生产具有大活性表面区域和小体积的燃料电池组的方法

专利名称：生产具有大活性表面区域和小体积的燃料电池组的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产具有大活性表面区域和小体积的燃料电池组的方法。
本发明因此涉及燃料电池组的领域，尤其涉及一种以固体聚合物隔膜作为电解质的燃料电池组，例如PEMFC(“质子交换隔膜燃料电池组”)和DMFC(“直接甲醇燃料电池组”)。
使用固体聚合物电解质型的燃料电池组特别应用于陆上、空中和水上运输，尤其是应用于陆上交通工具，这是当前众多发展计划主题，以便寻找在电动车中使用电池的替代品。
背景技术：
通常，燃料电池组由许多单个电池单元的堆积构成。这些电池单元中的每一个都包含位于电解质两边的一个阳极和一个阴极。例如用于氢燃料电池的氢H2的燃料在阳极氧化，因此产生质子和电子。通过电解质，电子与外部电路再结合，而质子被引向阴极，通常是按照离子传导隔膜的形式。在阴极位置发生燃料氧化，例如在氢燃料电池组的情况下，伴随着空气中的氧气产生了水，该水是来自还原产生的离子和质子的再结合。
在一个单独的电池单元上获得的功率密度是十分低的，并且通常不足以使电力设备工作。因此为了获得足够的功率，将很多这些单个的电池单元组装起来是十分必要的。通过一些单个电池的单元堆积通常可以实现组装，依靠密封的被称为双极板的金属板来分隔电池单元。
在燃料电池组领域的现有技术中，已经提出了许多结构。
因而，中等功率燃料电池组，即每一电池单元具有10到50千瓦的燃料电池组，通常通过压滤器结合双极板和隔膜电极组件装配而成，双极板由石墨或不锈钢制成，通过压缩两个织物电极和一个由NAFION制成的质子传导隔膜而得到隔膜电极组件。
被称为微型燃料电池组的低功率燃料电池组，即每一个电池单元具有0.5到50瓦功率，对于其制作来说，需要开发体系结构和方法，其来源于微电子技术。难点在于微电极装配质子传导材料的薄膜。此外，微电极必须具有高的电子传导率；在用于氢/空气燃料电池的PEMFC体系结构情况下，具有气体尤其是氢的高渗透性；而在用于甲醇/空气燃料电池的DMFC体系结构情况下，具有气体和甲醇的高渗透性；具有在小表面区域采取薄膜形式的能力；以及良好的热力强度。该微电极还必须带有适合沉积分散形式的催化剂的表面。
在文献中，可分出一些基于多孔硅的体系结构，为了形成隔膜电极组件，催化剂和随后的NAFION接连沉积到多孔硅上。然而，各个层的不良粘着力限定了此种类型设备的性能，因此，产生了强烈的界面阻力，并且非常微弱的催化剂分散也限定了此种类型设备的性能，为了获得强有力的电子传导沉积，催化剂须被细致地分开。
各个实验室发展了无孔硅的技术。从而，来自Lawrence Livermore国际实验室的小组通过首先在硅基体上沉积用作电子集电极的金属性镍薄膜从而制作了一个微型燃料电池。然后，催化剂和随后的质子导体相继沉积在镍上。随后为了使催化剂和还原剂相互接触，也就是按照预定的燃料电池系统的氢或者甲醇，经化学腐蚀镍被穿孔。此技术具有尤其是与镍特性相关的某些缺点。特别地，镍对于由质子导体的强酸性引起的腐蚀现象十分敏感。而且，催化剂在穿孔的镍层中较弱地分散，该穿孔镍层的引起还原剂在催化剂上面的均一分散的能力较低。最终，此技术导致很少可能出现三相点。
专利说明书WO 97/11503[1]和美国专利5,759,712[2]描述了一种燃料电池组体系结构，其基于使用浸渍质子传导材料的多微孔基体作为微型燃料电池组系统的中心元件。使用传统的真空喷涂法技术，形成燃料电池组所需的各种材料因此沉积在基体每一侧。此发明存在两个主要缺点首先，聚合体基体的易碎性，特别当用侵袭性的真空喷涂法技术处理时；第二，不良的电化学性能，特别是与缺乏活性表面区域相关，且也与直接形成在质子交换隔膜上的催化剂沉积的易碎性相关。
所批露的所有体系结构都具有完全平坦的独特特征，这意味着不可以获得充分大的电极表面区域从而为便携式电子设备供给能量。
