电化学单元电池制造的反应沉积制造技术

光反应沉积可以有效地用于沉积一种或多种电化学单元电池的部件。具体而言，电极、电解质和电互连可以由反应流沉积。在某些实施例中，反应流包括反应物流，该反应物流与光束相交来驱动光反应区中的反应以制备沉积在基底（４２２）上的产物。该方法对于制造特别是在电化学单元电池和燃料电池中有用的多种组成是极其通用的。基于沉积性能以及包括例如热处理的任何后续处理可以调节包括密度和孔隙率的材料的性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及形成电化学单元电池(cell)、特别是燃料电池的方法。具体而言，本专利技术涉及形成电化学单元电池结构的反应沉积方法。本专利技术还涉及电化学单元电池的改善的结构。
技术介绍
电化学单元电池通常包括在分开的半电池中的氧化还原反应，这些半电池被适当地连接起来用于离子流以及通过外部电路的电流。电池组和燃料电池以氧化还原反应所产生的电流通过负载的形式来产生有用的功。在其它电化学单元电池中，对单元电池施加负载来在电极产生化学反应以形成所希望的化学产物。燃料电池与电池组的不同之处在于，还原剂和氧化剂都可以在不拆卸单元电池的情形下得到补充。燃料电池以及在某些情形下电池组可以包括串联堆叠的单个单元电池来增加所得到的电压。串联连接的相邻的单元电池可以具有连接相邻的单元电池的导电板，例如，双极板或电互连。由于可以补充燃料电池的反应物，所以可以将适当的流动路径集成入单元电池中。作为不同类别的燃料电池，已经知道几种类型的燃料电池，它们由于其构造的性能和构造中所采用的材料而彼此相区别。某些燃料电池设计对材料性能提出了挑战。在各种燃料电池设计中通常呈现的共同特征涉及对于长期性能的燃料和氧化剂的流动，以及对热管理、电连接和离子流做适当的设计考量。不同的燃料电池在电极的构造和/或分隔电极的电解质，以及在某些情形下特定燃料方面彼此不同。很多燃料电池使用氢气H2，尽管某些燃料电池可以使用其它的燃料操作，比如甲醇或甲烷。几类基于氢燃料的燃料电池在燃料电池内的电解质方面不同。例如，质子交换膜燃料电池具有仅有效传导质子即氢离子的分隔体来保持电中性。磷酸燃料电池使用磷酸作为电解质，它也能传导离子。熔融碳酸盐燃料电池使用熔融的混合碳酸盐作为电解质，其中，碳酸根离子通过电解质传导来保持电中性。固体氧化物燃料电池使用比如钇稳定的氧化锆的陶瓷分隔体，它可以传输氧离子。传统的工作温度通常取决于电解质材料，质子交换膜燃料电池工作在80℃，磷酸燃料电池工作在190℃，熔融碳酸盐燃料电池工作在650℃，而固体氧化物燃料电池工作在650℃至1000℃。适于燃料电池的燃料通常取决于催化剂材料、电解质组成、工作温度和其它性能特征。除了氢基燃料电池外，直接甲醇燃料电池直接使用甲醇作为燃料来工作。这些电池可以使用液态或气态甲醇工作。这些电池通常通过聚合物分隔体和液态离子电解质形成。催化剂颗粒通常分别包括在阳极和阴极中。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种制备电解质单元电池部件的方法，该方法包括进行顺序的反应沉积来形成多个层，其中至少一层包括导电材料。在另一方面，本专利技术涉及一种形成电解质电池部件的方法，所述方法包括将用聚合物粉末涂层浸透来形成聚合物膜，其中所述聚合物是离子导电的。在另一方面，本专利技术涉及一种涂覆杆状基底的方法，其中所述方法包括在来自反应流的产物流中旋转所述杆。另外，本专利技术涉及一种包括粉末涂层和离子导电聚合物的聚合物电极膜。在其它方面，本专利技术涉及一种动力单元电池，包括具有沿着所述涂层的厚度变化的主要颗粒大小的粉末涂层，其中所述粉末涂层包括导电材料。而且，本专利技术涉及一种包括具有粉末涂层的电极的燃料电池，所述粉末涂层包括催化剂材料，其中所述粉末涂层具有反应物流的下游具有更高的催化剂浓度。而且，本专利技术涉及一种形成电互连的方法，所述方法包括将导电涂层沉积在具有流动通道的金属结构上，其中所述沉积从反应流进行。在另外的方面，本专利技术涉及一种用于形成电化学单元电池的方法，所述方法包括执行电极和电解质的顺序反应沉积。