可靠的燃料电池电极设计制造技术

本发明专利技术大体上有关于燃料电池组件的发明专利技术以及形成各种较长寿命、较低造价与增进处理性能表现的燃料电池组件的方法。本发明专利技术大体上包含通过沉积一层或多层材料层来处理或调整一基板表面，该材料层在燃料电池运作期间内具有良好的基板附着力、低电阻（高导电性），并对化学侵蚀的抵抗力佳。基板可例如为燃料电池零件、一传导板、一隔离板、一双极板或一端板等等。在一实施例中，系通过将至少一部份的基板表面曝露于一含四氧化钌的气体或液体来处理或调整该基板表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例大体上有关于薄膜的沉积。更特定地来说，本专利技术系关于 一种将一薄膜沉积在一基板表面的处理及装置。
技术介绍
近来各种与电源及电力生产相关的产业对于发展环境友善的能源方面相 当关注。各种不同类型的燃料电池可用于直接产生电力以应用至多种用途，诸 如用于手提电子设备、手机、无线设备、PDA、相机、手提音响、笔记型计算 机、机动式车辆(例如汽车、卡车、火车等等)、不动式大型能源设备、住宅用 电等等。由于半导体处理技术可轻易地应用在燃料电池制造上，因此通过燃料 电池来获得高效率的电产能是可行的。燃料电池是一种电化学装置，其内的气态或液态燃料会和氧化剂反应而产 生电。 一般来说，电解质系夹在两个电极(一个阳极和一个阴极)中间而形成一 个燃料电池单元。诸如纯氢气或由任何碳氢化合物燃料所再制而成的氢气等燃 料被注入阳极中，经氧化而成质子和电子。氧化剂(诸如空气或氧气)则流进阴 极而与穿越过电解质的质子反应，在某些状况下，质子是穿越过一层质子渗透 膜(proton-permeable membrane)。所产生的电子从阳极流至阴极，并在阴极与质 子和氧化剂再次结合，而导致副产物形成，诸如热及水。所产生的电子流从而 生成电流来提供电力以驱动外界设备。各别燃料电池单元可堆栈或编排在一起 而形成一个燃料电池堆栈组合或模块。把多个模块或燃料电池堆栈组合再堆栈 起来，并将电端子、电绝缘体及端板(endplate)配置在这堆模块的相对两端，以 集体发电。燃料电池的基本要素通常简单，因而可用于高度可靠且长效供电/ 供能的应用上。一燃料电池堆栈组合通常会使用数个传导板(conductive plates)，这些传导 板被放置在一燃料电池堆栈组合内相邻的燃料电池之间，以隔开每个燃料电池。这些传导板通常含有多个流通道或流通沟槽，用以添加及移动燃料气体、 氧化剂或流体流经燃料电池。传导板可能是由金属、重掺杂的半导体或是传导 性聚合物(例如含碳复合物)所制成。每个传导板包含用于流通燃料气体或气体 氧化剂的一侧。放在燃料电池堆栈组合中相邻燃料电池之间的多个传导板通常 称为双极板(bipolarplate)或隔离板(separator plate)，而放在燃料电池堆栈组合两 端的传导板则称为端板(endplates)。应注意的是，在一个单极板(unipolar plate) 构造中，传导板的另一侧通常包含多个冷却道或冷却管，该等冷却道会与燃料 电池堆栈组合中一相邻燃料电池的冷却道配对结合而形成一对结合的传导板， 此传导板具有呈圆柱状的内部通路，用于流通冷却剂，以将阳极及/或阴极处化 学反应所产生的热和水从燃料电池堆栈组合中移除。因此在一单极板构造中， 该对结合的传导板包含作为一燃料电池的阳极的一侧，以及包含充当相邻燃料 电池的阴极的另一侧，故两个单极板配对结合在一起而作为一双极板。电解质在燃料电池中扮演着将质子由阳极运送到阴极的关键角色。电解质 包含各种有机化学品和无机化学品，故视所使用的化学品种类，形成了不同类 型的燃料电池。其中一种类型的燃料电池为在升高温度(例如150至200° C)下 使用磷酸的磷酸燃料电池(PAFC)。其它类型的燃料电池则包含固体氧化物电池 (SOFC)、融熔碳酸盐燃料电池(MCFC)、甲醇燃料电池(DMFC)、聚合物电解质 薄膜燃料电池(PEMFC)、碱性燃料电池(AFC)等。有一类型的燃料电池使用了质子交换膜，质子可穿透此交换膜，但气体和 电子却不行。在此构造下，典型质子交换膜的相反两面上会涂覆有不同的催化 剂，不同的催化剂会加速在阳极和阴极处的不同化学反应。