为此，现有技术提出了多种非平面几何形状。
美国专利6,080,501[3]、6,007,932[4]和6,001,500[5]描述了一个微型燃料电池的圆柱体结构。此体系结构是基于围绕由金属化泡沫塑料制成的心轴而缠绕一个传统使用的平面几何形状的电极-隔膜-电极组件。然而，这种类型组件的性能受到了限制，因为如下两个主要原因-起初为平面的电极-隔膜-电极组件不适合圆柱几何形状，这意味着几乎不可能在平面电极-隔膜-电极组件缠绕后重新建立阳极-阳极、阴极-阴极和隔膜-隔膜的接触；-集电极不能与阳极和阴极密切接触，导致了过高的界面阻力。
另一个美国小组研发了一种类似的管状微型燃料电池组设计。一个电极-隔膜-电极组件被卷绕形成圆柱体。此圆柱体随后集成到一“圆柱体托架”的金属设备中，使得确保电流聚集。然而，这种类型的体系结构不适合便携式电子设备，特别是由于使用“圆柱体托架”系统而产生的巨大体积。
专利JP 63 138667[6]提出了一个用来实现非平面的燃料电池组结构的方法，所述方法在于在一个栅格形式的载体的孔的一部分的内表面上沉积电池组薄膜。该专利还描述了组装多个这样的载体的可能性。
然而，所描述的方法获得的设备具有以下缺点-由于孔的构造，且更明确的由于孔是高度很低的平行六面体形式，因此在所述孔的内表面上实施规则的电池薄膜是困难的；-由于在此文献中孔的几何形状和排列，因此必须将栅格形式的载体上的孔的部分用于传送供应燃料电池组的反应物，这导致用于沉积电池组薄膜的表面区域的损失，因此导致由此结构所引起的所述电池组的能量损失。
因此迫切需要一个方法来生产燃料电池组，使得如下所述成为可能在保持大电极活性表面区域和允许实现电力连接网络及反应物分布的同时，获得具有尽可能小的整体体积的燃料电池组。
而且，对于此类型的燃料电池组来说，如下所述可能是需要的能够研发出一种与在此领域中，特别是陆上运输中使用的所述燃料电池组兼容的电源。

发明内容
因此本发明目的是提出一种用来生产燃料电池组的方法，其适用于平常的设备，尤其能满足以上提及的需求，并且没有现有技术的缺点、不利、不足和限制，并且特别实现了一种具有比占用的地面面积大得多的活性表面面积的电池组。此外，本发明的目的是提供一种用来生产燃料电池组的方法，其使得获取高能量燃料电池组成为可能，而同时节约了用于所述燃料电池组的形成反应物连接和电力连接网络的大的空间。
最后，本发明的目的是提供一个减小体积的燃料电池组，其依然具有大活性表面区域。
根据本发明，通过生产燃料电池组的方法可实现这个和进一步的目的，所述燃料电池组包括一组彼此电连接的单个电池单元，每一个电池单元包括至少三层，即一个位于第一电极层和第二电极层之间的隔膜层，所述方法按次序包括以下步骤-在至少两个载体上形成多个孔的步骤，通过第一孔截面和第二孔截面，每个孔在每个载体的两个相对面两侧开口，且每个孔具有侧面；-在每一个所述孔的侧面形成单个电池单元的步骤；-在每个载体至少一个所述相对面上形成电连接网络和反应物分配网络的步骤，所述网络使单个电池单元彼此连接，组件由载体形成，单个电池单元和所述网络组成了一个基本模块；-这种组装至少两个基本模块的步骤，使得每个基本模块的单个电池单元对着邻近基本模块的单个电池单元放置。
所述方法的特征在于，在形成多个孔的步骤期间，每一个孔形成为使所述第一和/或第二孔口截面中的至少一个的表面积小于在平行于所述对置表面的平面中开出的孔的至少一个横截面的表面积，并且对于每一个孔，第一或第二孔口截面的表面积比另一孔口截面的表面积小。
应该指出，根据本发明，术语“基本模块”是指由载体组成的组件，在其内部形成电池组的单个燃料电池单元，所述电池单元通过电连接网络电力连接，通过反应物分配网络供给，在载体的至少一个表面上形成所述网络，孔形成于载体上。
应该指出，根据本发明，侧表面表示界定孔的壁表面。
应该指出，根据本发明，反应物分配网络表示允许为电极供应氧化剂或还原剂的网络。
