发明名称 具嵌式电流集极之燃料电池
摘要 一种燃料电池,其包括一或更多的燃料电池总成。每一燃料电池总成具有持有一长度之一电解质、持有一长度之一阳极,其系配置在电解质的一侧边上,以及持有一长度之一阴极,其系配置在电解质的相同或是另一侧边上。燃料电池进一步包括复数之电流集极。每一电流集极大体上系嵌入于,且大体上连续延伸电解质、阳极及阴极之至少其中之一者的个别长度。
申请公布号 TWI224883 申请公布日期 2004.12.01
申请号 TW092123147 申请日期 2003.08.22
申请人 惠普研发公司 发明人 彼得.玛迪洛维西;尼兰杰.希鲁柯维伍尔;大卫.夏宾;葛瑞哥里S. 赫曼;詹姆斯.欧尼尔
分类号 H01M8/00;H01M4/86;H01M4/88 主分类号 H01M8/00
代理机构 代理人 恽轶群 台北市松山区南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北市松山区南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种燃料电池,其包括: 复数之燃料电池总成,每一燃料电池总成包括: 持有一长度之一电解质; 持有一长度之一阳极,其系配置在电解质的一侧边 上;以及 持有一长度之一阴极,其系配置在电解质的一侧边 与一相对侧边的其中之一侧边上;以及 复数之电流集极,每一电流集极大体上系嵌入于, 且大体上连续延伸电解质、阳极及阴极之至少其 中之一者的个别长度,其中该电流集极系由一传导 材料所构成; 其中该至少一些电流集极系具选择性地自电解质 、阳极及阴极之至少其中之一者中去除,用以提供 至少一气体流动通道。 2.一种电子装置,其包括: 一负载;以及 申请专利范围第1项之燃料电池,其系与负载连接 。 3.如申请专利范围第1或2项之燃料电池,其中该每 一复数之电流集极大体上嵌入在电解质中,其中该 每一复数之电流集极包括: 一分离暴露表面,其大体上连续延伸电解质的长度 ;其中该暴露表面系藉由阳极及阴极所覆盖。 4.如申请专利范围第1或2项之燃料电池,其中该每 一复数之电流集极大体上系嵌入在阳极及阴极之 至少其中之一者中,其中该每一复数之电流集极包 括: 一分离暴露表面,其大体上连续延伸个别的阳极或 阴极的长度;其中该暴露表面系藉由电解质所覆盖 。 5.如申请专利范围第1或2项之燃料电池,其中该每 一复数之电流集极具有一长度,以及其中该电流集 极长度、阳极长度、阴极长度、以及电解质长度 之该每一范围约介于0.01公分与12公分之间。 6.如申请专利范围第1或2项之燃料电池,其进一步 包括一介于相邻电流集极之间的宽度,其中该每一 阳极及阴极具有一厚度,并且其中该每一阳极厚度 以及阴极厚度系约小于相邻电流集极之间宽度的1 /2。 7.如申请专利范围第1或2项之燃料电池,其中该每 一阳极及阴极具有一宽度,并变化其中阳极宽度对 阴极宽度的比値。 8.一种制造燃料电池的方法,其包括以下的步骤: 将一第一以及一第二传导构件沉积在一电解质层 上,其中该每一第一以及第二传导构件具有一暴露 表面,该暴露表面系为未与电解质接触的表面; 将一阳极层以及一阴极层之其中之一者沉积在第 一传导构件之暴露表面上,其中该第一传导构件系 为供阳极层与阴极层之其中之一者所用的一电流 集极;以及 将一阳极层与一阴极层的另一者沉积在第二传导 构件之暴露表面上,其中该第二传导构件系为供阳 极层与阴极层之另一者所用的一电流集极。 9.如申请专利范围第8项之方法,其进一步包括以下 步骤: 将复数之第三传导构件沉积在阳极层与阴极层之 其中至少一些者上;以及 将一第二电解质层沉积覆盖该第三传导构件。 10.