[发明专利]具有非对称构造的燃料电池和燃料电池组件及其方法

说明书

背景技术

燃料电池可以作为越来越多的大规模应用的电源，例如：材料处理(例如铲车)、运输(电动和混合动力车辆)及离网电源(例如，用于应急电源或通信)。现在开发了用于便携式消费应用的较小的燃料电池，便携式消费应用例如：笔记本电脑、移动电话、个人数字助理(PDA)及类似物。

在常规的传统燃料电池(例如燃料电池堆)中，燃料经由具有流体通道的双极板行进至膜电极组件(MEA)的阳极。除了燃料分配之外，双极板还用于分离单位燃料电池。双极板的使用可增加燃料电池堆和系统所占的空间。为了确定双极板和MEA之间存在电气接触并防止燃料和氧化剂泄漏，传统的燃料电池堆必须利用压缩力保持在一起。各种组件可被用于将传统的燃料电池堆保持在一起。因此，传统的燃料电池堆可能需要许多部件，并且组件可能十分复杂。

燃料电池也可以以边缘收集的配置连接在一起，例如，平面配置。在一些边缘收集的燃料电池设计中，电流从各单位电池的边缘收集并在燃料电池的平面中流动。

一些边缘收集的或平面燃料电池系统不使用压缩力来维持燃料电池层和燃料电池系统的各种其他组件之间的良好接触。在这些燃料电池系统中，可通过其他手段将组件组装和保持在接触状态。

边缘收集的燃料电池可用于驱动便携式消费应用，例如，笔记本电脑、移动电话、个人数字助理(PDA)及类似物。通常在这些应用中，用于燃料电池系统的空间较小。

发明内容

本发明的实施方式涉及用于燃料电池层的复合材料，其包括多个电子导电元件，多个离子导电元件，每个离子导电元件具有第一表面和第二表面，其中每个离子导电元件位于两个电子导电元件之间。电子导电元件和离子导电元件形成层，并且，离子导电元件或电子导电元件中的至少一个在一个或多个维度上是几何非对称的。

本发明的实施方式还涉及燃料电池，其包括几何上非对称的具有第一表面和第二表面的离子导电元件以及两个或多个具有第一表面和第二表面的电子导电元件的复合材料层。离子导电元件位于电子导电元件之间，并且两个电极涂层中的每一个都与离子导电元件离子接触，并与电子导电元件中的一个电子接触。

附图说明

附图展示了本发明的非限制性实例。在附图中，相似的标号表示类似的组件，但并非一定相同。具有不同字母下标的相似标号表示组件的类似但未必相同的不同实例。

图1A和1B分别是第一实例的平面燃料电池层和第二实例的平面燃料电池层的横截面视图。

图2A和2B分别是根据第一实施方式的非对称平面燃料电池和非对称复合材料的横截面视图。

图3A和3B分别是根据第二实施方式的非对称平面燃料电池和非对称复合材料的横截面视图。

图4A、4B和4C分别是根据第三实施方式的非对称平面燃料电池和非对称复合材料的横截面视图。

图5A、5B、5C和5D是根据第四、第五、第六和第七实施方式的非对称燃料电池的横截面视图。

图6是根据实施方式的一种可能的制备非对称平面燃料电池层的方法的程序框图。

图7是根据实施方式的具有非对称燃料电池层的燃料电池系统的扩展立体图。

图8是图7的燃料电池系统的横截面视图。

具体实施方式

在下述说明中，列出了具体细节以更透彻地理解本发明。然而，可以在不具有这些详细说明的情况下实施本发明。在其他实例中，为避免不必要地混淆本发明，未示出或详细描述公知的元件。附图以示例的方式示出了实施本发明的具体方式。可以组合这些实施方式，可以利用其他元件，或者可以在不脱离本发明范围的情况下完成结构或逻辑变化。因此，说明书和附图应该被示为示例性的，而不是限制性的。

通过引用将本文中所提及的所有公开文献、专利和专利文献整体并入本文中，如同独立地通过引用并入此文一样。如果在本文和通过引用并入本文的那些文献之间存在不一致的用法，并入的文献中的用法应该被视为对本文的补充；对于不可调和的不一致的用法，以本文中的用法为准。

在本文中，如专利文献中所常见的，使用了术语“一个”以包括一个或不止一个，独立于其他任何实例或使用“至少一个”或“一个或多个”。在本文中，术语“或”用于指非排他性的或，因而，除非另有说明，“A、B或C”包括“仅A”、“仅B”、“仅C”、“A和B”、“B和C”、“A和C”以及“A、B和C”。