应该指出，当提到一个通过包含在平行于载体的相对面的平面内开出的孔的截面时，是指除了上述孔口截面的任何截面。
应该指出，术语载体最好理解为表示一个基本为平行六面体形状的支撑物。
应该指出，在上文和下文中的术语活性表面区域，应该被理解为由电极占据的表面区域，该区域就是燃料电池组的电化学反应发生地。
根据本发明的孔可以有利地为基本呈现截圆锥形或截棱椎形的孔。
具有此种类型几何形状的孔是为了以下优点-和具有垂直于载体的壁的孔相比，如在上述日本文献中的设计的情况，使一些孔具有相对于垂直面充分倾斜的壁的孔轮廓，从而有助于沉积形成单个电池单元所需要的层；-和具有垂直于基体的壁的孔相比，形成的孔的孔口截面面积比另一个孔口截面面积小的事实，使得在形成所述孔的表面上节省空间，特别在具有最小面积的孔口截面的表面上；该空间节省可用于形成电连接网络和反应物分配网络，尤其是用于形成额外的孔，因此增大燃料电池组的活性表面区域；-和具有垂直于基体的壁的孔相比，侧表面(或孔的内表面区域)可以更大，因此如果侧表面作为形成单个电池的基底增加了活性表面区域。
应该指出，当以上文本因对照目的提及具有垂直于基体的壁的孔时，这些具有垂直壁的孔和以上提到的第一孔口截面或者第二孔口截面具有一个同样的横截面。
此外，本发明的有利特性在于如下事实为了进一步增加获得的燃料电池组的活性表面区域，可组装两个或者更多的基本模块。
因此，本发明的好处是通过组装至少两个基本模块使它们彼此相对设置，能够增加孔的侧表面面积。
因而，由于根据本发明的此方法，获得具有减少的占地面积，同时获得大活性表面区域的燃料电池组，因为燃料电池组的活性表面位于形成基体的材料内。
此外，本发明实现了来自多个模块组装和此外来自某些孔的特殊几何形状的系统这个事实，具有易于在所述孔的壁上制作活性层的主要优势。
事实上，如果考虑到具有单模块的燃料电池组的结构，则例如在体积为圆锥状的孔的情况中，壁的斜度将由几何形状，特别是基体的厚度、孔的孔口截面表面区域固定。在此系统中，为获得活性表面区域，研发了极倾斜的壁是必要的。相反，来自组装多个模块的系统，例如根据本发明的方法所构思的系统，可以包括(比起如果使用单个模块)更低高度的模块，因此孔的内壁可以具有更小的倾斜轮廓。因此，为了形成单个电池单元，此系统使实现层的沉积更容易。
根据本发明，在每一个基体中形成的孔可通过侵蚀或者也可通过激光消融来形成。
根据本发明，基体包括选自硅构成的组的材料，例如多孔硅、石墨、陶瓷和聚合体。
作为例子，陶瓷可以是氧化钛或者氧化铝，并且聚合体可以是Teflon、Peek或者聚砜。
在每个基体中形成的每个孔最好具有第一孔口截面和第二孔口截面，这些截面具有比所述孔侧表面小的表面区域，从而具有如下的优势用基体表面的大区域形成电连接网络和反应物分配网络。
根据本发明，为了形成第一电极层、隔膜层和第二电极层，通过在每一个所述孔的侧表面上连续沉积至少三层，在形成于每个基体中的孔内实施单个电池单元。
此生产阶段也可以包括在每个电极层上沉积集电器。
根据本发明，当该组件将两个没有网络(也就是电连接网络和反应物分配网络)的面彼此对置组装时，组装两个基本模块可包括以下连续步骤-将连接层施加到至少一个没有所述网络的所述面上的步骤；和-在所述面上结合基本模块的步骤。
根据本发明，将至少两个模块的面彼此对置，其中至少一个模块具有电连接网络和/或反应物分配网络的所述至少两个基本模块的组装可包括以下连续步骤-通过密封绝缘的层将提供有所述网络的面遮蔽的步骤；-将提供有所述网络的面整平的步骤；-将连接层施加到至少一个要组装的面上的步骤；和-将所述基本模块所要组装的所述面连接的步骤。
连接层更适宜由与隔膜层同样的成分制成。
这尤其具有允许将隔膜以单步骤施加到孔壁和表面连接层上的优势。
根据本发明的不同实施例，连接层也可以是不同于隔膜的粘合剂，并且选自由环氧化物、聚酰亚胺、硅树脂、丙烯聚合体组成的组。
