jī)材料制成 的陶瓷、無機(jī)纖維的壓模產(chǎn)品、用無機(jī)材料和有機(jī)粘合材料制造的模制產(chǎn) 品、云母、無機(jī)材料的多孔燒結(jié)產(chǎn)品或者無機(jī)纖維的非紡織布。這種材料
的實(shí)例包括氧化鋁和二氧化硅，并且，特別優(yōu)選的實(shí)例是Y -氧化鋁。
為了使上述多孔材料具有導(dǎo)電性，從而降低在燃料電池發(fā)電時(shí)的電阻， 在所述多孔材料中混合具有抗蝕性和導(dǎo)電性的顆粒。由于導(dǎo)電顆粒具有抗 蝕性，所以可廣泛^f吏用同時(shí)具有導(dǎo)電性和抗蝕性的顆粒。其中優(yōu)選選自炭 黑、金和鉑的顆粒中的一種或多種。
催化劑層中的催化劑顆粒的顆粒尺寸之間的關(guān)系確定。催化劑墨被用于涂 覆，以便防止催化劑顆粒滲入多孔材料的細(xì)孔而阻塞細(xì)孔。因此，所述多 孔材料的細(xì)孔的孔尺寸優(yōu)選在lnm到100nm的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選在 10nm到40nm的范圍內(nèi)。所述多孔材料的孔隙率優(yōu)選在40 %到90 %的范 圍內(nèi)，并且更優(yōu)選為在70%到卯％的范圍內(nèi)。
對于上面位于本發(fā)明管狀固體聚合物燃料電池中心部分的棒狀集電 器，可使用各種導(dǎo)電材料。例如，金屬材料或者碳材料。其中，金是最優(yōu) 選的。
其次，本發(fā)明涉及一種制造上述管狀固體聚合物燃料電池的方法，包 括以下步驟沿棒狀集電器的軸在所述棒狀集電器的周邊上形成燃料氣體 連通通道；以多孔材料填充具有所述燃料氣體通道的所述棒狀集電器的一 些或全部所述燃料氣體通道，所述多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆 粒；以及在所述棒狀集電器和燃料氣體通道的外面形成膜電極組件 (MEA)。
在所述制造本發(fā)明的管狀固體聚合物燃料電池的方法中，如上所述的包括燃料氣體通道的形狀、給多孔材料提供梯度結(jié)構(gòu)以便按照需要改變 細(xì)孔尺寸、多孔材料的類型、具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒的類型、細(xì)孔尺寸、 孔隙率、用于棒狀集電器的材料等等。
在本發(fā)明中，當(dāng)多孔材料是y-氧化鋁時(shí)，以多孔材料填充的步驟優(yōu)選 包括，以y -氧化鋁漿料涂覆或填充所述燃料氣體通道，然后對其進(jìn)行烘干， 在所述多孔材料中，混合有上述具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒，在所述y-氧化鋁 漿料中，混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。
并且，在上述制造膜電極組件(MEA)的步驟中，使用的催化劑漿料 中的顆粒的次級顆粒尺寸優(yōu)選為大于或等于100nm，以使得避免所述多孔 材料細(xì)孔的滲透。
第三，本發(fā)明涉及上述管狀固體聚合物燃料電池的使用，其特征在于 用作便攜式設(shè)備的電源。本發(fā)明的所述燃料電池可容易地小型化，并具有 高輸出密度，可預(yù)期具有長久的耐用性以及可容易地控制。因此，所述燃 料電池可用作便攜式電力和/或者電力設(shè)備的電源，例如，電話、攝^^幾和 便攜式計(jì)算機(jī)或者用于便攜式電氣和/或者電子設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，可獲得下述效果，因?yàn)檠匕魻罴娖鞯妮S在所述棒狀 集電器的周邊上提供燃料氣體連通通道；以沿所述通道的軸具有連通孔的 多孔材料填充一些或全部所述燃料氣體通道；并且在所述多孔材料中混合 具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。
(1 )燃料氣體可平穩(wěn)地穿透填充在一些或者全部的所述燃料氣體通道 中的多孔材料，并且氧化物氣體在膜電極組件(MEA)外面流動(dòng)。結(jié)果， 改善了膜電極組件(MEA)中的發(fā)電性能。
(2) —些或者全部所述燃料氣體通道用多孔材料填充，以避免在制造 催化劑層時(shí)，催化劑墨滲透氣體通道而導(dǎo)致通道阻塞。因此，改善了氣體 流動(dòng)性，這能夠促^fH電性能的提高?？蛇x地，由于在MEA制造后，不 需要清除用來填充氣體通道的固體物質(zhì)，因此提高了產(chǎn)率。
(3) 在所述多孔材料中混合了具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒，使得y-氧化 鋁具有導(dǎo)電性從而降低在燃料電池工作時(shí)的電池電阻。
