[发明专利]电化电池

说明书

本发明涉及电化电池，并且虽然不是专门地，但是特别涉及用于气体传感器和燃料电池的电化电池。

用于传感大气中可氧化或可还原气体(例如一氧化碳)的电化气体传感器通常包括一个传感或工作电极，一个反电极和一个允许大气透入传感电极的入口(通常为一个扩散膜)。两个电极都和电解质接触，以便首先在传感电极处和所传感气体产生电化反应，并且其次在反电极处和大气中的氧、电解质或其他气源产生电化反应。电流由反应产生的离子传过电解质，并且由电子传过外部电路，电路中的电流指示气体浓度。可以和一个恒电势电路结合使用一个参考电极，以保持传感电极与电池电解质之间的电位差，以便提高操作的稳定性。

按照物理结构，传感器一般包括一个起电解质储存器作用的外壳，一个使电解质与电极保持接触的芯件或基体，以及与电极电连接的外部电端子。现有大部分传感器电池使用叠式电极布置，例如像US-A-4,406,770那样。

最近提出了简化设计的建议，例如参见US-A-5,183,550，它公开了一种气体传感器，其中传感电极、反电极和参考电极安装在一个共陶瓷基片上的共平面中，使接触引线从电极伸到基片的另一表面，以供电连接。

我们的共同待审申请WO 96/14576(我们的参考号PQ12622)公开并叙述了一种气体传感器，它包括一个基片，几个在基片上以多孔平面元件形成的电极，并且基片为多孔，以允许气体从周围环境透入电极，一个包含电解质的储存器的壳，以及几个安装在壳上的外部端子，其中基片通过加压和加热结合到壳上，以便在单组件操作下，使壳密封，并且与电极电连接，同时阻塞电极的多孔性，以防止电解质透过电极到达电连接区。

虽然上述结构按照降低费用来说表现相当好的优越性，不过在不牺牲质量的条件下对降低费用的坚决要求迫使进一步简化设计。

本发明是基于提供两个柔性塑料片的概念而提出的，一个上面印有电极区，这两个柔性塑料片沿它们的边沿周围结合在一起，以形成电解质的储存器，而不取茶袋形式。

因此，本发明在第一方面提供一种电化电池，它至少包括第一和第二片件，片件中至少一个包括一个透气部分，其上安排一个或多个平面电极，第一和第二片件的周边区被密封在一起，以形成一个包含电解质的储存器，以及包括从各所述电极伸过片件的密封处的电连接装置，以供外部电连接。

在又一个方面，本发明提供一种由多个部分形成的电化电池组件，各部分具有第一和第二片件，各片件包括一个透气区，其上安排一个平面电极，第一和第二片件的周边区被密封在一起，以形成一个包含电解质的储存器，以及包括从所述电极伸过片件的密封处的电连接装置，以供外部电连接，所述组件包括导管装置，以把第一和第二气体引到各部分，以便与各自第一和第二片件接触。

在本发明后面的实施例中，通过在不同的片件上形成电极，有可能安排第一气体在第一片件上流动，并且第二气体在第二片件上流动。例如，应用一种适当的导管结构，该组件可以构成燃料电池。

本发明不论是取气体传感器还是取燃料电池的结构都极其简单，并且节省相当多的费用。

可能有各种特定形式的结构。两个片件可能都为柔性，柔性允许在它们之间插入电解质。两个片件可以是单片的部分，使该单片折叠，以便片件面对面。可选择地，可以由一片形成一个或两个片件，使该片具有三维形状，例如一个片可以在其中形成一个凹部，以限定储存器空间。可选择地在一种优选结构中，一个片可以形成为多孔PTFE的平片，带有要求形状的电极，并且可以使柔性塑料封闭片焊接在PTEF片的边沿，以限定储存器。

还可以使用一个第三片件，例如一个用于密封两个外片的低熔点的中间层。第三片可以是高度多孔材料，以便保持电解质。在又一种形式下，第三片件可以限定一个用于第二电化电池的第二储存器空间。

本发明因此允许以各种形状生产非常薄的组件(约1mm到2mm数量级)。这样允许用于气体传感器，其中空间非常有限，例如在个人衣服上或衣服中。生产非常便宜为“可处理”传感器提供了可能性，这些传感器可以只用一次或很少几次，然后就处理掉。

因此，通过在一个柔性基片材料的片上印刷电极，然后折叠一次或多次，或布置在另一个材料片对面，之后密封边沿周围，以形成一个“茶袋”型结构，可以简化生产和组装。芯件和电解质包含在袋内，并且可以通过加热、粘合剂或机械力来密封。这样的装置可以制成不规则形状，并且适合于高度自动化，以降低费用。