根据本发明的另一个变体，连接层用选自二氧化硅和氮化硅的材料制成。
根据本发明，一旦施用连接层，通过夹紧可以实现两个基本模块的连接。
根据本发明的另一实施例，通过粘合剂粘合可以实现两个基本模块的连接。
最后，通过分子粘合可以实现连接。
通过应用单独层同时实现遮蔽步骤、整平步骤、粘合连接步骤和设置连接层步骤。
根据本发明的一个特殊有利的实施例，单独层是与隔膜层具有相同成分的层。
根据一个变异体，单独层是由选自二氧化硅和氮化硅的材料制成的连接层。
本发明的另一个目的是提出一种可由以上描述的方法获得的燃料电池。


现在将参考附图对本发明进行详细说明，其中图1显示了截取具有符合本发明的几何形状的一个孔的剖视图，在其侧面用本发明的方法已实施了电池组的单个燃料电池单元；图2显示了一个等角投影，说明两个基本模块的连接结构(根据本发明的术语，所述两个基本模块的连接结构指“空腔层面”)；
图3显示了代表一个连接结构的剖视图，该连接结构由并排连接的两个空腔层面形成，使用一种根据本发明的方法获得所述连接结构；和图4代表了连接4个基本模块的不同方法。
具体实施例方式
依照本发明生产燃料电池的方法连续包括在至少两个基体内形成多个孔的步骤，接着是在每一个孔内形成单个电池单元的步骤，在每个基体的至少一个面形成阴极连接网络、阳极连接网络和反应物分配网络，然后获得的组件是一个基本模块，组装至少两个基本模块的步骤，以下述方式来形成所述孔每个孔的所述第一和/或第二孔口截面中的至少一个具有比在平行于所述相对面的平面内开出的所述孔的至少一个横截面的表面区域小的表面区域，并且对于每一个孔，第一或第二孔口截面具有比另一孔口截面的表面区域小的表面区域。
可用任何已知方法在每个基体上进行实施多个孔的步骤，例如依靠蚀刻，如等离子蚀刻或者湿蚀刻。一旦形成孔，施加电池组的单个燃料电池单元到每一个孔的侧表面上，例如在每一个所述孔的侧表面上，连续沉积第一电极层、隔膜层和第二电极层，并且如果适用，在每一个电极层上沉积集电器。根据本发明，使用任何已知方法可以实现电极层的沉积，该已知方法使得获得薄膜形式的沉积。例如，通过物理蒸汽沉积(PVD)、化学蒸气沉积(CVD)、离心旋涂或者通过浸渍基本层，例如镀铂碳，从而此沉积可以实现。
根据本发明，例如通过液态方法可以实现隔膜层的沉积。构成隔膜的材料可以选自例如由聚酰亚胺、聚醚砜、聚苯乙烯和其衍生物、聚醚酮和其衍生物、聚苯并恶唑、聚苯并咪唑和其衍生物、多芳基化合物，例如对亚苯基和聚对苯二甲撑组成的群。
为了结合其每一个单独电源，以此种方式形成的单个电池单元用于电力连接。此外，必须为这些电池单元供应反应物。为了实现这个，本方法包括在基体的至少一个面上形成电连接网络和反应物分配网络的步骤。
依靠感光树脂或者感光干膜，可以使用光刻技术实现这些电连接步骤。也可以考虑蚀刻技术，特别是重离子轰击蚀刻。
通过在至少一个面上的蚀刻管道，形成反应物分配网络，所述管道确保传送反应物，并且通过应用扩散层使所述传送最优化。
图1显示了具有一个符合本发明的几何形状的孔1，在形成本发明方法的步骤期间，该孔的壁安置有构成单个电池单元的层。
根据此特殊实施例，孔1是截棱椎的形状，更明确地说，具有一个正方形底部，并且通过用1a表示的第一孔口截面和1b表示的第二孔口截面，在基体9的相对面9a、9b的两侧连通；在此具体情况中，第一孔口截面的表面区域比在平行于上述相对面的平面内开出的孔的任何其他截面小，并且所述孔具有侧表面1c。与其壁垂直于所述基体的相对面的孔相比，此孔具有倾斜的内轮廓，从而有助于简化形成单个电池单元的步骤。
在此孔的侧表面1c上连续放置-阳极集电器2，所述集电器以轨道3的形式表面连接到一个阳极连接网络；-根据本实施例实现阳极功能的第一电极层4；-隔膜层5；-起阴极作用的第二电极层6；-阴极集电器7，表面连接轨道8形式的阴极连接网络。
根据本发明的术语，具有在其中形成单个电池单元的孔的基体构成一个基本模块，所述模块用于和至少另一个模块组装，以形成至少一个空腔层面。
