电容器嵌入式燃料电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电容器嵌入式燃料电池。该电容器嵌入式燃料电池包括：膜电极组件，其包括由聚合物电解质组成的氢离子交换膜，以及分别设置在氢离子交换膜的上表面和下表面的一对气体扩散电极；一对隔板，分别位于气体扩散电极的外表面并具有形成在其中的气体通道；以及聚合物电容器，位于该对隔板中的一个的外表面并同时被串联电连接于该隔板。

【技术实现步骤摘要】
电容器嵌入式燃料电池相关申请本专利技术要求2004年5月31日提交的韩国申请第2004-39173号的优先权，将其披露的内容结合于本文作为参考。
本专利技术涉及一种电容器嵌入式燃料电池，更具体地说，涉及一种含有电容器以确保高能量密度的燃料电池。
技术介绍
一般而言，燃料电池是一种将借助于燃料和氧化剂之间的电化-学反应产生的能量转换成电能的电源，并且，由于其环境友好和能量效率高而成为新一代能量供给系统的主要选择物。特别是，由于燃料电池具有确保连续使用较长时间以及高电容的优点，因此普遍认为燃料电池将代替在便携式电子器件中使用的传统蓄电池组，便携式电子器件包括例如移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记本式计算机、以及超小型激励器。图1是示出聚合物电解质膜燃料电池的示意图，其是传统燃料电池的典型实例。-->参照图1，聚合物电解质膜燃料电池10包括膜电极组件(MEA)，其包括用于选择性地传送氢离子的离子交换膜11，以及设置在离子交换膜11两侧的气体扩散电极14和17。离子交换膜11由固体聚合物电解质组成，具有约50～200μm的厚度。气体扩散电极14和17包括：催化剂层12和15，其每一个均与离子交换膜11紧密接触并由含有铂基金属催化剂的碳粉组成；以及气体扩散层13和16，其每一个均由多孔碳载体组成并定位在催化剂层12或15的外表面。气体扩散电极14和17分别被设置为阳极和阴极。聚合物电解质膜燃料电池10进一步包括隔板18a和18b，分别位于气体扩散电极14和17的外表面。隔板18a和18b用来夹住膜电极组件(MEA)，并具有通道以将反应气体供给到气体扩散电极14和17同时将由反应气体的反应引起的副产物传输到外部。虽然图1示出了单个MEA，但实际上燃料电池可以实现为具有多个层叠在其中的MEA的层叠组件，以及在这种情况下，隔板18a和18b用来串联电连接相邻的MEA。当操作示于图1的燃料电池10时，将氢气或有机化合物如甲醇和乙醇从分开的燃料供给装置(未示出)通过在阳极侧的气体扩散层13供给到催化剂层12，而将氧气或空气则通过在阴极侧的气体扩散层16供给到催化剂层15，这样发生其电化学反应以产生电能连同副产物，如二氧化碳、氢气、以及剩余气体，其将被排出到外部。因此，因为在燃料连续供给到燃料电池的条件下燃料电池可以使用较长时间，并且因为用于燃料电池的燃料没有危险并且廉价，所以它可以适用于理想的便携式电池。-->然而，虽然如上所述的燃料电池适合于长时间供给低电流，但该燃料电池具有负载变化弱的缺陷。这是由其相对较低的输出密度所引起，因此，当在短时间内必须供给大量的电流时，如当用于笔记本式计算机时，则必须与燃料电池一起使用蓄电池组或另外的电容器。为此目的，按照惯例，包括蓄电池组或电容器的燃料电池系统控制器与燃料电池一起被用作独立的电源。然而，在这种情况下，存在下述问题：当采用蓄电池组或电容器时，燃料电池的总驱动电路被复杂化，从而引起燃料电池的制造成本和尺寸的增加。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而作出，以及本专利技术的目的是提供一种新型的燃料电池，其包括附着到燃料电池(具有层叠结构)的隔板之一上的聚合物电容器，以便被串联连接于该隔板，从而允许从其中供给大量的电流同时满足小型化和减少重量的要求。根据本专利技术的一个方面，上述和其他目的可通过提供电容器嵌入式燃料电池来实现，该电容器嵌入式燃料电池包括：膜电极组件，包括由聚合物电解质组成的氢离子交换膜，及分别设置在氢离子交换膜的上表面和下表面的一对气体扩散电极；一对隔板，分别位于气体扩散电极的外表面并具有形成在其中的气体通道；及聚合物电容器，其位于一对隔板之一的外表面并同时串联电连接于该隔板。电容器可以包括聚合物层，类似于氢离子交换膜，允许通过其进行氢交换。根据本专利技术的该具体实施例，该聚合物层可以由与氢离子交换膜相同的材料组成。该电容器可以包括聚合物层和形成在该聚合物层的上表面和下表面的电极，而每个电极均可以在从聚合物层的上表面或下表面-->扩散进入聚合物层的状态下形成(即每个电极从聚合物层的上表面或下表面扩散进入聚合物层)，以便增加电极和聚合物层之间的接触面积。