一种制造燃料电池的方法,其包括以下的步骤: 将复数之第一及第二传导构件沉积在一基质上,其 中该每一第一及第二传导构件,具有一第一暴露表 面,该第一暴露表面系为未与基质接触的表面,且 其中该基质具有一暴露区域,该暴露区域系为未与 复数之第一及第二传导构件接触的区域; 将一电解质层沉积在第一及第二传导构件之第一 暴露表面上,以及沉积在基质暴露区域上; 将一预定量之基质去除,俾便暴露一包括第一传导 构件之一重复图案、电解质、第二传导构件的一 分离区域,其中该每一第一及第二传导构件,具有 一第二暴露表面,该第二暴露表面系为基质已去除 的表面; 将一阳极层与一阴极层之其中之一者沉积在第一 传导构件之第二暴露表面上,其中该第一传导构件 系为供阳极层与阴极层之其中之一者所用的一电 流集极;以及 将一阳极层与一阴极层之另一者沉积在第二传导 构件之第二暴露表面上,其中该第二传导构件系为 供阳极层与阴极层之其中另一者所用的一电流集 极。 11.一种制造燃料电池的方法,其包括以下的步骤: 将第一复数之传导构件沉积在一阳极表面、一阴 极表面、以及一基质之其中之一者上,其中该第一 复数之传导构件具有一暴露表面,该暴露表面系为 未与阳极表面、阴极表面、以及基质之其中之一 者接触的表面,且其中该阳极表面、阴极表面、以 及基质之其中之一者具有一暴露区域,该暴露区域 系为未与第一复数之传导构件接触的区域; 将一第一电解质层沉积在第一复数之传导构件之 暴露表面上,以及沉积在暴露区域上; 将复数之第一及第二传导构件沉积在第一电解质 层上,其中该每一第一及第二传导构件,具有一暴 露表面,该暴露表面系为未与第一电解质层接触的 表面; 将一阳极层与一阴极层之其中之一者沉积在第一 传导构件之暴露表面上,其中该第一传导构件系为 供阳极层与阴极层之其中之一者所用的一电流集 极; 将一阳极层与一阴极层之另一者沉积在第二传导 构件之暴露表面上,其中该第二传导构件系为供阳 极层与阴极层之其中另一者所用的一电流集极; 在相邻的阳极与阴极层之间沉积一第二电解质层; 将第二复数之传导构件沉积在阳极层以及阴极表 面其中之至少一些者上,其中该每一第二复数之传 导构件具有一暴露表面,该暴露表面系为未与阳极 层以及阴极表面其中之一者接触的表面;以及 将一第三电解质层沉积覆盖该第二复数之传导构 件。 12.一种制造燃料电池的方法,其包括以下的步骤: 将一传导构件层沉积在一基质上; 将一阳极层与一阴极层之其中之一者沉积在传导 构件层上; 将一第一复数之电流集极沉积在阳极层以及阴极 层之其中之一者上; 将一电解质层沉积覆盖该第一复数之电流集极,以 及沉积覆盖阳极层与阴极层之其中之一者的一暴 露表面; 将一第二复数之电流集极沉积在电解质层上; 将一阴极层与一阳极层之另一者沉积覆盖第二复 数之电流集极,以及沉积覆盖电解质层;以及 去除传导构件层以及基质,用以将阳极层与阴极层 之其中之一者的一外表面暴露至反应物、氧化物 、以及其之混合物的其中之至少一者。 13.如申请专利范围第8至12项中任一项之方法,其中 该每一复数之电流集极大体上系嵌入于电解质中, 并且其中该每一复数之电流集极包括: 一分离暴露表面,其大体上连续地延伸电解质之长 度;其中该暴露表面系藉由阳极与阴极之其中之一 者所覆盖。 14.如申请专利范围第8至12项中任一项之方法,其中 该每一复数之电流集极大体上系嵌入于阳极与阴 极之其中至少之一者中,并且其中该每一复数之电 流集极包括: 一分离暴露表面,其大体上连续地延伸个别的阳极 与阴极之长度;其中该暴露表面系藉由电解质所覆 盖。 15.如申请专利范围第8至12项中任一项之方法,其中 该一阳极层与一阴极层之其中之一者与另一者的 沉积步骤,系藉由电解沉积与电泳沉积之其中之一 方法而完成。 16.如申请专利范围第8至12项中任一项之方法,其进 一步包含具选择性地将第一、第二以及第三复数 之传导构件之至少其中之一者去除,用以至少提供 一气体流动通道的步骤。 