[發明專利]燃料電池

無效

• 申請號: 99805931.5
• 申請日: 1999-03-31
• 公開（公告）號: CN1300451A
• 公開（公告）日: 2001-06-20
• 發明（設計）人: T·巴思;K·卡斯珀;B·塞弗里克
• 申請（專利權）人: 卡爾·弗羅伊登貝格公司
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 黃澤雄

技術領域

本發明涉及燃料電池，它包含一個外殼、至少一個質子傳導性的第一層，該層的兩側被催化劑涂層覆蓋、碰觸到催化劑層且在第一層兩側的可導氣的電極、呈導電板形式的第二層，它與電極以密切相鄰的距離作電導性地接觸且與電極共同限定出導氣的通道，其中一層與另一層以基本上平整的表面接觸。

現有技術

這樣一種燃料電池由“科學領域(Spektrum?der?Wissenschaft)”,1995年7月，第98頁中已知。其中通道模制成在雙極板中的相互平行地延伸。其制備相應地耗費且昂貴。該已知燃料電池的高的重量/功率比是不令人滿意的。

在燃料電池中，要考慮在氫與氧反應中離子通路和電路的分離，以便由化學能直接地獲得電能。

不同類型的燃料電池的性能和作用方式已由K.-D.Kreuer和J.Maier描述在“科學領域”(1995年7月)，92-96頁中。

在燃料電池中使用的電極必須是良好導電的(電阻約0.1Ωcm^-1)。此外它不能妨礙化學反應。它還必須與電解質和催化劑相適應且是化學和物理惰性的，即它在陰極的強氧化性條件下和在陽極的強還原性條件下不產生不希望的化合物。

為了將多個單一的電池連接成電池組，在第一和第二層之間排布的電極必須具有足夠的力學負荷能力。此外，材料-和工藝費用、壽命和環境相容性也成為重要的因素。

發明描述

本發明的目的是制備一種開頭所說的燃料電池，它是技術上簡單的和制備費用上便宜的。

按照本發明，該目的可通過開頭所說類型的、具有權利要求1所述特征的燃料電池來達到。在從屬權利要求中規定了有利的實施方案。

按本發明的燃料電池有如下設計，其電極由至少一個層狀物構成，該層狀物由聚合物材料的碳化纖維形成，它被在至少一個方向上沿平行于其表面延伸的流動通道交截。

碳化纖維在一側接觸著催化劑層，而另一側導電性板以與它鄰近的距離-它一方面導致在規定的應用中能很好地將釋放出的電子導走，且另一方面將第一層和第二層很好地相互機械夾持。第一層和第二層的厚度可相應地降低，其結果是，與現有技術已知的燃料電池相比，它有明顯改善的重量/功率比。一個由此產生的結果是，降低了每個功率單位所需的體積。對于節省下來的空間，可以安排更多的燃料電池，這更適用于在Kfz-領域中的應用，且可相應地改進可提供的總功率。

從結構的角度看，按本發明的燃料電池具有優點，因為現已不需要使用麻煩的方法來產生導氣通道且隨后以復雜的方式來密封：在按本發明的電池中可以以一種很簡單的辦法同樣也能產生所有的層，這明顯地簡化了電池的制備和密封，且帶來了另外的優點，第一層幾乎全部可導通質子，且第二層全部可導通電子。

當產生電極的層狀物是由一種無紡材料、織物或針織品形成的時，已證明是有利的。這種纖維應當具有的纖度為10-50dtex，優選為15-35dtex。適用的是，在其厚度為1-6mm的情況下，這種層狀物總體的平面重量為50-250g/m²。

這樣的層狀物可以構造成類似于波紋紙板的多層結構，在兩個較厚的蓋層之間至少有一個安排在中間的、敞開的結構化的支撐層，以便以最佳的方式滿足不同的目的：其一為，它產生對質子導通性的第一層的最佳支撐，這使得以密切相鄰的距離的接觸變得有意義；其二是，使在具體的應用中產生出的電子能經過導電板很好地導走；其三是，在避免壓力損失的前提下，能保證第一層與在具體應用中所需的操作(驅動)氣體有很好的碰撞，這要求電極在平行于其表面的方向上有良好的導電能力。特別地，一種構造-其中形成支撐層的纖維基本上垂直于蓋層延伸的方向排布-將以特別好的方式達到這個目的。它們還可沿著通道限定出的巷道排布，且例如通過鏈式線圈的隙縫或通過分別產生的螺旋圈而形成，它嵌入兩蓋層之間的中間空間且必要時與之相聯結。形成電極的纖維優選由導電性的聚合物材料、例如碳化聚丙烯腈或瀝青組成。使用金屬也是可能的。該纖維在蓋層范圍內的直徑可以比在支撐層范圍內的直徑要小些，以便在盡可能少地妨礙導電能力的情況下獲得最佳的電子通路。

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

附圖中展示了一個燃料電池的從上往下看的直立視圖，其中為了改善直觀效果而省去了外殼。該燃料電池包括一個質子導通性的第一層1，它的兩側被催化劑層5覆蓋。在催化劑層5朝外的表面上，附著了透氣性的電極2，電極2結合在導電性板形式的、與催化劑層5相避開的第二層3上。