此外，本专利技术涉及一种用于形成燃料电池部件的方法，所述方法包括将单元电池组件与溶剂接触以溶解可溶材料和形成到电极的反应物流动通道。并且，本专利技术涉及一种用于形成用于电化学单元电池的部件的方法，所述方法包括将导电材料沉积在曲面上。附图说明图1是用于以高产率进行粉末的激光高温分解合成的反应室的侧面透视图；图2是用于将蒸气/气体反应物传送到如图1所示的激光高温分解反应器的流动反应系统的反应物传送系统的示意性表示图；图3是用于将气溶胶和气体/蒸气组合物传送到反应室中的具有气溶胶产生器的反应物入口喷嘴的横截面侧视图，其中横截面是沿着插图的线3-3截取的。该插图示出了延长的反应物入口的俯视图。图4是沿图3的插图的线4-4截取的图3的反应物入口喷嘴的侧视图。图5是光反应沉积装置的示意图，其形成有通过导管连接到单独的涂覆室的颗粒制造装置。图6是其中室壁是透明的以允许察看内部元件的涂覆室的透视图。图7是朝向安装在旋转台上的基底的颗粒喷嘴的透视图。图8是其中将颗粒涂层施加于颗粒制造装置中的基底上的光反应沉积装置。图9是将反应物传送到位于基底附近的反应区的反应物喷嘴的透视图。图10是沿线10-10截取的图9的装置的截面图。图11是光反应沉积装置的实施例的透视图。图12是图11的装置的反应物传送系统的示意图。图13是图11的装置的反应室的放大视图。图14是沿图13的线14-14截取的图13的反应室的横截面视图。图15是图13的反应室的另一横截面图，移除了基底支持器部分并且可以看到挡板(baffle)系统。图16是基底支持器的俯视图。图17是具有基底的图16的基底支持器的截面视图，截面沿着图16的线17-17截取。图18是用于图13的反应室的反应物入口喷嘴的俯视图。图19是双线性操纵器，其是用于图13的反应室的喷嘴的驱动系统的一部分，其中该双线性操纵器从反应室分离以单独察看。图20是光反应沉积装置的示意图，其中颗粒涂层在颗粒制造装置中施加到杆状基底上。图21是部分覆盖了掩模的粉末涂层的基底的俯视图。图22是燃料电池堆体的示意性透视图。图23是波浪型压板的俯视图。图24是单元电池的截面视图，其电极具有不同颗粒大小的层。图25是燃料电池电极和电解质层的截面视图，其电极具有从反应物流下游增加的催化剂浓度。图26是根据表1的第1列中所列的条件制备的样品的x光衍射图。图27是根据表2的第1列中所列的条件制备的样品的x光衍射图。图28是根据表2的第2列中所列的条件制备的样品的x光衍射图。具体实施例方式用于进行材料的反应沉积的改进的处理方法可以有利地适用于形成材料性能改进的电化学单元电池，尤其是燃料电池或它们的部件。特别地，可将许多种类的技术适用于燃料电池应用，以高速沉积分层材料或相应构图的分层材料。单独的材料层或构图的材料层可以沉积来形成单独的燃料电池部件，比如涂层、电互连或密封，和/或多层可以沉积来形成它们的一个或多个部件或部分。这些沉积方法通常基于光反应沉积，其涉及由反应流(reactiveflow)来沉积材料。这些改进的方法在调整组成方面具有相当的通用性，并且能够再现地制造具有选择的特征的高质量层/结构。有效地制造可高度再现的结构允许得到持久的电化学单元电池的构造，并具有一致且可再现的性能。电化学单元电池具有分别进行氧化和还原半反应的阳极和阴极。分隔体/电解质设置在阴极和阳极之间来提供离子传导性但却电绝缘。由于电动势，电子从阳极流向阴极。外部负载可以应用来驱动单元电池内部的特定反应。相反，在电池组或燃料电池中，在单元电池内的反应产生可以用于作功的外部负载。如将单元电池依次堆叠，则在相邻的单元电池之间放置导电体以防止相邻单元电池之间的反应物或电解质的流动，但是却允许存在电流，使得相邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备电解质单元电池部件的方法，所述方法包括进行顺序的反应沉积来形成多个层，其中至少一层包括导电材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格R霍恩，威廉E麦戈文，罗伯特B林奇，罗纳德J莫索，
申请(专利权)人：内诺格雷姆公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]