8(4) 在多孔材料中提供梯度結(jié)構(gòu)，在所述多孔材料中，從棒狀集電器 的周邊朝向內(nèi)部集電器側(cè)，細(xì)孔尺寸變大，結(jié)果提高了氣體的擴(kuò)散能力和 排出能力。因此，發(fā)電性能進(jìn)一步提高。
(5) 本發(fā)明的管狀固體聚合物燃料電池是在中心具有棒狀集電器的管 狀燃料電池。因此，所述燃料電池滿足小型化需求。除了這個(gè)優(yōu)勢，通過 棒狀集電器、管長度和管尺寸的適當(dāng)設(shè)計(jì)以及通過適當(dāng)?shù)倪B接每個(gè)由管組 成的單元電池，可獲得針對各種輸出的燃料電池。填充棒狀集電器的多孔 材料部分在氣密性方面是優(yōu)越的，因此它們尤其適合于構(gòu)成燃料電極。此 外，本發(fā)明的管狀固體聚合物燃料電池不僅具有良好的外形的靈活性，也 能夠保持強(qiáng)度。因此，可以解決在燃料電池的設(shè)計(jì)中有問題的堆疊材料的 問題。


圖i是本發(fā)明管狀固體聚合物燃料電池的示意圖2是示出制造本發(fā)明管狀固體聚合物燃料電池的步驟略圖的截面
圖3是示出管狀燃料電池的截面圖，在所述燃料電池中，以催化劑漿 料直接涂覆內(nèi)部集電器；
圖4是示出用例如聚乙烯醇(pva)的樹脂預(yù)先填充氣體通道的實(shí)例
的截面圖5是示出管狀燃料電池的截面圖，在所述燃料電池中，作為內(nèi)部集 電器的氣體通道的縫隙以混有碳黑的y -氧化鋁填充；
圖6示出了在將碳粉末添加到y(tǒng) -氧化鋁的比率和電池中電池電阻之 間的關(guān)系，在所述電池中，內(nèi)部集電器通過浸涂方法被涂覆mea; 每個(gè)符號描述如下
1:棒狀集電器，2:用混合有抗蝕性導(dǎo)電顆粒的多孔材料填充的燃料 氣體通道，3:電極催化劑層，4:聚合物電解質(zhì)膜，5:電極催化劑層，以 及6:膜電極組件(mea)。
具體實(shí)施例方式
圖l是示出本發(fā)明管狀固體聚合物燃料電池的示意圖。四個(gè)作為燃料
氣體連通通道2的縫隙沿著棒狀集電器1的軸向被提供在棒狀集電器1的 周邊上。并且，由電極催化劑層3、聚合物電解質(zhì)膜4和電極催化劑層5 構(gòu)成的管狀膜電極組件(MEA) 6位于棒狀集電器1和燃料氣體通道2的 外部。其他集電器(沒有示出)位于膜電極組件(MEA) 6的外面。燃料 氣體通道2以具有沿著所述通道軸向的連通孔的多孔材料填充，其中，在 多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。燃料氣體(H2)通過燃料氣體 通道2流動(dòng)，并且氧化氣體(空氣或者02)在膜電極組件(MEA ) 6外流 動(dòng)。實(shí)際上，上述燃料電池單體電池被并聯(lián)和/或串聯(lián)堆疊。
在圖1中，所有燃料氣體通道2用多孔材料填充，在所述多孔材料中， 混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。然而，也可以這種材料填充燃料氣體通道 2的部分。并且在圖1中，在上述棒狀集電器1的軸向沿其周邊提供的燃 料氣體通道2為四個(gè)縫隙。然而，縫隙的數(shù)量不限定。
圖2是示出制造本發(fā)明的管狀固體聚合物燃料電池的步驟的略圖的 截面圖。沿著棒狀集電器l的軸向(圖2 (a))在棒狀集電器l的周邊上 形成連通燃料氣體通道2。棒狀集電器1 (提供有燃料氣體通道2 )(在圖 2中所有的燃料氣體通道被填充))的一些或者全部燃料氣體通道2用Y-氧化鋁填充，Y-氧化鋁是沿著所述燃料氣體通道的軸向具有連通孔的多孔 材料，在v-氧化鋁中，混合了具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒(圖2 (b))。接 著，由電極催化劑層3、聚合物電解質(zhì)膜4和電極催化劑層5構(gòu)成的管狀 膜電極組件(MEA) 6位于棒狀集電器1和燃料氣體通道2的外面，從而 制造出管狀固體聚合物燃料電池。
實(shí)例
下面將參考實(shí)例，對比實(shí)例和附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。 [對比實(shí)例1
10如圖3所示，在管狀燃料電池中的內(nèi)部集電器除了同時(shí)獲得導(dǎo)電性和 氣體擴(kuò)散能力外，也用作MEA制造時(shí)的基底。當(dāng)內(nèi)部集電器用催化劑漿 料直接涂覆時(shí)，氣體通道也被該漿料覆蓋。因此，在MEA制造之后，出 現(xiàn)了例如在發(fā)電時(shí)氣體沒有擴(kuò)散進(jìn)催化劑層或者通道被阻塞的問題。
[對比實(shí)例2
如圖4所示，通常，氣體通道預(yù)先用例如聚乙烯醇的樹脂填充，制造 出MEA，然后，因?yàn)镻VA是水溶樹脂，通過將它溶解在例如水的溶劑中 清除PVA，以達(dá)到在發(fā)電的時(shí)候清除氣體通道。然而，除非破壞MEA， 否則確認(rèn)PVA能否被徹底清除是困難的。并且，需要這樣的清除步驟導(dǎo)致 較低的生產(chǎn)率。
