專利名稱：單極的膜電極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作便攜式電子設(shè)備電源的單極直接液體燃料電池，更具體地，本發(fā)明涉及電流收集體布置在催化劑層的上部或下部的單極膜電極組件(monopolar membrane-electrode assembly)。
背景技術(shù)：
直接甲醇燃料電池(DMFC)通過作為燃料的甲醇與作為氧化劑的氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，并且具有高能量密度和電流密度。DMFC的優(yōu)點(diǎn)是，直接將甲醇給料于DMFC，不需要外圍設(shè)備如燃料重整器；及容易實(shí)施液體燃料的貯存和供給。
單極型DMFC可以制成又薄又小的DMFC，因?yàn)樵诙鄠€(gè)單元電池排列在一個(gè)電解質(zhì)片上之后，通過串聯(lián)這些單元電池，可以減小DMFC的厚度和體積。
US 6410180公開了布置在電極上的篩網(wǎng)形集電體(current collector)和連接該集電體的導(dǎo)體。然而，由于集電體布置在電極上，所以在電極和集電體之間存在間距差(step difference)。因此，存在液體燃料泄漏以及泄漏的液體燃料會(huì)沿著導(dǎo)電材料流動(dòng)的危險(xiǎn)。此外，由于導(dǎo)體與電極之間的接觸電阻的增加，以及產(chǎn)生于催化劑層中的電子通過電極的燃料擴(kuò)散部和支撐件遷移到集電體中的阻力的增加，所以DMFC的效率會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單極的膜電極組件，其通過將電流收集體(currentcollecting body)布置在電極與電解質(zhì)膜之間而使電阻最小化。
本發(fā)明還提供一種單極的膜電極組件，其通過將電流收集體布置在電極的催化劑層與燃料擴(kuò)散部之間而使電阻最小化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種單極的膜電極組件，其包括具有多個(gè)單元電池區(qū)(單元電池區(qū))的電解質(zhì)膜；分別形成于電解質(zhì)膜兩面的單元電池區(qū)的多個(gè)陽極電流收集體和多個(gè)陰極電流收集體；及分別形成于陽極集電體和陰極集電體上的多個(gè)陽極和多個(gè)陰極。
每個(gè)電流收集體可以包括收集單元電池區(qū)上的電流的集電體；及與該集電體的側(cè)面相連的導(dǎo)體。
電解質(zhì)膜可以包括多個(gè)開孔(opening)，而且陰極集電體的導(dǎo)體末端可通過所述開孔與相鄰陽極集電體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)的方式電連接。
陰極集電體的導(dǎo)體末端和陽極集電體的導(dǎo)體末端可以布置在開孔上，而且該開孔可以填充有導(dǎo)電的金屬。
陰極集電體的導(dǎo)體末端和陽極集電體的導(dǎo)體末端可從電解質(zhì)膜中暴露出來，使得陰極集電體的導(dǎo)體末端與陽極集電體的導(dǎo)體末端彼此以串聯(lián)的方式電連接。
電流收集體可由電導(dǎo)率為1S/cm或更大的第一金屬形成，或者由導(dǎo)電的高聚物形成。
第一金屬可選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
所述第一金屬可涂有第二金屬。
第二金屬可選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
導(dǎo)電的高聚物可以為選自聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種。
集電體可利用濺射法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、電沉積法、構(gòu)圖法或金屬蝕刻法形成。
集電體可以形成金屬網(wǎng)形。
該組件可進(jìn)一步包括陽極支撐體和陰極支撐體，其形成于電解質(zhì)膜的兩個(gè)表面上，并且各自包括多個(gè)與單元電池區(qū)對(duì)應(yīng)的第一開孔，使得陽極電流收集體和陰極電流收集體可以布置在第一開孔上。
電解質(zhì)膜和支撐體可分別包括多個(gè)第二開孔，而且陰極電流收集體的導(dǎo)體末端可通過第二開孔與相鄰陽極電流收集體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)的方式電連接。
陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和陽極電流收集體的導(dǎo)體末端可以布置在第二開孔上，而且第二開孔可填充有導(dǎo)電的金屬。
陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和陽極電流收集體的導(dǎo)體末端可從電解質(zhì)膜中暴露出來，以便陰極電流收集體的導(dǎo)體末端與陽極電流收集體的導(dǎo)體末端彼此以串聯(lián)的方式電連接。
支撐體可由非導(dǎo)電的聚合物形成。
支撐體可由選自聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一種形成。
