專利名稱：具有防腐蝕集電器的微電池電化學(xué)裝置和組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電池電化學(xué)裝置和組件及其制造方法。特別是，本發(fā)明涉及包含高導(dǎo)電率、高耐腐蝕和高機(jī)械耐久性以及耐剝落和耐磨損的集電器的微電池電化學(xué)裝置和組件。
背景技術(shù)：
諸如蓄電池和燃料電池的電化學(xué)電池，具有以這樣的方式分開的正、負(fù)電極，以避免內(nèi)部短路，同時該電極與電解液介質(zhì)接觸，該電解液介質(zhì)與該電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電子流，因此當(dāng)該電路連接于外部負(fù)載時提供電能。
電化學(xué)能領(lǐng)域近來的創(chuàng)新是研制微電池——用于蓄電池、燃料電池和其他電化學(xué)裝置用途的小型電化學(xué)電池。微電池技術(shù)公開在Ray R.Eshraghi的美國專利第5,916,514號、5,928,808號、5,989,300號、6,004,691號、6,338,913號以及6,399,232號中。在這些專利中所描述的微電池結(jié)構(gòu)包括電化學(xué)電池組分與其相關(guān)的中空的纖維結(jié)構(gòu)。
上述Eshraghi的專利描述了微纖維形式的電化學(xué)電池，其包含第一集電器、薄膜隔離器、電解液介質(zhì)以及第二集電器。特別是，Eshraghi的專利公開了中空纖維狀薄膜隔離器，其充滿電解液介質(zhì)并具有設(shè)置在其內(nèi)部的第一金屬纖維(內(nèi)集電器)和設(shè)置在這種中空纖維狀薄膜分隔器的外表面的第二金屬纖維(外集電器)，其中，該第一和第二金屬纖維構(gòu)成該微電池的正、負(fù)集電器。
如上所述的多個纖維狀微電池然后可以串聯(lián)和/或并聯(lián)在一起，并包裝/包扎成整體的微電池組件，其特征在于高電流密度和高電壓輸出。
上述專利中描述的Eshraghi微電池的正、負(fù)集電器與可起反應(yīng)的電解液介質(zhì)接觸。因此它們經(jīng)受嚴(yán)厲的化學(xué)環(huán)境。由于微電池的集電器由非常細(xì)的金屬纖維制造，它們特別容易被腐蝕，這可能導(dǎo)致在單個微電池內(nèi)或在串聯(lián)或并聯(lián)的微電池之間的斷路，最終使微電池組件的使用壽命變短和/或減小微電池組件的能量密度。
Eshraghi的美國專利第6,338,913號和6,399,232號提出若干種控制腐蝕的結(jié)構(gòu)，用于增強(qiáng)微電池裝置或微電池結(jié)構(gòu)中的集電器的耐腐蝕性。例如，集電器可以用石墨材料制造，可選地，集電器可以由用含碳的耐腐蝕涂層涂覆的鋁、銅制造。雖然石墨或涂碳的集電器與常規(guī)的金屬集電器相比具有明顯增強(qiáng)的耐腐蝕性，但是它們在機(jī)械性能上不是耐用的(即，石墨集電器容易破裂，而碳涂層容易剝落，將下面的金屬芯暴露于腐蝕的電解液)，這將最終導(dǎo)致在微電池內(nèi)或微電池之間的斷路。
因此，本領(lǐng)域需要繼續(xù)發(fā)現(xiàn)并利用改進(jìn)的材料，制造這種微電池結(jié)構(gòu)中的高耐腐蝕、高導(dǎo)電率和高機(jī)械強(qiáng)度的集電器，并且因此，本發(fā)明的目的是提供微電池結(jié)構(gòu)或微電池組件，其包含由耐腐蝕材料制造的集電器，用于大大地延長這種微電池結(jié)構(gòu)或微電池組件的使用壽命并增強(qiáng)其可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
一方面本發(fā)明涉及纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)電極，與該內(nèi)電極接觸的中空纖維狀薄膜分隔器，包含在該中空纖維狀薄膜分隔器中的電解液，以及外電極，
其中，至少內(nèi)電極和外電極之一包括金屬包層復(fù)合物，其具有通過固相結(jié)合而結(jié)合在一起的兩層或更多層金屬層。