这些电极可以用Au制成。聚合物层可以包括多个微孔，每个均充满高介电常数电解质。聚合物电容器可以在其中含有电解质的部件的形式加以实现。燃料电池可以具有在其中层叠的多个膜电极组件，在这种情况下，电容器可以被安装在最上层隔板或最下层隔板的暴露表面上。附图说明根据下文结合附图进行的详细描述，本专利技术的上述和其他目的、特征以及其他优点将更为明了，其中：图1是传统燃料电池的示意图；图2a是根据本专利技术的优选具体实施例的电容器嵌入式燃料电池的示意图；图2b是可应用于图2a的燃料电池的聚合物电容器的剖视图；以及图3a和图3b分别是根据本专利技术的可应用于燃料电池的其他聚合物电容器的示意图。具体实施方式现将参照附图详细描述本专利技术的优选具体实施例。-->图2a是根据本专利技术的优选具体实施例的电容器嵌入式燃料电池的示意图。参照图2a，作为可应用于本专利技术的燃料电池的实施例，该图示意性地说明了一个叠层燃料电池20。该燃料电池20包括四个膜电极组件(MEA)，其中的每一个均包括离子交换膜21a、21b、21c、或21d，以及一对气体扩散电极24a和27a、24b和27b、24c和27c、24d和27d，分别位于离子交换膜21a、21b、21c、或21d的上表面和下表面。这些膜电极组件是通过隔板28a、28b、28c、28d、以及28e串联连接，分别设置在这些膜电极组件的外表面。正如在图1中描述的气体扩散电极14和17的情况一样，气体扩散电极24a和27a、24b和27b、24c和27c、24d和27d是分别设置在离子交换膜21a、21b、21c、或21d的上表面和下表面，并且包括催化剂层，其由含有铂基金属催化剂的碳粉组成，以及由多孔碳载体组成的气体扩散层。根据该具体实施例的燃料电池20包括附着到最下层隔板28e的聚合物电容器30。优选地，燃料电池20可以进一步包括用于保护聚合物电容器30的保护板29。聚合物电容器30是通过最下层隔板28e串联连接于具有层叠结构的燃料电池，并可以积蓄在燃料电池中产生的电。本专利技术的聚合物电容器30具有平板形状，并且包括聚合物层31和设置在该聚合物层31的上表面和下表面的电极32a和32b。该聚合物层31优选由允许氢交换的材料制成，并且可以由与构成离子交换膜21a至21d的固体电解质相同的聚合物材料制成，只要可以实施本专利技术即可。电极32a和32b可以用Au制成，但本专利技术不限于这种材料。-->图2b是实际上可应用于图2a的燃料电池的聚合物电容器30的剖视图。如图2b所示，聚合物电容器30的电极32a和32b是在从聚合物层31的两个表面扩散进入聚合物层31的状态下用Au制成(即每个电极从聚合物层的上表面或下表面扩散进入聚合物层，接触面为折线形)。提供这样的形成扩散电极32a和32b的方法是为了能够小型化并减少燃料电池的重量。也就是说，当制造燃料电池时，需要形成的电极具有类似于燃料电池层叠的面积并尽可能薄，而在这种条件下，需要更大面积的电极以便用限制尺寸的电极得到高电容，其是通过如上所述的结构来实现。虽然说明的层叠的燃料电池的实例包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容器嵌入式燃料电池，包括：薄膜电极组件（ＭＥＡ），包括由聚合物电解质组成的氢离子交换膜，以及分别设置在所述氢离子交换膜的上表面和下表面的一对气体扩散电极；一对隔板，分别位于所述气体扩散电极的外表面并具有形成在其中的气体 通道；以及聚合物电容器，位于至少所述对隔板之一的外表面并同时与所述隔板串联连接。

【技术特征摘要】
KR 2004-5-31 10-2004-00391731.一种电容器嵌入式燃料电池，包括：薄膜电极组件(MEA)，包括由聚合物电解质组成的氢离子交换膜，以及分别设置在所述氢离子交换膜的上表面和下表面的一对气体扩散电极；一对隔板，分别位于所述气体扩散电极的外表面并具有形成在其中的气体通道；以及聚合物电容器，位于至少所述对隔板之一的外表面并同时与所述隔板串联连接。2.根据权利要求1所述的燃料电池，进一步包括：聚合物层，允许通过其进行氢交换。3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，所述聚合物层是由与所述氢离子交换膜相同的材料制成。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玄喆，朴忠南，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]