支撐體和電流收集體可彼此形成整體，以形成柔性印刷電路板(FPCB)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種單極的膜電極組件，其包括含有多個(gè)單元電池區(qū)的電解質(zhì)膜；形成于電解質(zhì)膜兩面的每個(gè)單元電池區(qū)的催化劑層；分別形成于催化劑層上的陽極電流收集體和陰極電流收集體；及分別形成于陽極電流收集體和陰極電流收集體上的陽極擴(kuò)散區(qū)和陰極擴(kuò)散區(qū)。


通過參照附圖詳述其示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的包括電流收集體的單極膜電極組件的截面示意圖；圖2是圖1的電解質(zhì)膜的平面圖；圖3和圖4是嵌入圖1之膜電極組件中的電流收集體的平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的單極膜電極組件的截面示意圖；圖6和圖7是嵌入圖5之膜電極組件中的電流收集體的平面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的其中結(jié)合有電流收集體的單極膜電極組件的截面示意圖；圖9是圖8中的支撐體的平面圖；圖10和圖11是形成于圖8之支撐體上的集電體、導(dǎo)體和端子的平面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的包括電流收集體的膜電極組件的示意性分解透視圖；圖13是比較根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單元燃料電池和使用布置在電極上的Ni-網(wǎng)作為集電體的常規(guī)單元燃料電池的性能的曲線圖，其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單元燃料電池包括在電解質(zhì)和催化劑層之間嵌有電流收集體的膜電極組件；圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單元燃料電池的性能曲線，其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單元燃料電池包括具有嵌入在催化劑層與燃料擴(kuò)散部之間的電流收集體的膜電極組件；圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的燃料電池的性能曲線圖，其中該燃料電池包括具有12個(gè)單元電池的、且當(dāng)中嵌有電流收集體的膜電極組件；及圖16是圖15的燃料電池的功率密度-時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照其中給出了本發(fā)明示例性實(shí)施方案的附圖，更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖1是根結(jié)本發(fā)明實(shí)施方案的包括電流收集體的單極膜電極組件的截面示意圖，圖2是圖1的電解質(zhì)膜的平面圖，圖3和圖4是嵌入到圖1之膜電極組件中的電流收集體的平面圖。
參見圖1至圖4，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單極膜電極組件100包括具有多個(gè)單元電池區(qū)，即8個(gè)單元電池區(qū)(第一至第八單元電池)的電解質(zhì)膜110。具有網(wǎng)形的陽極集電體120(A1～A8)形成在電解質(zhì)膜110之第一表面111的每個(gè)單元電池區(qū)上。導(dǎo)體122形成于陽極集電體120的側(cè)面。另外，陽極130安裝在陽極集電體120上。
具有網(wǎng)形的陰極集電體160(C1～C8)形成于電解質(zhì)膜110之第二表面112的每個(gè)單元電池區(qū)上。導(dǎo)體162形成于陰極集電體160的側(cè)面。陰極170形成在陰極集電體160上。
集電體和導(dǎo)體構(gòu)成電流收集體。
圖3是陽極集電體A1～A8和電解質(zhì)膜110的平面圖，圖4是陰極集電體C1～C8和電解質(zhì)膜110的平面圖。用于與外部電連接的端子124和164與陽極集電體A1的導(dǎo)體122和陰極集電體C8的導(dǎo)體162相連。端子124和164可從陽極集電體A1的導(dǎo)體122和陰極集電體C8的導(dǎo)體162中伸出。
陰極集電體C1的導(dǎo)體162的末端162a，通過形成于電解質(zhì)膜110上的開孔110a(參見圖2)，與陽極集電體A2的導(dǎo)體122的末端122a電連接。亦即，導(dǎo)電的金屬115填充開孔110a。如上所述，單元電池的陽極集電體A2～A8各自通過開孔110a分別與陰極集電體C1～C7電連接。因此，這八個(gè)單元電池是彼此串聯(lián)的。
集電體120和160，導(dǎo)體122和162，導(dǎo)電金屬115，及端子124和164可由第一金屬(即電導(dǎo)率為1S/cm或更大的過渡金屬)形成。另外，第一金屬可涂有第二金屬，以防止第一金屬腐蝕。
第一金屬和第二金屬可由Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金構(gòu)成。可以使用導(dǎo)電的高聚物材料如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩，代替第一金屬。