17.如申请专利范围第8至12项中任一项之方法,其进 一步包含将一保护层,在阳极与阴极之其中之一者 沉积之前沉积在第一及第二传导构件上的步骤,其 中在高温下该保护层让第一及第二传导构件更为 稳定。 18.一种制造一电极的方法,其包括以下的步骤: 沉积一电极的一第一层; 将至少一电流集极沉积覆盖电极的一第一层;以及 将电极的一第二层覆盖该至少一电流集极,并覆盖 电极的第一层之暴露表面,从而提供至少一嵌入于 电极中的电流集极。 19.一种燃料电池,其包括: 一电解质; 持有一长度之一阳极,其系配置在电解质的一侧边 上;以及 持有一长度之一阴极,其系配置在电解质的一侧边 与一相对侧边的其中之一侧边上;以及 复数之电流集极,每一电流集极大体上系嵌入于, 且大体上连续延伸阳极及阴极之至少其中之一者 的个别长度。 20.如申请专利范围第1、2、8至12、18及19项中任一 项之发明,其中该燃料电池包括一固体氧化物燃料 电池。 图式简单说明: 第1A图系为本发明之一具体实施例的一剖面、横 截面侧视图,显示复数之传导构件以及复数之电流 集极; 第1B图系为在第1A图中所示具体实施例的电极支承 (阳极或阴极)之右下边缘(以虚线分离)的一可交替 形式的一剖面、横截面侧视图; 第2图系为本发明之具体实施例的一概略俯视图, 显示阳极及阴极电流集极; 第3A图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第一步骤的横截面侧视图,显示位在基 质上的传导构件; 第3B图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第二步骤的横截面侧视图,显示电解质 的沉积; 第3C图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第三步骤的横截面侧视图,显示选择性 去除基质; 第3D图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第四步骤的横截面侧视图,显示阳极或 阴极的沉积; 第3E图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第五步骤的横截面侧视图,显示阴极或 阳极的沉积; 第4图系为本发明之一可交替具体实施例的一横截 面侧视图,显示阳极宽度对阴极宽度之一比例的一 实例; 第5图系为本发明之另一可交替具体实施例的一横 截面侧视图,显示阳极宽度对阴极宽度之一比例的 一可交替实例; 第6图系为本发明之一具体实施例的一横截面侧视 图,显示在一电极内一个以上的电流集极; 第7A图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第一步骤的横截面侧视图,显示位在电 解质上的传导构件; 第7B图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第二步骤的横截面侧视图,显示阳极或 阴极的沉积; 第7C图系为制造本发明之一具体实施例的一非限 定方法的一第三步骤的横截面侧视图,显示阴极或 阳极的沉积,并亦显示(利用虚线)阳极、阴极及电 解质的长度; 第8图系为本发明之一可交替具体实施例的一剖面 、横截面侧视图,显示一基质支承式双室燃料电池 ; 第9图系为一双室燃料电池的一可交替具体实施例 的一剖面、横截面侧视图;以及 第10图系为本发明之一具体实施例的一横截面视 图,显示具有一系完全地嵌入于其中之电流集极的 一电极(阳极或阴极)。
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