平板型燃料电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种平板型燃料电池，其包括电极－薄膜－电极装置，其中，所述薄膜由如下材料组成：其经向纤维（３１）是由电绝缘材料制成的连续纤维，而其纬向纤维相交替地是由绝缘材料制成的纤维（３１’）和由导电材料制成的纤维（３２），以便分别形成绝缘区（３４）和导电区（３３）。本发明专利技术还涉及一种用于制造所述燃料电池的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平板型燃料电池及其制造方法
本专利技术涉及平板型燃料电池，并涉及用于制作这种电池的方法。本专利技术的领域为平板型燃料电池，例如具有固体聚合物电解质的平板型燃料电池，它们适于产生从数百毫瓦到数百千瓦的电力，用于：固定的应用，例如用于电站或电厂锅炉；交通应用，例如用于陆地、海洋、或空运的交通工具；以及可便携或可移动的应用，例如用于便携的电话或计算机。
技术介绍
目前，大多数燃料电池基于夹层装置建造，该夹层装置由布置在电解质每一端的两个电极组成。这些电极通常由扩散层组成，活化层(催化剂层)沉积在扩散层上。不同的反应物，即燃料和氧化剂，到达两个电极的外表面。后者通过电解零件进行化学反应，从而在两个电极的端子处获得电压。如果燃料是氢，而氧化剂是氧，则在阳极发生氢的氧化，而氧在阴极还原为水。每个电极因此是电化学反应的中心，由此产生的电压即这两个反应之间的电位差，通常大约为1伏(电流为零)，这是因为氢在阳极氧化成质子，而氧在阴极还原为水。相对于标准电池，这个低电压是这种电池的主要障碍，而标准电池的基本电压可以上升到4伏(例如Li/C对)。为了消除这一问题，根据所谓的压滤技术，通-->常叠加大量的这种零件。但是，这一技术具有气体在每个电池内不良分布以及在堆栈内泄漏的问题，并随叠加零件的数量倍增而恶化。而且，隔离两个基本电池的双极板必须满足下列具体的物理和化学标准：-优良的电子导电率；-气体密闭性；-轻质；-对水、氧和氢的化学阻力；-低成本材料；-良好的可制造性。如今双极板满足不了这种标准，该标准需要使用昂贵的加工技术，或使用非常贵重的材料。而且，此类叠加通常是平行六面体(parallelepipedeous)的几何形状，不利于集成。为了克服这种缺陷，说明书结尾的参考文献[1]描述了一种用于燃料电池的新几何形状，该燃料电池可以在同一薄膜上联结多对电极，并可以人为地增加基本电压。此联结通过叠加彼此相互错位的材料来实现。其需要使用电绝缘气体分布板。如图1所示，这种燃料电池包括由多个独立电池10组成的装置，多个独立电池10彼此靠近或一个位于另一个之后，每个电池包括阳极11和阴极12，阳极11和阴极12紧紧密封着电解质层13。这些独立电池10彼此被绝缘区17隔开，并彼此通过导电部14连接，导电部14的第一端15连接第一堆栈10的阴极12，而这个导电部14的第二端16连接与其邻近的另一电池10的阳极。这种装置难于生产，不仅难在小规模制作不同的独立电池10，-->还难在建立它们的电连接。而且，密封问题仍然存在。为了消除这些缺陷，参考文献[2]提议了一种用于制造由基础燃料电池零件组成的装置的方法，通过形成多个基本电池，通过在绝缘纬线上用多个连续步骤将不同的零件沉积为悬浮而制成。图2例示了这种由基础零件组成、一次性完成的装置。这一装置的全部功能零件都是在纬线材料板之上和/或之内一个接一个沉积的部分，其厚度相当于离子导通层的厚度。首先，此装置包括外围密封垫21，放置在该板整个厚度之上，处于该板的外围。外围密封垫21是化学惰性和电绝缘以及离子绝缘材料。此装置的这些不同基本零件每个都由阳极22、阴极23和离子导体24组成，其中，阳极22布置在板的第一表面，阴极23布置在板的相反表面，离子导体24在该板整个厚度之上位于阳极22和阴极23之间。阳极22在离子导体24一侧上凸出，而阴极23在与阳极相反的一侧从离子导体24中凸出。这样一来，会发现，阳极22和阴极23的每个凸出部，在该板厚度内面向相邻电池的阴极23或阳极22，只除了第一端电池的阳极22和另一端电池的阴极23之外。电子导体26沉积在该板的整个厚度之上，使第n排的电池阳极22能够连接第n+1排的相邻电池的阴极23，前者面向后者放置，一个电池的电压Ui(0＜i＜5)输送给另一个电池。垂直绝缘层25将每个电子导体26和与它邻近的离子导体24的两个部分隔开。两个相邻垂直绝缘层25之间的距离可以为5毫米量级。第一集电极27放置在从第一端电池中凸出的阳极22上，第二集电极28放置在从另一端电池中凸出的阴极23上。