本發(fā)明的另一方面涉及電化學(xué)電池裝置，其包括如上所述的多個纖維狀微電池結(jié)構(gòu)。這種電化學(xué)電池裝置可以或者是燃料電池，或者是蓄電池單位。優(yōu)選，這種電化學(xué)電池裝置是燃料電池。
本發(fā)明的又一方面涉及燃料電池，其包括微電池纖維狀元件，其中，每個微電池纖維狀元件包括內(nèi)集電器、內(nèi)催化劑層、與該內(nèi)催化劑層和內(nèi)集電器接觸的中空纖維狀薄膜分隔器、包含在該中空纖維狀薄膜分隔器中的電解液、外催化劑層以及外集電器，其中，至少該內(nèi)集電器和外集電器之一包括金屬包層復(fù)合物，其具有通過固相結(jié)合而結(jié)合在一起的兩層或更多層金屬層。
本發(fā)明的其他方面、特征和優(yōu)點從隨后披露的內(nèi)容和權(quán)利要求中將會更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例由兩層金屬包層復(fù)合物構(gòu)成的微電池集電器的剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例由三層金屬包層復(fù)合物構(gòu)成的微電池集電器的剖視圖。
圖3是由金屬棒料構(gòu)成的圖2的三層金屬包層集電器的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)的剖視圖，具有由兩層金屬包層復(fù)合物構(gòu)成的內(nèi)集電器和外集電器。
圖5A-C是由各種形狀的金屬包層復(fù)合物構(gòu)成的集電器的剖視圖。
具體實施例方式
Eshraghi的美國專利第5,916,514號、5,928,808號、5,989,300號、6,004,691號、6,338,913號以及6,399,232號公開的內(nèi)容作為各自的整體并為了所有的目的通過參考結(jié)合于此。
如這里所用的，術(shù)語“微電池”是指電化學(xué)電池能產(chǎn)生或轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括具有包含在其中的電解液的薄膜分隔器。該電解液材料可以是均勻地分布在該薄膜分隔器中的固態(tài)離子交換材料，或固定在該薄膜分隔器的微孔中的固態(tài)離子交換微粒；可選地，該薄膜分隔器本身可以由起電解液介質(zhì)作用的離子交換材料構(gòu)成。該薄膜分隔器與導(dǎo)電的纖維接觸，該導(dǎo)電的纖維又與電催化劑接觸或用電催化劑涂覆，并且形成該電化學(xué)電池的正、負(fù)電極。
雖然在此以后的描述主要是真對本發(fā)明的燃料電池實施例，但是該描述可以類似地應(yīng)用于符合本發(fā)明的相應(yīng)的蓄電池單位和其他形式的電化學(xué)電池裝置。
蓄電池單位當(dāng)然不同于燃料電池，其不同之處在于，在蓄電池中起電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)出現(xiàn)并存儲在該電池內(nèi)，相反，在燃料電池中，當(dāng)希望進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時，電化學(xué)反應(yīng)是在該結(jié)構(gòu)外部完成的。因此，當(dāng)在蓄電池單位中使用時，該微電池不需要纖維中間的腔，從而相應(yīng)地簡化了用于蓄電池單位應(yīng)用中在微型組件裝置中的纖維束。因此用于蓄電池單位應(yīng)用中的微電池與用于燃料電池中的微電池在結(jié)構(gòu)和運行方面有所不同。
在本發(fā)明的具體實施例中，該微電池包括內(nèi)電極、與該內(nèi)電極接觸的薄膜分隔器、包含在該薄膜分隔器中的電解液，以及外電極，其中至少該內(nèi)電極和外電極的其中之一包括金屬包層復(fù)合物，該金屬包層復(fù)合物具有由第一金屬或金屬合金構(gòu)成的金屬芯，以及由第二金屬或金屬合金構(gòu)成的金屬外層，其中該金屬芯和金屬外層由固相結(jié)合相互結(jié)合在其分界表面處。
在常規(guī)的燃料電池中，由于電化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)和電解液的高度腐蝕性，通常避免使用裸露的固體金屬材料。在這種常規(guī)的燃料電池中用于構(gòu)成集電器的材料通常限制在石墨類材料。但是，石墨材料的機(jī)械強(qiáng)度和可成形性都很差，并且不適合構(gòu)成微電池結(jié)構(gòu)中的微纖維狀的集電器，其中，這種微纖維狀集電器的外徑通常在約100μm到約10mm的范圍內(nèi)。
