[發明專利]具有非對稱構造的燃料電池和燃料電池組件及其方法

有效

• 申請號: 201080064904.0
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102792503A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: J·施魯特恩;P·索貝杰庫;G·F·麥克萊恩
• 申請（專利權）人: 法商BIC公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;遲姍

背景技術

燃料電池可以作為越來越多的大規模應用的電源，例如：材料處理(例如鏟車)、運輸(電動和混合動力車輛)及離網電源(例如，用于應急電源或通信)。現在開發了用于便攜式消費應用的較小的燃料電池，便攜式消費應用例如：筆記本電腦、移動電話、個人數字助理(PDA)及類似物。

在常規的傳統燃料電池(例如燃料電池堆)中，燃料經由具有流體通道的雙極板行進至膜電極組件(MEA)的陽極。除了燃料分配之外，雙極板還用于分離單位燃料電池。雙極板的使用可增加燃料電池堆和系統所占的空間。為了確定雙極板和MEA之間存在電氣接觸并防止燃料和氧化劑泄漏，傳統的燃料電池堆必須利用壓縮力保持在一起。各種組件可被用于將傳統的燃料電池堆保持在一起。因此，傳統的燃料電池堆可能需要許多部件，并且組件可能十分復雜。

燃料電池也可以以邊緣收集的配置連接在一起，例如，平面配置。在一些邊緣收集的燃料電池設計中，電流從各單位電池的邊緣收集并在燃料電池的平面中流動。

一些邊緣收集的或平面燃料電池系統不使用壓縮力來維持燃料電池層和燃料電池系統的各種其他組件之間的良好接觸。在這些燃料電池系統中，可通過其他手段將組件組裝和保持在接觸狀態。

邊緣收集的燃料電池可用于驅動便攜式消費應用，例如，筆記本電腦、移動電話、個人數字助理(PDA)及類似物。通常在這些應用中，用于燃料電池系統的空間較小。

發明內容

本發明的實施方式涉及用于燃料電池層的復合材料，其包括多個電子導電元件，多個離子導電元件，每個離子導電元件具有第一表面和第二表面，其中每個離子導電元件位于兩個電子導電元件之間。電子導電元件和離子導電元件形成層，并且，離子導電元件或電子導電元件中的至少一個在一個或多個維度上是幾何非對稱的。

本發明的實施方式還涉及燃料電池，其包括幾何上非對稱的具有第一表面和第二表面的離子導電元件以及兩個或多個具有第一表面和第二表面的電子導電元件的復合材料層。離子導電元件位于電子導電元件之間，并且兩個電極涂層中的每一個都與離子導電元件離子接觸，并與電子導電元件中的一個電子接觸。

附圖說明

附圖展示了本發明的非限制性實例。在附圖中，相似的標號表示類似的組件，但并非一定相同。具有不同字母下標的相似標號表示組件的類似但未必相同的不同實例。

圖1A和1B分別是第一實例的平面燃料電池層和第二實例的平面燃料電池層的橫截面視圖。

圖2A和2B分別是根據第一實施方式的非對稱平面燃料電池和非對稱復合材料的橫截面視圖。

圖3A和3B分別是根據第二實施方式的非對稱平面燃料電池和非對稱復合材料的橫截面視圖。

圖4A、4B和4C分別是根據第三實施方式的非對稱平面燃料電池和非對稱復合材料的橫截面視圖。

圖5A、5B、5C和5D是根據第四、第五、第六和第七實施方式的非對稱燃料電池的橫截面視圖。

圖6是根據實施方式的一種可能的制備非對稱平面燃料電池層的方法的程序框圖。

圖7是根據實施方式的具有非對稱燃料電池層的燃料電池系統的擴展立體圖。

圖8是圖7的燃料電池系統的橫截面視圖。

具體實施方式

在下述說明中，列出了具體細節以更透徹地理解本發明。然而，可以在不具有這些詳細說明的情況下實施本發明。在其他實例中，為避免不必要地混淆本發明，未示出或詳細描述公知的元件。附圖以示例的方式示出了實施本發明的具體方式。可以組合這些實施方式，可以利用其他元件，或者可以在不脫離本發明范圍的情況下完成結構或邏輯變化。因此，說明書和附圖應該被示為示例性的，而不是限制性的。

通過引用將本文中所提及的所有公開文獻、專利和專利文獻整體并入本文中，如同獨立地通過引用并入此文一樣。如果在本文和通過引用并入本文的那些文獻之間存在不一致的用法，并入的文獻中的用法應該被視為對本文的補充；對于不可調和的不一致的用法，以本文中的用法為準。

在本文中，如專利文獻中所常見的，使用了術語“一個”以包括一個或不止一個，獨立于其他任何實例或使用“至少一個”或“一個或多個”。在本文中，術語“或”用于指非排他性的或，因而，除非另有說明，“A、B或C”包括“僅A”、“僅B”、“僅C”、“A和B”、“B和C”、“A和C”以及“A、B和C”。