在精心制作这类燃料电池中遇到的主要问题，一方面是离子导体/电子导体材料接口的密封，另一方面是在“电流交叉”中获得低的电子导电率值。这些低导电率值引发导致性能损耗和在这些交-->叉内发热的高电阻电压降(焦耳效应)。本专利技术的目的在于解决这种问题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种平板型燃料电池，其包括电极-薄膜-电极装置，其特征在于所述薄膜包括一种织布，其经向纤维是电绝缘材料的连续纤维，而其纬向纤维相交替地为绝缘材料纤维和导电材料纤维，从而分别形成绝缘区和导电区。优选地，绝缘材料纤维用聚合物或惰性玻璃制成。导电材料纤维是碳纤维或不锈钢纤维。这种电池明显具有以下优点：-通过取缔了设置垂直绝缘层的步骤，简化了制造；-通过在电交叉中提供大块电子导体，提高了性能；-电子导体的大小允许增加同一表面上的电极对的数量，由此增大电池的电压。本专利技术还涉及一种用于制造平板型燃料电池的方法，其包括如下步骤：-切割出理想形状的一片材料；-在此片材料外围的整个厚度之上沉积密封层，厚度稍微变厚；-在此片材料的整个厚度之上沉积离子导体；-在由此填充的所述材料片的第一表面上沉积阳极，而在后者的另一表面上沉积阴极；-在两端中一端的所述装置的阳极和另一端的所述装置的阴-->极上沉积集电极；所述方法特征在于，所述材料片是一片织布，其经向纤维是电绝缘材料的连续纤维，而其纬向纤维相交替地是绝缘材料纤维和导电材料纤维，以便分别形成绝缘区和导电区。优选地，绝缘密封垫沉积在每个导电区的每一侧上。由于此片织布的编织结构，故纤维为密切电接触，不像已知技术的装置，其中，导电颗粒嵌在粘结剂内，而电连续性不是绝对的。此片织布因此导致导电率增加2～10倍，从而可以提高电池的性能，并可以减少绝缘区的大小以及因此可以减少电池的大小。这类(整体或多组分)燃料电池技术的目标应用是既轻又可便携的系统，该系统需要大于1伏的电压供应，并存在重量和形状的问题。供给因此而建造的电池的燃料，可以作为压缩气体存储在电池的外侧上，或也可以按照氢化物吸收的形式存储，其可以制成与阳极接触的氢化物薄片。附图说明图1例示了已知技术的第一装置。图2例示了已知技术的第二装置。图3例示了根据本专利技术的局部导电的纬线。图4～6分别用横剖视图(图4A、5A和6A)和俯视图(图4B、5B和6B)例示了本专利技术方法的步骤。具体实施方式如图2所示，制作已知技术的并置平板型电池采用多孔基体，-->其局部填充适宜填充区将要执行的功能的材料。这种解决方案存在不同区域接口的密封问题。而且，电子导电率由于多孔材料的实际结构而必定不高。为克服这种缺陷，本专利技术使用一片由纤维组成的织布30来代替多孔基体。如图3所示，经向纤维31从电池的一端到另一端连续(没有接口，因而没有间距损失)，并是电绝缘材料。纬向纤维交替地用绝缘纤维31’和导电纤维32制作，从而实现电池零件的不同功能，并且并置这些零件，以便形成电池。绝缘纤维31和31’例如是聚合物纤维或化学惰性玻璃纤维。导电纤维32例如是碳纤维或不锈钢纤维。如图3所示，这些导电纤维32形成导电区33，以便在宽度b之上局部提供纬线厚度中的电子导电率。对于表面积为1平方米、厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板型燃料电池，其包括电极－薄膜－电极装置，其特征在于所述薄膜包括一种织布，其经向纤维（３１）是电绝缘材料的连续纤维，而其纬向纤维相交替地是绝缘材料纤维（３１’）和导电材料纤维（３２），从而分别形成绝缘区（３４）和导电区（３３）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2003-3-18 03500511.一种平板型燃料电池，其包括电极-薄膜-电极装置，其特征在于所述薄膜包括一种织布，其经向纤维(31)是电绝缘材料的连续纤维，而其纬向纤维相交替地是绝缘材料纤维(31’)和导电材料纤维(32)，从而分别形成绝缘区(34)和导电区(33)。2.根据权利要求1的燃料电池，其中，绝缘材料纤维(31、31’)用聚合物或惰性玻璃制成。3.根据权利要求1的燃料电池，其中，导电材料纤维(32)是碳纤维或不锈钢纤维。4.一种用于制造平板型燃料电池的方法，其包括如下步骤：-切割出理想形状的一片(30)材...

【专利技术属性】
技术研发人员：勒诺莫斯达勒，
申请(专利权)人：原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]