Eshraghi的美國專利第6,338,913號和6,399,232號提出用耐腐蝕材料，例如含碳材料或非晶質(zhì)金屬，涂覆鋁或鈦集電器。但是這種涂覆缺少均勻性并在一些區(qū)域留下容易腐蝕的細(xì)微孔隙。而且，這種涂覆僅僅是通過范德文力松散地結(jié)合于下面的集電器元件，并且在嚴(yán)重的腐蝕條件下和表征燃料電池運行特性的熱循環(huán)過程中具有容易剝落和脫層的趨勢。
盡管在纖維狀微電池結(jié)構(gòu)中避免使用裸露的金屬材料是常規(guī)的明智，但是本發(fā)明采用金屬包層復(fù)合物形成上述的微電池裝置或結(jié)構(gòu)中的電極的纖維狀集電器，與上述石墨或涂碳的集電器相比其具有良好的耐腐蝕性和高機(jī)械強(qiáng)度和可成形性。因此，在本發(fā)明的金屬包層復(fù)合物中，使用固體金屬材料而沒有任何碳涂層或非晶質(zhì)金屬涂層，實施一種為本領(lǐng)域的常規(guī)的明智和方法所禁忌的方法，但是使用這種金屬包層復(fù)合物在耐腐蝕、導(dǎo)電率、機(jī)械強(qiáng)度和可靠性方面獲得令人吃驚的滿意結(jié)果是常規(guī)的明智尚未預(yù)料到的。
圖1示出在上述微電池中所用的集電器10的剖視圖。該微電池集電器10是兩層金屬復(fù)合物，包括金屬芯12和金屬外層14。
該金屬芯12由第一金屬或金屬合金構(gòu)成，優(yōu)選，由低電阻(例如，電阻小于10μΩ·cm，優(yōu)選小于1μΩ·cm)、高機(jī)械強(qiáng)度、良好的成形性以及低制造成本所表征特性的金屬或金屬合金構(gòu)成，例如，銅、鋁、黃銅、青銅、鎳、銀等。更優(yōu)選，該金屬芯12由選自下述一組的金屬構(gòu)成銅和鋁及其合金。最優(yōu)選，該金屬芯12由銅構(gòu)成。
該金屬外層14由第二金屬或合金構(gòu)成，優(yōu)選，由高耐腐蝕、高機(jī)械強(qiáng)度和良好的成形性表征特性的金屬或金屬合金構(gòu)成，例如，鈦、鈮、鎳、鋯、金、鉭、鉑、鈀、銀等。更優(yōu)選，該金屬外層14由選自下述一組的金屬構(gòu)成鈦、鈮、鎳、金、鉑及其合金，并且最優(yōu)選，這種金屬外層14由鈦構(gòu)成。
上述所列金屬和和合金僅僅是舉例性的，而不是企圖限制本發(fā)明的范圍。
該金屬芯12和金屬外層14通過固相結(jié)合在其分界面結(jié)合在一起，其是兩種不同的金屬的結(jié)合而在其分界面不形成任何液相物質(zhì)。
兩種不同金屬的固相結(jié)合由雙金屬熱擠壓工藝實現(xiàn)，其中該兩種金屬在高溫下被壓制在一起，以使得這兩種金屬以減小該金屬截面面積的方式變形。該高溫在從剛好高于具有較低重結(jié)晶溫度的金屬的最低重結(jié)晶溫度到兩種金屬能夠變形而在金屬結(jié)合的分界面沒有任何拉開或形成任何脆性化合物或液相物質(zhì)的最高溫度范圍內(nèi)。通過在這樣的高溫下施加壓力，任何兩種或多種金屬的固相結(jié)合層能夠形成多層金屬包層復(fù)合物。
固相結(jié)合的強(qiáng)度是這種金屬所經(jīng)受的高溫和變形量的函數(shù)。優(yōu)選，該高溫在從約400℃到約900℃的范圍內(nèi)，并且這種金屬經(jīng)受的變形量表示為這種金屬的截面面積減小的比例，例如，在從約7∶1(即，由于變形該截面面積從7減少到1)到64∶1(即，由于變形該截面面積從64減少到1)。
根據(jù)上述方法形成的固相結(jié)合通過隨后的熱壓合步驟可以進(jìn)一步增強(qiáng)。由這種熱壓合步驟提供的熱能增強(qiáng)金屬的原子活動性并影響在該金屬之間的結(jié)合分界面的結(jié)合面積的增長。結(jié)果，在這種金屬之間的固相結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，至少該微電池的內(nèi)、外電極之一包括金屬包層復(fù)合物，該金屬包層復(fù)合物具有由第一金屬或合金形成的金屬芯，由第二金屬或合金形成的中間金屬層，以及由第三金屬或合金形成的金屬外層，其中，該金屬芯、中間層和金屬外層通過固相結(jié)合在其各自的分界面相互結(jié)合在一起。
