[發明專利]燃料電池的制造方法和制造裝置

無效

• 申請號: 200680003627.6
• 申請日: 2006-02-01
• 公開（公告）號: CN101111960A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 濱雄一郎
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10;H01M8/12
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術領域

本發明涉及一種制造燃料電池的方法和一種制造燃料電池的裝置，更具體地涉及一種制造柱狀燃料電池的方法和裝置。

背景技術

作為環境問題和資源問題一個可能的對策，燃料電池吸引了相當大的關注，其通過經電化學反應將化學能轉化為電能而發電，該電化學反應使用例如氧氣或空氣的氧化氣體、和例如氫或甲烷的還原氣體(燃料氣體)或者例如甲醇的液體燃料作為原料。在燃料電池結構中，在電解質膜的一個表面上設置的燃料電極(陽極催化劑層)和在另一個表面上設置的空氣電極(陰極催化劑層)經電解質膜相對設置，在將電解質膜夾在中間的這些催化劑層每個的外部設置有擴散層，而這些擴散層被夾在包括原料供應通道的隔離體之間，然后通過對每個催化劑層供應例如氫氣和氧氣的原料而發電。

在使用燃料電池發電期間，如果供應給燃料電極的原料是氫氣，供應給空氣電極的原料是空氣，那么在燃料電極上由氫氣產生氫離子和電子。這些電子在到達空氣電極之前從外部端子出發經過外部電路。在空氣電極上，所供應空氣中的氧氣、經過電解質膜的氫離子、和經過外部電路到達空氣電極的電子一起反應生成水。這樣在燃料電極和空氣電極上都發生化學反應，并生成電荷，同時使該結構用作燃料電池。因為用于發電的原料氣體和/或液體燃料充裕以及發電所產生的產物為水，所以正在開發這種燃料電池以作為用于各種應用的潛在清潔能源。

管狀燃料電池(實心圓柱狀、中空圓柱狀、和中空燃料電池)是這種燃料電池的常規實例(例如參見日本專利早期公開No.2002-124273、日本專利早期公開No.2002-289220、日本專利早期公開No.2002-260685)。管狀燃料電池具有一種結構，其中燃料電極設置在管狀聚合物電解質膜的內表面或者外表面上，空氣電極設置在另一個表面上，管狀燃料電池還具有比平板燃料電池更容易減小尺寸的優點。通常由擠壓成型法(參見日本專利早期公開No.2002-124273)、浸沒方法(參見日本專利早期公開No.2002-289220)、或化學鍍方法(參見日本專利早期公開No.2002-260685)形成在管狀燃料電池中使用的組件(空氣電極/電解質膜/燃料電極)，從而在管狀電解質膜的內表面和外表面上形成催化劑層(燃料電極和空氣電極)。

在例如日本專利早期公開No.2002-124273所公開的擠壓成型法中，使用適當的溶劑將燃料電極的催化劑、電解質膜的固體電解質聚合物、和空氣電極的催化劑每個都轉換為流動的流體形式，然后通過實施整體擠壓成型處理獲得該組件，該處理按由內向外的順序生成燃料電極催化劑、固體電解質聚合物、和空氣電極催化劑的層。通過從擠壓噴嘴擠壓每種流體獲得整體成型產品，然后通過加熱所成型的產品使溶劑揮發而固化多層組件。

在例如日本專利早期公開No.2002-289220所公開的浸沒方法中，將中空的多孔載體浸入充滿包含空氣電極催化劑的樹脂溶液(漿料)中，然后取出并干燥而形成催化劑層(空氣電極)。然后使用相似的過程形成催化劑層和另一個催化劑層(燃料電極)，從而完成所述組件。

在例如日本專利早期公開No.2002-260685所公開的化學鍍方法中，使用化學鍍通過使空氣電極催化劑的水溶液與管形電解質膜接觸，而形成管形電解質膜外表面上的催化劑層(空氣電極)，然后沖洗整個管，并將懸浮形式的包含燃料電極催化劑的混合物注入管內，從而形成另一層催化劑(燃料電極)并完成所述組件。

另一方面，日本專利早期公開No.2003-100314公開了一種制造燃料電池的方法，該燃料電池包括位于平板聚合物電解質膜一個表面上的燃料電極和另一個表面上的空氣電極，其中通過采用加熱方法而將包含分散在其中的催化劑的樹脂溶液漿噴涂在平板聚合物電解質膜的表面上，以形成催化劑層。該噴涂法能夠制造其中形成具有良好均勻性的催化劑層的組件。

另外，日本專利早期公開No.H06-29031公開了一種制造圓柱狀固體電解質燃料電池的方法，包括通過將包含固體電解質的漿灌入模制模件中而形成電解質模，所述模件具有吸水性并且部分設置有防水或者抗水部件，取出防水或抗水部件隨后將含催化劑的漿灌入模制模件中以形成燃料電極，在通過取出防水或抗水部件所形成燃料電極的暴露部分上施加或噴涂漿，從而形成內部連線，進行烘干，然后通過浸沒方法在固體電解質膜的外部形成空氣電極，從而完成所述組件。