集電體可如此形成在電解質(zhì)膜上直接形成第一和第二金屬，或者另外形成集電體并將該集電體結(jié)合在電解質(zhì)膜上。前面的方法包括濺射法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法和電沉積法，后面的方法采用構(gòu)圖或蝕刻的以具有電流收集體形狀的金屬薄膜。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單極膜電極組件100中，與陽極130和陰極170相連的導(dǎo)體的長度非常短，因?yàn)殛枠O130和陰極170通過形成于電解質(zhì)膜110中的開孔110a直接相連，因而具有低電阻。另外，由于陽極和陰極集電體120和160布置在電解質(zhì)膜110與陽極130和陰極170的催化劑層之間，所以催化劑層中產(chǎn)生的電子，直接收集在與催化劑層直接相連的集電體中。因此，當(dāng)催化劑層中產(chǎn)生的電子經(jīng)過電極的燃料擴(kuò)散部和電極支撐體時(shí)，在常規(guī)的催化劑層中不產(chǎn)生任何電阻。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的單極膜電極組件200的截面示意圖，圖6和圖7是嵌入到圖5的膜電極組件中的電流收集體的平面圖。相同的附圖標(biāo)記代表與圖1至圖4中相同的元件，這里省略了對(duì)它們的詳細(xì)說明。
參照?qǐng)D5至圖7，根據(jù)本發(fā)明的單極膜電極組件200包括具有多個(gè)單元電池區(qū)，即八個(gè)單元電池區(qū)(第一至第八單元電池)的電解質(zhì)膜210。具有網(wǎng)形的陽極集電體220(A1～A8)形成在電解質(zhì)膜210的第一表面211的每個(gè)單元電池區(qū)。導(dǎo)體222形成于陽極集電體220的側(cè)面。另外，陽極230安裝在陽極集電體220上。
具有網(wǎng)形的陰極集電體260(C1～C8)形成在電解質(zhì)膜210的第二表面212的每個(gè)單元電池區(qū)。導(dǎo)體262形成于陰極集電體260的側(cè)面。陰極270形成在陰極集電體260上。
導(dǎo)體222和262的末端222a和262a延伸至電解質(zhì)膜210的外部。電極230和270各自包括催化劑層、燃料擴(kuò)散部和電極支撐體。
圖6是陽極集電體A1～A8和電解質(zhì)膜的平面圖，圖7是陰極集電體C1～C8和電解質(zhì)膜的平面圖。陽極集電體A1的導(dǎo)體222和陰極集電體C8的導(dǎo)體262與用于與外部電連接的端子224和264相連。端子224和264可從陽極集電體A1的導(dǎo)體222和陰極集電體C8的導(dǎo)體262中伸出。
陰極集電體C1的導(dǎo)體262的末端262a，與第二單元電池中的陽極集電體A2的導(dǎo)體222的末端222a電連接。末端222a和262a可用金屬填充，以彼此電連接。陽極集電體A2～A8與相鄰單元電池的陰極集電體C1～C7電連接。因此，第一至第八單元電池是彼此串聯(lián)的。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單極膜電極組件200中，與陽極230和陰極270電連接的導(dǎo)體，可容易地在電解質(zhì)膜的外部連接。另外，由于陽極和陰極集電體220和260布置在電解質(zhì)膜210與陽極230和陰極270的催化劑層之間，所以催化劑層中產(chǎn)生的電子，直接收集在與催化劑層直接相連的集電體中。因此，當(dāng)催化劑層中產(chǎn)生的電子經(jīng)過電極的燃料擴(kuò)散部和電極支撐體時(shí)，在常規(guī)的催化劑層中不產(chǎn)生任何電阻。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的、其中結(jié)合有電流收集體的單極膜電極組件的截面示意圖，圖9是圖8中的支撐體的平面圖，圖10和圖11是形成于圖8的支撐體上的集電體、導(dǎo)體和端子的平面圖。
參照?qǐng)D8至圖11，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的其中嵌有集電體的單極膜電極組件300，包括具有多個(gè)單元電池區(qū)，即八個(gè)單元電池區(qū)(第一至第八單元電池)的電解質(zhì)膜310。非導(dǎo)電的支撐體314和316(如聚酰亞胺膜)在與單元電池區(qū)對(duì)應(yīng)的部分各自包括多個(gè)方形開孔314a和316a，并且布置在電解質(zhì)膜310的兩個(gè)表面上。支撐體314和316伸到電解質(zhì)膜310的外部，多個(gè)開孔314b和316b形成在支撐體314和316的伸出部分。在支撐體314和316的各單元電池區(qū)，形成陽極集電體320(A1～A8)和陰極集電體360(C1～C8)。陽極330和陰極370分別形成在陽極集電體320和陰極集電體360上。
電極330和370各自包括催化劑層、燃料擴(kuò)散部和電極支撐體。
非導(dǎo)電性支撐體314和316可由聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯形成。