圖2示出了如上所述的微電池集電器20的剖視圖。該微電池集電器20是三層金屬包層復(fù)合物，包括金屬芯22、中間金屬層24和金屬外層26。
該金屬芯22由第一金屬或合金構(gòu)成，優(yōu)選，由用低電阻(即，電阻小于10μΩ·cm，優(yōu)選小于1μΩ·cm)、高機(jī)械強(qiáng)度、良好的成形性以及低制造成本表征特性的金屬或合金構(gòu)成，例如，銅、鋁、黃銅、青銅、鎳、銀等。更優(yōu)選，該金屬芯22由選自下面一組的金屬構(gòu)成銅、鋁及其合金，最優(yōu)選，該金屬芯22由銅構(gòu)成。
該中間金屬層24和金屬外層26分別由第二和第三金屬或合金構(gòu)成，該第二和第三金屬或合金優(yōu)選是由高耐腐蝕、高機(jī)械強(qiáng)度和良好的成形性表征特性的金屬或合金，例如，鈦、鈮、鎳、鋯、金、鉭、鉑、鈀、銀等。更優(yōu)選，用于構(gòu)成中間金屬層24的第二金屬或合金由選自下述一組鈦、鈮、鎳及其合金，而用于構(gòu)成金屬外層26的第三金屬或合金選自下述一組鈮、鉑、鉭、金、鋯及其合金。最優(yōu)選，中間金屬層24由鈦或鈦合金構(gòu)成，而金屬外層25由鈮或鈮合金構(gòu)成。
如上所述，這里所限定的具體金屬和金屬合金僅僅是示例性的，并不是要限制本發(fā)明的范圍。
下面是用于構(gòu)成本發(fā)明的微電池集電器所用的優(yōu)選的兩層和三層金屬包層復(fù)合物的列表

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的組合，圖2的三層微電池集電器20由下述步驟(如圖3所示)形成(1)提供基礎(chǔ)金屬棒32，其包含構(gòu)成圖2的金屬芯22的金屬或合金，例如銅或鋁；(2)提供第一金屬管34，其包含構(gòu)成圖2的中間金屬層24的金屬或合金，例如鈦、鈮或鎳，其中，該第一金屬管34的內(nèi)徑大于該基礎(chǔ)金屬棒32的直徑，以便該第一金屬管34能夠圍繞該基礎(chǔ)金屬棒32安裝；(3)提供第二金屬管36，其包含構(gòu)成圖2的金屬外層26的金屬或合金，例如鈮、鉭、鉑或金，其中，該第二金屬管36的內(nèi)徑大于該第一金屬管34的直徑，以便該第二金屬管36能夠圍繞該第一金屬管34安裝；
(4)將該基礎(chǔ)金屬棒32和該第一金屬管34，以及該第二金屬管36共同熱擠壓在一起，以形成金屬棒料40，其包括通過固相結(jié)合而結(jié)合在一起的三層金屬；以及(5)通過一系列的冷拉和熱處理步驟將該金屬棒料40拉伸成細(xì)金屬絲50，其中該細(xì)金屬絲50的特征是具有纖維狀結(jié)構(gòu)和細(xì)小的直徑，并且其中，該細(xì)金屬絲50包括對應(yīng)于圖2中的金屬芯22、中間金屬層24和金屬外層26的三種不同的金屬層(在圖3中看不見)。
該細(xì)金屬絲50可以切割成適當(dāng)?shù)拈L度并且用于構(gòu)成如上所述的微電池結(jié)構(gòu)或微電池組件的內(nèi)集電器和/或外集電器。
本發(fā)明的微電池集電器的外徑在從約100μm到約10mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從約100μm到約1000μm，最優(yōu)選從約200μm到約500μm。
如果本發(fā)明的微電池集電器包括如上所述的兩層金屬包層復(fù)合物，那么金屬芯的外徑可以在從約10μm到約10mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從約100μm到約1000μm，最優(yōu)選從約150μm到約500μm。
如果本發(fā)明的微電池集電器包括如上所述的三層金屬包層復(fù)合物，那么中間金屬層可以具有在從約100μm到約10mm的范圍內(nèi)的外徑，更優(yōu)選從約100μm到約1000μm，最優(yōu)選從約200μm到約500μm，而金屬芯的外徑以在從約10μm到約10mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從約100μm到約1000μm，最優(yōu)選從約150μm到約500μm。
