包括作为阳极的氢可渗透膜的燃料电池制造技术

一种燃料电池，包括氢可渗透膜、电解质层、阴极和氢不可渗透层。电解质层形成在氢可渗透膜上并且具有质子导电性。阴极布置在电解质层上。氢不可渗透层覆盖氢可渗透膜的侧壁。一种制造燃料电池的方法，包括在氢可渗透膜上形成具有质子导电性的电解质层、在形成电解质层之后利用电镀处理在氢可渗透膜的侧壁上形成氢不可渗透层、和在电解质层上形成阴极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术 一般地涉及燃料电池及燃料电池的制造方法。
技术介绍
本专利技术的一个或多个方面一般性涉及燃料电池以及该燃料电池的 制造方法。通常，燃料电池是从燃料、氢和氧获得电能的装置。由于燃料电池 在环境上的优异性以及可以实现高能量效率，因此被广泛发展为能量供 给系统。一些类型的燃料电池包括固体电解质，例如聚合物电解质燃料电池、固体氧化物燃料电池和氢可渗透膜燃料电池(HMFC)。其中，氢 可渗透膜燃料电池具有致密氢可渗透膜。该致密氢可渗透膜由具有氢渗 透性的金属构成，并且用作阳极。氢可渗透膜燃料电池具有在氢可渗透 膜上沉积具有质子导电性的固态电解质的结构。例如，日本专利申请公 开No.2005-1卯41 (下文中称为文献1)提出一种在具有氢渗透性的致 密金属基板上涂覆电解质的方法，作为制造氢可渗透膜燃料电池的方 法。但是，在文献l中，作为阳极的氢可渗透基板用作电解质支承层。 并且不可能将电解质的面积放大到超过阳极的面积，这不同于聚合物电 解质燃料电池。因此一些氢可能透过氢可渗透基板泄漏到阴极侧。根据上述情况作出本专利技术的各个方面。本专利技术的一个或多个方面提 供抑制氢透过氢可渗透基板泄漏到阴极侧的燃料电池以及制造该燃料 电池的方法。
技术实现思路
在一些示例性实施方案中，燃料电池包括氢可渗透膜、电解质层、 阴极以及氢不可渗透层。电解质层形成在氢可渗透膜上并且具有质子导 电性。阴极布置在电解质层上。氢不可渗透层覆盖氢可渗透膜的侧壁。 在该燃料电池中，因为氢不可渗透层覆盖了氢可渗透膜的侧壁，所以氢 透过氢可渗透膜泄漏到阴极侧得到抑制。因此可抑制燃料电池发电效率降低。在一个示例性实施方案中，氢不可渗透层可以是电解质层。在这种 情况下，可防止由氢不可渗透层与其他部件之间的接触所致的电短路。在一个示例性实施方案中，氢可渗透膜的侧壁可以是面向形成有电 解质层的氢可渗透膜上表面侧的斜面。在这种情况下，可以在氢可渗透 膜的侧壁上从一个方向形成氢不可渗透层。在一个示例性实施方案中，氢不可渗透层可以是镀覆层。在一些示例性实施方案中，燃料电池包括氢可渗透膜、电解质层、 阴极、气体通道和氢不可渗透层。电解质层形成在氢可渗透膜上并且具 有质子导电性。阴极布置在电解质层上。在气体通道中，含氢的燃料气 体流动与氢可渗透膜接触。氢不可渗透层覆盖除了氢可渗透膜的接触燃 料气体的表面之外的表面。在该燃料电池中，因为氢不可渗透层覆盖除 了氢可渗透膜的接触燃料气体的表面之外的表面，因而氢透过氢可渗透 膜泄漏到阴极侧得到抑制。因此，可以抑制燃料电池发电效率降低。在一些示例性实施方案中，制造燃料电池的方法包括在氢可渗透膜 上形成电解质层、在形成电解质层之后利用电镀处理在氢可渗透膜的侧 壁上形成氢不可渗透层、和在电解质层上形成阴极。电解质层具有质子 导电性。在该方法中，在所述电解质层上形成具有质子导电性的电解质 层。利用电镀处理在氢可渗透膜的侧壁上形成氢不可渗透层。而且，在 电解质层上形成阴极。在这种情况下，即使电解质层的厚度小于氢可渗透膜的厚度，也可 防止氢可渗透膜的上表面暴露。因此，氢透过氢可渗透膜泄漏到阴极侧 得到抑制。而且可减小电解质层的厚度。因为电解质层是绝缘层，因此 在电解质层上不形成镀覆层。因此可以在不掩蔽电解质层的情况下镀覆 氢可渗透膜的侧壁。因此，可缩短制造过程并降低生产成本。在一些示例性实施方案中，制造燃料电池的方法包括除去氢可渗透 膜的上表面的外周边缘、在除去所述外周边缘之后在所述氢可渗透膜的 上表面上形成电解质层、和在所述电解质层上形成阴极。所述电解质层 具有质子导电性。