[發(fā)明專利]用于制造由薄層制成的燃料電池的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680049879.2
• 申請(qǐng)日: 2006-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101401244A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 帕斯卡爾·布羅;讓·迪朗;斯特凡妮·魯阿爾代斯;阿蘭·勒克萊爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家科學(xué)研究中心;奧爾良大學(xué);蒙彼利埃第二大學(xué);蒙彼利埃國(guó)立高等化學(xué)學(xué)院;普里馬維代公司
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 蔡勝有;王春偉

1.一種制造由薄層制成的燃料電池的方法，所述方法包括以下步驟：

-在真空室中，通過(guò)等離子體噴涂在氣體擴(kuò)散載體上沉積第一多孔碳電 極，該電極還包括催化劑，該催化劑用于加速在該燃料電池中發(fā)生的化學(xué) 反應(yīng)中的至少一種，

-在所述第一電極上沉積由離子導(dǎo)電材料制成的膜，該膜優(yōu)選具有小于 20微米的厚度，和

-在真空室中，通過(guò)等離子體噴涂在所述膜上沉積第二多孔碳電極，所 述第二電極還包含催化劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方 法沉積所述膜。

3.根據(jù)之前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述膜的材料包括具有 磺酸端基和可能的氟的碳網(wǎng)絡(luò)。

4.根據(jù)之前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積的碳的孔隙率 為20％～50％。

5.根據(jù)之前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述催化劑包括選自包 含以下的組中的物質(zhì)：

-鉑，

-鉑合金諸如鉑釕、鉑鉬和鉑錫合金，

-非鉑金屬諸如鐵、鎳和鈷，和

-這些金屬的任意合金。

6.根據(jù)之前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積的第一電極構(gòu) 成所述燃料電池的陽(yáng)極。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積的第一電極 構(gòu)成所述燃料電池的陰極。

8.根據(jù)之前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所有的沉積步驟在單個(gè) 真空室中進(jìn)行。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意一項(xiàng)所述的方法，其中在第一真空室中進(jìn)行 所述電極的沉積步驟，在通過(guò)真空氣鎖連接至所述第一真空室的第二真空 室中進(jìn)行沉積所述膜的步驟。

10.根據(jù)之前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中沉積所述第一多孔碳電 極和/或第二多孔碳電極的步驟包括在所述載體上和/或在所述膜上交替和/ 或同時(shí)沉積多孔碳和催化劑的步驟，選擇每個(gè)多孔碳層的厚度，使得在該 碳層上沉積的催化劑實(shí)際擴(kuò)散到整個(gè)該層中，由此產(chǎn)生小于2微米的所述 電極中的催化碳層，并且優(yōu)選不超過(guò)1微米。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述沉積第一碳電極和/或第二碳 電極的步驟還包括在至少一次催化劑的沉積之后沉積離子導(dǎo)體諸如 “Nafion”的步驟。

12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中通過(guò)等離子體噴涂沉積所述 質(zhì)子導(dǎo)體。

13.根據(jù)權(quán)利要求10～12中任意一項(xiàng)所述的方法，其中存在于所述連續(xù)的 催化碳層中的催化劑原子數(shù)目和碳原子數(shù)目之間的比率根據(jù)所述電極厚 度中的給定分布模式變化。

14.根據(jù)權(quán)利要求10～13中任一項(xiàng)所述的方法，其中為制造運(yùn)行功率高于 給定值例如500mW/cm²的燃料電池，在最接近所述燃料電池的膜的所述 碳層上沉積的催化劑的量使得在由此產(chǎn)生的所述催化碳層中存在的催化 劑原子數(shù)目和碳原子數(shù)目之間的比率小于50％。

15.根據(jù)權(quán)利要求10～14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中為制造運(yùn)行功率低 于給定值例如500mW/cm²的燃料電池，在最接近所述燃料電池的膜的所 述碳層上沉積的催化劑的量使得在由此產(chǎn)生的所述催化碳層中存在的催 化劑原子數(shù)目和碳原子數(shù)目之間的比率小于20％。

16.根據(jù)權(quán)利要求10～15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，為了制造功率低于 500mW/cm²的燃料電池，沉積的催化劑的量使得在最接近所述燃料電池 的膜的催化碳層中存在的催化劑原子數(shù)目與碳原子數(shù)目的比率大于在距 該膜最遠(yuǎn)的催化碳層中存在的催化劑原子數(shù)目與碳原子數(shù)目的比率的10 倍。

17.根據(jù)權(quán)利要求10～16中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積的多孔碳 層全部具有相同的厚度。

18.一種由薄層制成的燃料電池，所述薄層具有使用根據(jù)之前權(quán)利要求中 任一項(xiàng)所述的方法得到的那些特征。