[對比實(shí)例3
圖5示出了管狀燃料電池的結(jié)構(gòu)，在該燃料電池中，作為內(nèi)部集電器 的氣體通道的縫隙被Y-氧化鋁填充。圖5還示出了其制造方法。在該對比 實(shí)例中，為了清理內(nèi)部集電器的氣體通道，所述氣體通道用具有細(xì)孔的Y-氧化鋁填充。因此獲得的結(jié)構(gòu)使得在MEA制造時(shí)避免催化劑漿料的滲入、 在MEA制造后無需清除步驟、使得在發(fā)電時(shí)可以確保氣體的擴(kuò)散能力， 以及在燃料電池工作期間，可以降低電池電阻。
具體是，內(nèi)部集電器的氣體通道用Y-氧化鋁溶液涂覆，所述溶液通過 通常包括浸涂方法的制備方法制備。
[實(shí)例1
與對比實(shí)例3類似，圖5示出了這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，作為在管 狀燃料電池中的內(nèi)部集電器的氣體通道的縫隙被填充Y-氧化鋁，在所述Y 誦氧化鋁中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。圖5還示出了其制造方法。在本 發(fā)明中，為了清理內(nèi)部集電器的氣體通道并且確保氣體通道的導(dǎo)電性，用 具有細(xì)孔的Y -氧化鋁填充這些氣體通道，在所述Y -氧化鋁中混合有具有 抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。因此獲得的結(jié)構(gòu)能在MEA制造時(shí)防止催化劑漿料的 滲入，在MEA制造后無需任何清除步驟就能在發(fā)電時(shí)確保氣體的擴(kuò)散能 力、以及在燃料電池工作期間，能降低電池電阻。具體而言，在Y-氧化鋁溶液中，混合例如碳粉末(例如，KetjenEC) 的具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒，所述y -氧化鋁溶液通過通常的制備方法制備， 然后通過浸涂方法用該溶液涂覆內(nèi)部集電器的氣體通道。y-氧化鋁的細(xì)孔 的孔尺寸在lnm到100nm的范圍內(nèi)，更理想地在10nm到40nm的范圍內(nèi)。 Y -氧化鋁的孔隙率在40 %到90 %的范圍內(nèi)，更理想地在70 %到90 %范圍 內(nèi)。已知的是，使用負(fù)載鉑的碳作為催化劑的催化劑漿料中，顆粒的次級 顆粒尺寸大于或等于100nm。具有上述細(xì)孔尺寸的y-氧化鋁，可防止通過 所述催化劑的滲透。
圖6示出了將碳粉末添加到Y(jié) -氧化鋁的比率和電池中電池電阻之間 的關(guān)系，在所述電池中，內(nèi)部集電器通過浸涂方法被MEA涂覆。
從圖6可以理解，當(dāng)將碳粉末添加到Y(jié)-氧化鋁的比率增加時(shí)，電池 電阻會(huì)顯著的降低。
工業(yè)應(yīng)用性
根據(jù)本發(fā)明的管狀固體聚合物燃料電池，燃料氣體平穩(wěn)地透過填充在
蝕性的導(dǎo)電顆粒)。這可以避免在制造催化劑層時(shí)催化劑墨滲透而導(dǎo)致阻 塞氣體通道，因此，改善了氣體流動(dòng)性。并且，這能夠提高發(fā)電性能。特 別是，在所述多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒，使得Y-氧化鋁具 有導(dǎo)電性從而降低在燃料電池工作時(shí)的電池電阻。因此，本發(fā)明提供了實(shí) 用的應(yīng)用和燃料電池的廣泛使用。
權(quán)利要求
1. 一種管狀固體聚合物燃料電池，包括燃料氣體連通通道，其沿著棒狀集電器的軸向位于所述棒狀集電器的周邊上；以及，膜電極組件(MEA)，其位于所述棒狀集電器和燃料氣體通道的外面，并且，所述燃料電池具有這樣的結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中，燃料氣體通過所述燃料氣體通道流動(dòng)，而氧化物氣體在所述膜電極組件(MEA)的外面流動(dòng)，其中，所述燃料氣體通道的一些或全部被填充有多孔材料，所述多孔材料具有沿著所述氣體通道的軸向的連通孔，并且所述多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的管狀固體聚合物燃料電池，其中，所述燃料氣體 通道是沿著所述棒狀集電器的軸向被提供在所述棒狀集電器的周邊上的一 個(gè)或多個(gè)縫隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的管狀固體聚合物燃料電池，丼中，所述多孔 材料具有梯度結(jié)構(gòu)，在所述多孔材料中，從所述棒狀集電器的周邊朝向內(nèi) 