但是，本發(fā)明的微電池集電器不限于如上所述的兩層金屬包層復(fù)合物或三層金屬包層復(fù)合物。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易構(gòu)造出具有額外的金屬或非金屬導(dǎo)電物質(zhì)層的金屬包層復(fù)合物，例如導(dǎo)電的聚合物，含碳的物質(zhì)或?qū)щ姷奶沾刹牧系?，用于進(jìn)一步增強(qiáng)用來構(gòu)成實踐本發(fā)明所用的微電池集電器的這種金屬包層復(fù)合物的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。
而且，該金屬包層復(fù)合物的金屬芯不限于如上所述的實心形式。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，這種金屬芯可以是空心的、管狀金屬元件，熱交換流體(例如空氣或熱交換液體)能夠通過它。以這種方式，包括這種空心管狀金屬芯的集電器同時用作熱交換管，用于將由電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到該微電池系統(tǒng)外面。
金屬包層復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和形狀不限于上面已經(jīng)描述并在圖1-4所示的例子。例如，這種金屬包層復(fù)合物可以具有各種規(guī)則或不規(guī)則形狀的截面，諸如圓形、半圓形、橢圓形、新月形、十字形、三角形、正方形、長方形、平行四邊形、梯形、多邊形、星形等。這種金屬包層復(fù)合物的表面可以是光滑的，粗糙的、帶尖的、帶槽的等。
圖5A-C示出不同截面形狀的各種金屬包層復(fù)合物。圖5A示出半圓形的金屬包層復(fù)合物310，其包括金屬芯312和金屬外層314。圖5B示出橢圓形的金屬包層復(fù)合物320，其包括金屬芯322和金屬外層324。圖5C示出星形的金屬包層復(fù)合物330，其包括金屬芯332和星形的金屬外層334。
由上述工藝形成的微電池集電器包括多層金屬，同時銅或鋁構(gòu)成的金屬芯具有高導(dǎo)電率，鈦、鈮、鉑或金的中間層/外層具有抗嚴(yán)厲化學(xué)環(huán)境的高耐腐蝕性，這種金屬集電器持續(xù)地暴露在這樣的化學(xué)環(huán)境中，并且在該金屬芯和中間/外層之間的固相結(jié)合確保機(jī)械強(qiáng)度和這種層結(jié)構(gòu)的可靠性，使這種中間/外層從該金屬芯的剝落的危險最小化。這種纖維狀微電池集電器的每層非常薄(例如從約1μm到約200μm)。但是，每層在其整個結(jié)合面是基本連續(xù)和均勻的，很少有或沒有易于腐蝕的細(xì)微孔隙。
通過使用這種微電池集電器，能夠大大地延長包括這種微電池集電器的整個微電池結(jié)構(gòu)或微電池組件的使用壽命。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的纖維狀燃料電池100，其包括內(nèi)集電器102，內(nèi)催化劑層110，與該內(nèi)催化劑層110和該內(nèi)集電器102接觸并包含電解液(未示出)的中空的纖維薄膜分隔器104，外催化劑層106，以及外集電器108。該電解液可以是包含在中空的纖維薄膜分隔器104中的固態(tài)離子交換微粒，或者該中空的纖維薄膜分隔器104整個地用起電解液作用的離子交換物質(zhì)構(gòu)成。
內(nèi)集電器102和外集電器108兩者均由兩層金屬包層復(fù)合物構(gòu)成，其包含銅的金屬芯112和鈦的金屬外層114。
與Eshraghi的美國專利第5,916,514號、5,928,808號、5,989,300號、6,004,691號、6,338,913號以及6,399,232號公開的微纖維狀集電器或集電器相比，用這里所披露的金屬包層復(fù)合物構(gòu)成的微纖維狀集電器的特點是大大地增強(qiáng)的耐腐蝕性，低電阻，更長的使用壽命，良好的機(jī)械強(qiáng)度和可延展性，更好的可靠性。