陽極集電體320(A1～A8)和陰極集電體360(C1～C8)可形成各種形狀，包括網(wǎng)形。導(dǎo)體322形成在陽極集電體320的側(cè)面，導(dǎo)體362形成在陰極集電體360的側(cè)面。陰極370安裝在陰極集電體360上。
圖10是包括陽極集電體A1～A8的陽極電流收集體的平面圖，圖11是包括陰極集電體C1～C8的陰極電流收集體的平面圖。
圖10和圖11示出了通過將電流收集體布置在聚酰亞胺膜314和316上而形成的柔性印刷電路板(FPCB)，其中所述電流收集體是由導(dǎo)電金屬形成的。這種情況下，電流收集體與聚酰亞胺膜314和316形成整體，然后再結(jié)合到電解質(zhì)膜上。
與陽極集電體A1相連的導(dǎo)體322和與陰極集電體C8相連的導(dǎo)體362，分別與用于與外部電連接的端子324和364相連。端子324和364可從與陽極集電體A1相連的導(dǎo)體322及與陰極集電體C8相連的導(dǎo)體362伸出。
第一單元電池的陰極集電體C1的導(dǎo)體362的末端362a，布置在形成于支撐體316上的開孔316b上；第二單元電池的陽極集電體A2的導(dǎo)體322的末端322a，布置在形成于支撐體314上的開孔314b上。其上形成有陰極集電體360、導(dǎo)體362和端子364的支撐體316，布置在陰極370與電解質(zhì)膜310之間。另外，其上形成有陽極集電體320、導(dǎo)體322和端子324的支撐體314，布置在陽極330與電解質(zhì)膜310之間。然后，在125℃和3ton的壓力以及排列形成于支撐體314將316上的開孔的狀態(tài)下，實(shí)施熱壓操作3分鐘。其后，利用點(diǎn)焊接法或超聲波焊接法，通過結(jié)合末端322a和362a，使導(dǎo)體322和362的末端322a和362a彼此電連接。如上所述，單元電池的陽極集電體A2～A8通過開孔314b和316b各自與相鄰單元電池的陰極集電體C1～C7電連接。因此，第一至第八單元電池是彼此串聯(lián)的。
集電體320和360，導(dǎo)體322和362，及端子324和364可由第一金屬(即電導(dǎo)率為1S/cm或更大的過渡金屬)形成。另外，第一金屬可涂有第二金屬，以防止第一金屬腐蝕。
第一金屬和第二金屬可由Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金形成。可以導(dǎo)電的高聚物材料如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩，代替所述第一金屬。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單極膜電極組件300中，與陽極集電體320和陰極集電體360相連的導(dǎo)體322和362的長度非常短，因?yàn)閷?dǎo)體322和362通過形成于支撐體314和316上的開孔314b和316b彼此直接相連，因而具有低電阻。另外，由于集電體320和360形成于電解質(zhì)膜310與催化劑層之間，所以當(dāng)催化劑層中成生的電子經(jīng)過電極的燃料擴(kuò)散部和電極支撐體時(shí)，不產(chǎn)生任何電阻。
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的單極單元電池膜電極組件400的示意性分解透視圖。參照?qǐng)D12，在膜電極組件400中，陽極集電體420和陰極集電體460嵌入催化劑層412與燃料擴(kuò)散部430/電極支撐體470之間。催化劑層412，利用貼花釉法(decal)、絲網(wǎng)印刷法或直接涂布法，形成在電解質(zhì)膜410的兩個(gè)表面上，然后，使集電體420和460以及燃料擴(kuò)散部430和電極支撐體470形成在催化劑層412上。接著，令上述產(chǎn)物經(jīng)受熱壓處理，完成其中結(jié)合有集電體的電解質(zhì)膜電極組件。
其中多個(gè)電極形成于電解質(zhì)膜410上的電解質(zhì)-電極組件，可利用與上述相同的方法制備。利用熱壓法，將彼此以串聯(lián)方式電連接的電流收集體、多個(gè)燃料擴(kuò)散部及多個(gè)電極支撐體結(jié)合在催化劑涂膜(CCM)上，該催化劑涂膜是通過在電解質(zhì)膜的兩個(gè)表面上形成多層催化劑層而形成的，接著，可以制成其中多個(gè)電極串聯(lián)的膜電極組件。
圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案具有電流收集體嵌入電解質(zhì)膜與催化劑層之間的結(jié)構(gòu)的單元燃料電池，以及利用布置在電極上的Ni-網(wǎng)作為集電體的常規(guī)單元燃料電池的性能曲線圖。在0.3V的輸出電壓下，使用Ni-網(wǎng)時(shí)的電流密度值為37mA/cm2，但是當(dāng)集電體嵌入電解質(zhì)膜與催化劑層之間時(shí)，電流密度值為42mA/cm2。電流密度值提高了大約13％。換言之，單元燃料電池的性能得到提高，因?yàn)樵诋a(chǎn)生電子的催化劑層收集電流時(shí)的電阻，比從電極上的集電體中收集電流時(shí)的電阻更小。
圖14根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案制備的集電體介于催化劑層與燃料擴(kuò)散部之間的單元電池的性能曲線圖。
單個(gè)的直接甲醇燃料電池的開路電壓為1V或更小，且實(shí)際的工作電壓為0.3～0.5V。因此，為了獲得高電壓，需要多個(gè)單元電池串聯(lián)。