此膜夹在两层微孔 导电层中间，使其一侧(例如阳极侧)和氢燃料接触，并且其另一侧(例如阴极侧) 和氧化剂接触，而形成一薄膜电极组件(MEA)，而该等微孔导电层系作为气体 扩散层及电流收集器。PAFC型燃料电池可使用质子交换膜或使用能支撑电解 质的多孔结构。MEA必须只让质子在阳极和阴极间穿越。如果自由电子或其它物质也行 经MEA，就会扰乱化学反应，并使部分电流短路。另外，为了要让燃料电池适 当地运作并兼具高电输出量及高度可靠性，气体和液体必须在各式各样操作条 件下，不受干扰地行经燃料电池内部的零件、管道、管线、通路、沟槽及/或孔洞等的表面。如此一来，每一个燃料电池零件的表面性质必须加以调整，以助 于此移动能够进行。此外，燃料电池堆栈组合或模块的各种零件均应具有能够 与电解质、电流或任何存在于燃料电池堆栈组合内的气体、液体接触良好的表 面。要让燃料电池成为能够在能源市场更普及的产品，重要的是要增长燃料电 池的使用寿命、降低燃料电池的制造成本并增进所形成的燃料电池组件的效 能。而与燃料电池堆栈组合中的传导板和端板有关的问题是，在大部分的燃料 电池应用中的电解质成份会腐蚀传导板和端板。举例来说，在磷酸燃料电池中 (PAFC)，高温以及酸性环境使传导板和端板极易受到侵蚀及腐蚀。因此，仍需要一种用于形成具有更长使用寿命以及较低制造成本的传导板 和端板的方法及装置。亦需要一种效能更佳的燃料电池。
技术实现思路
本专利技术的实施例大体上提出一种用于燃料电池的电极，其包含一基板，该 基板具有适于在已组装的燃料电池中形成一流体通道的一部份的一表面，以及 包含涂布于该基板表面上的一含钌涂层，其中该含钌涂层适于在该燃料电池运 作期间防止该表面腐蚀。本专利技术的实施例还提供一种燃料电池，其包含一薄膜电极组件，该薄膜电 极组件包含一薄膜以及一或多传导板，该传导板具有覆于其一个或多个表面上的一材料层，在一部份该一或多片传导板的该一个或多个表面上具有一涂层；其中该涂层包含涂布于该基板表面上的一第一层以及涂布于该第一层上的一 含钌层，其中该含钌层适于在该燃料电池运作期间防止该一个或多个表面腐蚀。本专利技术的实施例还提供一种具有一个或多个表面的双极板，其包含沉积于 一部份该一个或多个表面上的一材料层，在该一或多片双极板的该一个或多个表面上涂覆有一涂层，其中该涂层包含 一涂布于该基板表面的第一层，以及 一涂布于该第一层上的含钌层，其中该含钌层适于在该燃料电池运作期间防止 该一个或多个表面腐蚀。本专利技术的实施例还提供一种处理用于形成燃料电池的基板表面的方法，该方法包含提供一种基板，其具有一适于在一已组装的燃料电池中形成一流体通 道的一部分的表面，并在该基板的该表面上沉积一含钌层，其中该含钌层适于 在该燃料电池运作期间防止该表面腐蚀。本专利技术的实施例还提供一种处理用于形成燃料电池的基板表面的方法，该 方法包含提供一已组装的燃料电池，其具有一流体通道，其中该流体通道与该 燃料电池的一电极区的一催化表面相连通，以及输送一含四氧化钌(mthenium tetraoxide)的气体至该流体通道及该燃料电池电极区的催化表面，以在该流体通 道或催化区的一部分上沉积一含钌层。附图说明为了能够详尽地了解本专利技术的上述特征(既经简略概述于上)，系参照实施 例对本专利技术作更特定的描述如上，并且部份实施例绘示于所附图式中。但要注 意的是，所附图式仅描绘本专利技术的代表性实施例，故不应用以限定本专利技术范围， 因为本专利技术可允许其它等效实施例。第1图描绘一燃料电池单元的作用区简略第2图描绘一燃料电池的作用区，该燃料电池具有根据本文中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的电极，其包含：　基板，该基板具有一表面，该表面适于在一已组装的燃料电池中形成一流体通道的一部份；及　含钌层，其配置于该表面上。

【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：TW韦德曼，KJ阿姆斯特朗，DJ伊格尔沙姆，N克里希南，R霍夫曼，MP斯图尔特，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]