雖然已經(jīng)參考具體實施例/特征和方面描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明不限于此，而是延伸到其他修改、變化、應(yīng)用和實施例，因此所有這些其他修改、變化、應(yīng)用和實施例都被認(rèn)為是屬于本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)電極，與該內(nèi)電極接觸的中空纖維狀薄膜分隔器，包含在該中空纖維狀薄膜分隔器中的電解液，以及外電極，其中，至少內(nèi)電極和外電極之一包括金屬包層復(fù)合物，其具有通過固相結(jié)合而結(jié)合在一起的兩層或更多層金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬包層復(fù)合物包括金屬芯和金屬外層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括選自下面一組的第一金屬或合金銅、鋁、黃銅、青銅、鎳、銀及其混合物或合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括鋁或鋁合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬外層包括選自下面一組的第二金屬或金屬合金鈦、鈮、鎳、鋯、金、鉭、鉑、鈀、銀及其混合物和合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬外層包括選自下面一組的第二金屬或金屬合金鈦、鈮、鎳、金、鉑及其混合物和合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬外層包括鈦或鈦合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，而其中所述金屬外層包括鎳或鎳合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，而其中所述金屬外層包括鈦或鈦合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬包層復(fù)合物包括金屬芯、中間金屬層和金屬外層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括選自下面一組的第一金屬或金屬合金銅、鋁、黃銅、青銅、鎳、銀及其混合物或合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括鋁或鋁合金。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的中間金屬層包括選自下面一組的第二金屬或金屬合金鈦、鈮、鎳、鋯、金、鉭、鉑、鈀、銀及其混合物和合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的中間金屬層包括選自下面一組的第二金屬或金屬合金鈦、鈮、鎳及其混合物和合金。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的中間金屬層包括鈦或鈦合金。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬外層包括選自下面一組的第三金屬或金屬合金鈦、鈮、鎳、鋯、金、鉭、鉑、鈀、銀及其混合物和合金。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬外層包括選自下面一組的第三金屬或金屬合金鉑、金、鈮、鉭、鋯及其混合物和合金。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬外層包括鈮或鈮合金。
21.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鈦或鈦合金，而其中所述金屬外層包括鈮或鈮合金。
22.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鈦或鈦合金，而其中所述金屬外層包括鉑或鉑合金。
23.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鈦或鈦合金，而其中所述金屬外層包括金或金合金。
24.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鈦或鈦合金，而其中所述金屬外層包括鉭或鉭合金。
25.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鈦或鈦合金，而其中所述金屬外層包括鋯或鋯合金。