在本發(fā)明中，制得12個(gè)單元電池的膜電極組件，其中將12個(gè)電極(每個(gè)電極的面積為2.2cm×1.1cm)串聯(lián)在電極膜上。在具有12個(gè)串聯(lián)的單元電池的FPCB嵌入CCM與燃料擴(kuò)散部之間后，通過在140℃下以3公噸的壓力熱壓所得產(chǎn)物，完成12個(gè)單元電池的膜電極組件的制備。圖15示出了該12個(gè)單元電池的膜電極組件的性能測試結(jié)果，圖16示出了隨時(shí)間的電功率密度。
參照?qǐng)D15，在3.6V(每個(gè)單元電池0.3V)的輸出電壓下，得到145.2mA(60mA/cm2)的電流，即得到528mW的輸出。在3.35V輸出電壓下，電流為162.5mA(67mA/cm2)，輸出最大，為544mW。為了獲得高工作電壓，可將多個(gè)單元電池串聯(lián)。這種情況下，電阻和單元電池連接失敗增加。然而，如果使用本發(fā)明的電流收集體，則可以降低電阻，并且可以提高產(chǎn)率。
參照?qǐng)D16，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的功率密度優(yōu)良，其為約40mW/cm2。
根據(jù)本發(fā)明的單極膜電極組件，集電體之間的導(dǎo)體的長度短，而且集電體直接接觸產(chǎn)生電子的催化劑層，因而，可以降低電阻，并且可以提高燃料電池的效率。另外，由于集電體不安裝在燃料與電極之間，所以燃料可容易地流動(dòng)。此外，在常規(guī)篩網(wǎng)型結(jié)構(gòu)中，液體燃料通過篩網(wǎng)而泄漏，然而，由于在電解質(zhì)膜與薄膜性電極之間存在集電體，所以液體燃料幾乎不泄漏。
盡管已經(jīng)參照其示例性實(shí)施方案具體地給出和說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)其作出各種形式和內(nèi)容上的改變，而不脫離下面權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種單極的膜電極組件，包括具有多個(gè)單元電池區(qū)的電解質(zhì)膜；分別形成于電解質(zhì)膜兩表面的單元電池區(qū)的多個(gè)陽極電流收集體和多個(gè)陰極電流收集體；及分別形成于陽極電流收集體和陰極電流收集體上的多個(gè)陽極和多個(gè)陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中每個(gè)電流收集體包括收集單元電池區(qū)上的電流的集電體；及與該集電體側(cè)面相連的導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的組件，其中所述電解質(zhì)膜包括多個(gè)開孔，且陰極集電體的導(dǎo)體末端通過開孔與相鄰陽極集電體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)方式電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的組件，其中所述陰極集電體的導(dǎo)體末端和所述陽極集電體的導(dǎo)體末端布置在所述開孔上，而且該開孔填充有導(dǎo)電金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的組件，其中所述陰極集電體的導(dǎo)體末端和所述陽極集電體的導(dǎo)體末端從電解質(zhì)膜中暴露出來，使得陰極集電體的導(dǎo)體末端與陽極集電體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)方式彼此電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的組件，其中所述電流收集體由電導(dǎo)率為1S/cm或更大的第一金屬形成，或者由導(dǎo)電的高聚物形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的組件，其中所述第一金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的組件，其中在所述第一金屬上涂有第二金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的組件，其中所述第二金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的組件，其中所述導(dǎo)電的高聚物為選自聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中所述集電體是利用濺射法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、電沉積法、構(gòu)圖法或金屬蝕刻法形成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的組件，其中所述集電體形成金屬網(wǎng)型。