[發(fā)明專利]無機(jī)離子電導(dǎo)膜、包括該無機(jī)離子電導(dǎo)膜的燃料電池及其制造方法

有效

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• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN102017262A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳秉勳;公載景
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社EMW能源
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 栗若木

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無機(jī)離子電導(dǎo)膜、包括該無機(jī)離子電導(dǎo)膜的燃料電池及其制造方法，具體涉及一種以如下內(nèi)容為特征的無機(jī)離子電導(dǎo)膜、包括該無機(jī)離子電導(dǎo)膜的燃料電池及其制造方法，其特征在于：利用兩極氧化反應(yīng)制造出由無機(jī)被膜組成的無機(jī)離子電導(dǎo)膜，并將該無機(jī)離子電導(dǎo)膜應(yīng)用于燃料電池，從而制造出在所有溫度環(huán)境下都可以穩(wěn)定地運(yùn)行，性能高，不存在燃料泄漏等問題的燃料電池。

背景技術(shù)

燃料電池是指將氫離子與氧氣反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電流作為燃料使用的裝置。更具體地講，以離子電導(dǎo)膜為中心一側(cè)注入氫或者碳化氫等燃料且另一側(cè)注入氧氣或者空氣時(shí)，燃料側(cè)由于催化劑分解出氫而分成陽電子和電子。被分解出的陽電子通過離子電導(dǎo)膜與氧氣反應(yīng)而生成為水。產(chǎn)生的電子是用作電力的裝置。

燃料電池根據(jù)使用的燃料和結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)方式等分成若干種，其中，氫燃料電池和甲醇燃料電池采用高分子材質(zhì)離子電導(dǎo)膜作為所述離子電導(dǎo)膜。

所述高分子材質(zhì)離子電導(dǎo)膜的代表性例子就是磺化四氟乙烯系列高分子膜(商標(biāo)名稱：杜邦公司(DuPont)的全氟代磺酸酯(Nafion))。這是由磺化四氟乙烯組成的高分子主鏈結(jié)合由磺基終止的乙基全氟乙烯的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)模式中，據(jù)集群網(wǎng)絡(luò)模式相關(guān)解釋，逆轉(zhuǎn)微粒結(jié)構(gòu)離子集群連續(xù)分布于碳氟化合物格子內(nèi)部而形成于微粒之間，且通過具備大概10×10^-10m左右直徑的氣孔生成離子傳達(dá)路徑。

因此，內(nèi)含具備與此類似的陽電子功能的終止基的氣孔可以用作燃料電池的離子電導(dǎo)膜。所述高分子材質(zhì)離子電導(dǎo)膜的弊端如下。

采用高分子材質(zhì)離子電導(dǎo)膜作為離子電導(dǎo)膜時(shí)，根據(jù)燃料電池驅(qū)動(dòng)溫度的變化，膜的溫度也會(huì)發(fā)生變化。由于高分子的特性，溫度發(fā)生變化時(shí)，分子之間結(jié)合的間距也會(huì)發(fā)生變化。因此，形成于離子電導(dǎo)膜的離子傳達(dá)路徑的直徑也會(huì)發(fā)生變化。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，如果啟動(dòng)燃料電池，會(huì)發(fā)生不只傳達(dá)氫離子而是氫、或者碳化氫等燃料通過膜侵入的轉(zhuǎn)型線性，最終在燃料電池內(nèi)部出現(xiàn)陰極和陽極之間的極化現(xiàn)象，從而急劇降低燃料電池的性能。

而且，燃料電池使用的離子電導(dǎo)膜在其特征上需要對于壓力變化等機(jī)械沖擊具有很強(qiáng)的抗沖擊性。可是，高分子材質(zhì)離子電導(dǎo)膜對于上述機(jī)械沖擊的抗沖擊性較弱，長期使用時(shí)，其性能會(huì)變?nèi)酢?/p>

另外，高分子材質(zhì)離子電導(dǎo)膜從物理角度直接與化學(xué)物質(zhì)接觸。由于高分子的特征，這種接觸會(huì)引起不良化學(xué)反應(yīng)。其結(jié)果，會(huì)降低組成離子電導(dǎo)膜的物質(zhì)的性能。

而且，為了不損壞高分子材質(zhì)，需要在非常有限的啟動(dòng)溫度范圍內(nèi)運(yùn)行燃料電池。因此，需要放棄在高溫啟動(dòng)中可以得到的各種優(yōu)點(diǎn)。

因此，需要盡快開發(fā)出采用所述高分子材質(zhì)來解決可能會(huì)發(fā)生的弊端的離子電導(dǎo)膜而用作燃料電池所需離子電導(dǎo)膜。

發(fā)明技術(shù)問題的公開

為了解決以上問題，本發(fā)明的目的在于，采用并非高分子材質(zhì)的無機(jī)材質(zhì)制作燃料電池的離子電導(dǎo)膜，從而在所有的溫度環(huán)境下，即使是高溫環(huán)境下也可以運(yùn)行，得到在高溫環(huán)境下可以得到的各種優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，最大限度提高燃料電池的性能。

本發(fā)明的另一目的在于，采用無機(jī)材質(zhì)制作燃料電池的離子電導(dǎo)膜，從而即使溫度發(fā)生了變化，也可以制造出不存在燃料泄漏等問題的性能穩(wěn)定的燃料電池。

而且，本發(fā)明的又另一目的在于，對于燃料電池，采用不具備伸縮性的無機(jī)離子電導(dǎo)膜組成燃料電池的離子電導(dǎo)膜，解決現(xiàn)有燃料電池中存在的弊端，即，由于伸縮性帶來的可靠度降低問題，從而提供一種對于物理沖擊的抗沖擊性強(qiáng)且具有強(qiáng)大活力的燃料電池。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種包括如下步驟的無機(jī)離子電導(dǎo)膜制造方法，具體步驟包括(a)在金屬管內(nèi)部分布材質(zhì)與所述金屬相同的導(dǎo)線而輸入陰極電流并向所述金屬管輸入陽極電流的步驟以及(b)向所述金屬管和所述導(dǎo)線注入電解液，在輸入所述陽極電流的所述金屬管的內(nèi)壁和外壁中至少一部分形成具備若干個(gè)氣孔的無機(jī)被膜的步驟。

而且，本發(fā)明另一實(shí)施例中提供一種包括如下步驟的無機(jī)離子電導(dǎo)膜制造方法，具體步驟包括(a)與金屬板相隔給定間距的位置上分布材質(zhì)與所述金屬板相同的導(dǎo)線而輸入陰極電流并向所述金屬板輸入陽極電流的步驟以及(b)向所述金屬板和所述導(dǎo)線注入電解液，在輸入所述陽極電流的所述金屬板的至少一個(gè)面形成具備若干個(gè)氣孔的無機(jī)被膜的步驟。

在實(shí)施所述(b)步驟之后，還可以進(jìn)一步包括采用蝕刻法去除形成所述無機(jī)被膜之后殘留的所述金屬管或者所述金屬板中至少一部分的步驟。