在一个示例性实施方案中，除去氢可渗透膜的上表面 的外周边缘，在所述氢可渗透膜上形成具有质子导电性的电解质层，和 在所述电解质层上形成阴极。在这种情况下，在对氢可渗透膜的上表面侧的外周边缘实施倒角之 后，形成电解质层。如果电解质层形成在氢可渗透膜的上表面上，则即 使电解质层的厚度小于氢可渗透膜的厚度，电解质层也能覆盖氢可渗透 膜的上表面和侧壁。因此，氢透过氢可渗透膜泄漏到阴极侧得到抑制。 从而可减小电解质层的厚度。而且，当在氢可渗透膜上从一个方向形成 电解质层时，防止氢可渗透膜的上表面暴露。在这种情况下，不必从多 个方向形成电解质层。因此，可缩短制造过程并降低生产成本。在一个示例性实施方案中，可以在除去外周边缘的步骤中蚀刻氢可 渗透膜的上表面的外周边缘。专利技术效果根据本专利技术，氢透过氢可渗透膜泄漏到阴极侧得到抑制。因此，根据 本专利技术可抑制燃料电池发电效率降低。附图说明下面将参考附图说明本专利技术的一个或多个方面的示例性实施方案，其中图l示出根据本专利技术第一实施方案的燃料电池的示意性截面图； 图2A 2E示出根据所述第一实施方案的燃料电池的制造流程图； 图3示出根据本专利技术第二实施方案的燃料电池的横截面图； 图4A 4C示出根据所述第二实施方案的燃料电池的制造流程图； 图5示出根据本专利技术第三实施方案的燃料电池的横截面图；和 图6A ~ 6D示出根据所述第三实施方案的燃料电池的制造流程图。 最佳实施方式 (第一实施方案)图1示出根据本专利技术第一实施方案的燃料电池100的示意性横截面 图。在第一实施方案中，氢可渗透膜燃料电池用作燃料电池。以下说明 燃料电池100的结构。如图l所示，燃料电池100具有隔离器1、隔离 器8、集电器2、集电器7、支撑框3、氢可渗透膜4、电解质层5和阴 极6。隔离器l由导电材料例如不锈钢制成。隔离器l在其上表面上具有邻近外周的凸起部。集电器2由导电材料例如多孔SUS430、多孑LNi、 多孔镀Pt的人1203或Pt网制成。集电器2层叠在隔离器1的中心区域 上。支撑框3由导电材料例如不锈钢制成。支撑框3支撑并增强氢可渗 透膜4和电解质层5。支撑框3通过隔离器1的凸起部和集电器2布置 在隔离器1上。支撑框3与隔离器1接合。在支撑框3中形成多个通孔 31。氢可渗透膜4层叠在支撑框3上。氢可渗透膜4由具有氢渗透性的金属制成。氢可渗透膜4用作提供 燃料气体的阳极，并用作支撑并增强电解质层5的支撑物。氢可渗透膜 4由金属例如钯、钒、钛或钽制成。氢可渗透膜4的厚度例如为约50nm ~ 100nm。通过倒角等方式除去氢可渗透膜4上表面侧的外周边缘。在这 种情况下，优选氢可渗透膜4的侧壁从氢可渗透膜4的上表面的外周边 缘到下表面的外周边缘倾斜。电解质层5布置在氢可渗透膜4的上表面和侧壁上。电解质层5由 质子导电材料例如钓钛矿质子导电材料(BaCe03等)或固体酸质子导 电材料(CsHS04等)制成。电解质层5具有质子导电性以及氢不可渗 透性。阴极6布置在氢可渗透膜4上表面上方的电解质层5区域上。阴 极6由导电材料例如辉钴矿镧、锰酸镧、银、铂、或碳载铂制成。集电器7由与集电器2相同的材料制成并且层叠在阴极6上。隔离 器8由导电材料例如不锈钢制成。隔离器8在其下表面上具有邻近外周 的凸起部。隔离器8层叠在集电器7上。隔离器8通过其凸起部与支撑 框3接合。在隔离器8与支撑框3之间的界面处布置有绝缘层(图1中 没有示出)。因此可以防止阳极和阴极之间的电短路。接着，说明燃料电池100的操作。将含氢的燃料气体供应到隔离器 1的气体通道。该燃料气体经集电器2和支撑框3的通孔31供应到氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，包括：　氢可渗透膜；　形成在所述氢可渗透膜上并且具有质子导电性的电解质层；　布置在所述电解质层上的阴极；和　覆盖所述氢可渗透膜的侧壁的氢不可渗透层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊泽康浩，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]