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，還包括陽極支撐體和陰極支撐體，其形成于該電解質(zhì)膜的兩個(gè)表面上，并且各自包括多個(gè)與單元電池區(qū)對(duì)應(yīng)的第一開孔，使得所述陽極電流收集體和陰極電流收集體布置在該第一開孔上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的組件，其中所述電解質(zhì)膜和支撐體分別包括多個(gè)第二開孔，并且所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端通過該第二開孔，與相鄰陽極電流收集體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)的方式電連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的組件，其中所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和所述陽極電流收集體的導(dǎo)體末端布置在第二開孔上，而且該第二開孔填充有導(dǎo)電金屬。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的組件，其中所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和所述陽極電流收集體的導(dǎo)體末端從電解質(zhì)膜中暴露出來，使得陰極電流收集體的導(dǎo)體末端與陽極電流收集體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)的方式彼此電連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的組件，其中所述集電體由電導(dǎo)率為1S/cm或更大的第一金屬形成，或者由導(dǎo)電的高聚物形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其中所述第一金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其中在所述第一金屬上涂有第二金屬。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的組件，其中所述第二金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其中所述導(dǎo)電的聚合物為選自聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的組件，其中所述支撐體是由非導(dǎo)電性聚合物形成的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的組件，其中所述支撐體是由選自聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一種形成的。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的組件其中所述支撐體和所述電流收集體彼此整體地形成，以形成柔性印刷電路板(FPCB)。
25.根據(jù)權(quán)利要求13的組件，其中所述集電體是利用濺射法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、電沉積法、構(gòu)圖法或金屬蝕刻法形成的。
26.一種燃料電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求1的單極膜電極組件。
27.一種單極的膜電極組件，包括包含多個(gè)單元電池區(qū)的電解質(zhì)膜；形成于電解質(zhì)膜兩表面上的各單元電池區(qū)處的催化劑層；分別形成于催化劑層上的陽極電流收集體和陰極電流收集體；及分別形成于陽極電流收集體和陰極電流收集體上的陽極擴(kuò)散區(qū)和陰極擴(kuò)散區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的組件，其中所述電流收集體包括收集單元電池區(qū)上的電流的集電體；及與該集電體側(cè)面相連的導(dǎo)體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的組件，其中所述電解質(zhì)膜包括多個(gè)開孔，而且所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端通過開孔，與相鄰陽極電流收集體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)的方式電連接。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的組件，其中所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和所述陽極電流收集體的導(dǎo)體末端布置在開孔上，該開孔填充有導(dǎo)電的金屬。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的組件，其中所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和所述陽極電流收集體的導(dǎo)體末端從電解質(zhì)膜中暴露出來，使得陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和陽極電流收集體的導(dǎo)體末端彼此以串聯(lián)的方式電連接。