26.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鈮或鈮合金，而其中所述金屬外層包括鉑或鉑合金。
27.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鎳或鎳合金，而其中所述金屬外層包括鉑或鉑合金。
28.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬芯包括銅或銅合金，其中所述的中間金屬層包括鎳或鎳合金，而其中所述金屬外層包括金或金合金。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬包層復(fù)合物的外徑在從100μm到10mm的范圍內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬包層復(fù)合物的外徑在從100μm到1000μm的范圍內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬包層復(fù)合物的外徑在從250μm到500μm的范圍內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包層復(fù)合物包括通過固相結(jié)合而結(jié)合在一起的多于三層的金屬層。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包層復(fù)合物具有選自下述一組的截面形狀圓形、半圓形、橢圓形、新月形、十字形、三角形、正方形、長方形、平行四邊形、梯形、多邊形和星形。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包層復(fù)合物具有選自下述一組的截面形狀圓形、半圓形、橢圓形和星形。
35.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述金屬芯是可以流過熱交換流體的空心管狀的金屬元件，可以用于將熱傳導(dǎo)出所述纖維狀微電池結(jié)構(gòu)。
36.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，其中所述金屬芯是可以流過熱交換流體的空心管狀的金屬元件，可以用于將熱傳導(dǎo)出所述纖維狀微電池結(jié)構(gòu)。
37.一種電化學(xué)電池裝置，包括多個如權(quán)利要求1的纖維狀微電池結(jié)構(gòu)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的電化學(xué)電池裝置，構(gòu)成燃料電池。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的電化學(xué)電池裝置，構(gòu)成蓄電池單位。
40.一種包括微電池纖維狀元件的燃料電池，其中每個微電池纖維狀元件包括內(nèi)集電器，內(nèi)催化劑層，與該內(nèi)催化劑層和內(nèi)集電器接觸的中空纖維狀薄膜分隔器，包含在該中空纖維狀薄膜分隔器中的電解液，外催化劑層，以及外集電器，其中至少該內(nèi)、外集電器之一包括金屬包層復(fù)合物，其具有由固相結(jié)合而結(jié)合在一起的兩層或更多層金屬層。
全文摘要
一種纖維狀微電池結(jié)構(gòu)，包括(1)內(nèi)電極，(2)與該內(nèi)電極接觸的中空纖維狀薄膜分隔器，(3)包含在該中空纖維狀薄膜分隔器中的電解液；以及(4)外電極，其中，至少內(nèi)電極和外電極之一包括金屬包層復(fù)合物，其具有由固相結(jié)合而結(jié)合在一起的兩層或更多層金屬層。優(yōu)選地，這種纖維狀微電池結(jié)構(gòu)是燃料電池，其包括內(nèi)集電器，內(nèi)催化劑層，與該內(nèi)催化劑層和內(nèi)集電器接觸的中空纖維狀薄膜分隔器，包含在該中空纖維狀薄膜分隔器中的電解液，外催化劑層，以及外集電器。
文檔編號H01M2/16GK1666375SQ03815836
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者雷·R·埃什拉吉 申請人:微電池公司