部集電器側(cè)，細(xì)孔尺寸變大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的管狀固體聚合物燃料電池，其中， 所述多孔材料是Y-氧化鋁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)的管狀固體聚合物燃料電池，其中， 所述具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒是一種或多種選自于炭黑、金和鉑中的顆粒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)的管狀固體聚合物燃料電池，其中， 所述多孔材料的細(xì)孔的孔尺寸在lnm到100nm的范圍內(nèi)，并且所述孔尺 寸的孔隙率為40%到90%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)的管狀固體聚合物燃料電池，其中， 所述棒狀集電器由金屬材料或碳材料制成。
8. —種制造管狀固體聚合物燃料電池的方法，包括以下步驟 沿棒狀集電器的軸向在所述棒狀集電器的周邊上形成燃料氣體連通通道；以多孔材料填充具有所述燃料氣體通道的所述棒狀集電器的 一些或全部所述燃料氣體通道，所述多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒；以 及在所述棒狀集電器和燃料氣體通道的外面形成膜電極組件(MEA)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的制造管狀固體聚合物燃料電池的方法，其中，所 述形成燃料氣體通道的步驟包括，在所述棒狀集電器的周邊上且/或沿著所 述棒狀集電器的軸向形成一個(gè)或多個(gè)縫隙。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的制造管狀固體聚合物燃料電池的方法，其 中，對所述多孔材料提供梯度結(jié)構(gòu)，在所述多孔材料中，從所述棒狀集電 器的周邊朝向內(nèi)部集電器側(cè)，細(xì)孔尺寸增大。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)的制造管狀固體聚合物燃料電池的 方法，其中，以多孔材料填充的步驟包括，以Y -氧化鋁漿料涂覆或填充所 述燃料氣體通道，然后對其進(jìn)行烘干，在所述Y-氧化鋁漿料中，混合有具 有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8到11中任一項(xiàng)的制造管狀固體聚合物燃料電池的 方法，其中，所述具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒是一種或多種選自于炭黑、金和 鉑中的顆粒。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8到12中任一項(xiàng)的制造管狀固體聚合物燃料電池的 方法，其中，所述多孔材料的細(xì)孔的孔尺寸在lnm到100nm的范圍內(nèi)， 并且所述孔尺寸的孔隙率為40 %到90% 。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8到13中任一項(xiàng)的制造管狀固體聚合物燃料電池的 方法，其中，所述棒狀集電器由金屬材料或碳材料制成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8到14中任一項(xiàng)的制造管狀固體聚合物燃料電池的 方法，其中，在制造膜電極組件(MEA)的步驟中使用的催化劑漿料中的 顆粒的次級顆粒尺寸優(yōu)選為大于等于100nm。
全文摘要
一種管狀固體聚合物燃料電池，包括燃料氣體連通通道(2)，其沿著棒狀集電器(1)的軸向位于集電器(1)的外周上；以及，膜電極組件(MEA)(6)，其位于棒狀集電器(1)和燃料氣體通道(2)的外面，其中燃料氣體在燃料氣體通道(2)中流動(dòng)，且氧化氣體在膜電極組件(MEA)(6)的外面流動(dòng)。燃料氣體通道(2)的一些或全部被填充有多孔材料，所述多孔材料具有沿著所述燃料氣體通道(2)的軸向延伸的通孔，并且多孔材料中混合有具有抗蝕性的導(dǎo)電顆粒。在該管狀固體聚合物燃料電池中，在形成催化劑層時(shí)，催化劑墨不會(huì)滲透入氣體通道并阻塞氣體通道，從而改善了氣體流動(dòng)性，并降低了在燃料電池工作時(shí)的電池電阻。因此，改善了燃料電池的發(fā)電性能。
文檔編號H01M8/02GK101467292SQ200780021999
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者S·庫侖格特, 濱雄一郎 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社