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的組件，其中所述電流收集體由電導(dǎo)率為1S/cm或更大的第一金屬形成，或者由導(dǎo)電的高聚物形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的組件，其中所述第一金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的組件，其中所述第一金屬上涂有第二金屬。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的組件，其中所述第二金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的組件，其中所述導(dǎo)電的高聚物為選自聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種。
37.根據(jù)權(quán)利要求27的組件，其中所述集電體是利用濺射法、CVD法、電沉積法、構(gòu)圖法或金屬蝕刻法形成的。
38.根據(jù)權(quán)利要求28的組件，其中所述集電體形成金屬網(wǎng)型。
39.根據(jù)權(quán)利要求27的組件，還包括陽極支撐體和陰極支撐體，其形成于電解質(zhì)膜的兩個(gè)表面上，并且各自包括多個(gè)與單元電池區(qū)對(duì)應(yīng)的第一開孔，使得陽極電流收集體和陰極電流收集體布置在多個(gè)第一開孔上。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的組件，其中所述電解質(zhì)膜和所述支撐體各自包括多個(gè)第二開孔，而且所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端通過該第二開孔與相鄰陽極電流收集體的導(dǎo)體末端以串聯(lián)的方式電連接。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的組件，其中所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和所述陽極電流收集體的導(dǎo)體末端布置在第二開孔上，且該第二開孔填充有導(dǎo)電的金屬。
42.根據(jù)權(quán)利要求39的組件，其中所述陰極電流收集體的導(dǎo)體末端和所述陽極電流收集體的導(dǎo)體末端從電解質(zhì)膜中暴露出來，使得陰極電流收集體的導(dǎo)體末端與陽極電流收集體的導(dǎo)體末端彼此以串聯(lián)的方式電連接。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的組件，其中所述集電體由電導(dǎo)率為1S/cm或更大的第一金屬形成，或者由導(dǎo)電的高聚物形成。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的組件，其中所述第一金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
45.根據(jù)權(quán)利要求43的組件，其中所述第一金屬上涂有第二金屬。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的組件，其中所述第二金屬選自Ag，Au，Al，Ni，Cu，Pt，Ti，Mn，Zn，F(xiàn)e，Sn，及其合金。
47.根據(jù)權(quán)利要求43的組件，其中所述導(dǎo)電的高聚物為選自聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種。
48.根據(jù)權(quán)利要求39的組件，其中所述支撐體是由非導(dǎo)電性聚合物形成的。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的組件，其中所述支撐體是由選自聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一種形成的。
50.根據(jù)權(quán)利要求48的組件，其中所述支撐體和所述電流收集體彼此整體地形成，以形成FPCB。
51.根據(jù)權(quán)利要求39的組件，其中所述電流收集體是利用濺射法、CVD法、電沉積法、構(gòu)圖法或金屬蝕刻法形成的。
52.一種燃料電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求27的單極膜電極組件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單極的膜電極組件。該單極的膜電極組件包括具有多個(gè)單元電池區(qū)的電解質(zhì)膜；分別形成于電解質(zhì)膜兩表面上的單元電池區(qū)處的陽極電流收集體和陰極電流收集體；及分別形成于陽極電流收集體和陰極電流收集體上的陽極和陰極。
文檔編號(hào)H01M4/86GK1870337SQ20061008983
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者崔京煥, 李在鏞, 金珍虎 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社