应该指出，本发明描述中使用的术语“空腔层面”是指由如上定义的两个基本模块的连接产生的组件。
根据本发明的一个特殊实施例，图2允许理解组装由9’表示的两个基本模块的方法。
因而，该图代表两个大致相同并且在外形上是平行六面体的基体9，其具有三排孔10，这些孔是具有一个正方形底部的截棱椎的形状。每个孔10构成一个单独的燃料电池单元，如以上在图1中所描述的，通过电连接网络11、12(分别为阳极和阴极)以轨道的形式电串联连接各个电池单元，每一个单独电池单元的活性表面区域累加。根据本发明的一个变体，很明显在各个电池单元间的电连接可以是平行的。为了便于说明，反应物分配网络未在该图中显示。
根据本发明的此特殊实施例，在组装前，没有电连接网络和反应物分配网络的两个基本模块的面覆盖有反应物不能渗透的连接层13。此连接层可以是例如隔膜层，其特别用于对反应物的密封特性，也可以是具有粘合特性的层，例如所述层由选自环氧化物、聚酰亚胺、硅树脂、丙烯聚合体的材料形成。
应该指出，两个基本模块的组装必须以这种方式来实现放置一个基本模块的孔，使其与邻近基本模块的孔相对，以便一个模块的孔的活性表面区域与邻近模块的孔的活性表面区域累积。为了实现此结果，用于被组装的基本模块例如借助于在每一个模块上具有一个定位交叉系统的双表面定位机被定位。
一旦实现了定位，通过连接两个基本模块的步骤来完成组件，使用各种技术实现所述步骤。
因而，通过夹紧来处理连接，特别是当连接层应用到模块至少一个没有网络的面上，而该连接层没有充足的粘合特性来确保两个基本模块的结合。
该结合也可以通过粘合连接来实现。在设计的粘合连接技术中，可以通过分子附着力的连接、通过应用粘合剂的连接、或者在玻璃态转化温度附近处理后通过同类型的聚合体材料的粘结来连接。例如，如果连接层具有与隔膜层同样的成分，所述隔膜由聚合体材料制成，通过在大于或等于聚合体材料的玻璃态转化温度热处理所述层来实现连接。
根据本发明的术语，由连接两个基本模块的这个步骤产生的组件组成了一个空腔层面。
为了获得具有在活性表面面积和所述燃料电池组的占地面积之间更高比率的燃料电池组，根据本发明，组装多于两个基本模块，例如通过组装至少两个空腔层面或者至少一个空腔层面与至少一个基本模块。
为此，对于该类型的组装，如果需要，最好包括在面上遮蔽电连接网络和反应物分配网络的步骤，这些表面用于通过密封和绝缘的层连接；整平装备有所述网络的面的步骤；包括随后的将连接层设置到至少要连结的一个面的步骤；和最后连接所述面的步骤。
这些相同的步骤也可以应用到需要组装两个基本模块的场合，在这两个模块的待连接的表面中的至少一个装备阳极和/或阴极连接网络和/或反应物分配网络。
为了避免在连接两个面期间的短路问题和反应物泄漏问题，遮蔽步骤如其名显示的，包括遮蔽电连接网络和反应物分配网络。
例如，此步骤可以通过应用密封和绝缘的层来实现。
整平步骤在于将用于连接的具有网络的外表面平整，例如通过应用一个整平层或者通过一个机械过程，例如抛光。为了避免在模块组装期间出现任何表面不连续的问题，此整平步骤是必要的。
本发明一个尤其有利的实施例包括通过单层应用来实现遮蔽步骤、整平步骤和实施连接层步骤，该单层可以是例如与隔膜成分相同的层，例如由Nafion组成，或者是无机材料的层，例如选自二氧化硅、氮化硅，或由这些不同材料组成的多层的材料。
图3说明了通过一个由两个空腔层面连接产生的根据本发明的一个特殊实施例获得的燃料电池组的剖视图。
在这些不同基本模块上形成的孔14呈截锥形，其对应于依照本发明的孔的几何形状。
层的重叠，也就是第一电极层15、隔膜层16和第二电极层17，在每一个孔14的侧表面14a上注明。
相应于密封连接层的层18确保两个邻近基本模块19之间的密封，经过被组装，两邻近基本模块构成了一个空腔层面20。在此根据本发明的一个特殊实施例获得的结构中，层18具有与隔膜层16相同的成分。应该指出，根据此特殊实施例，为了产生一个空腔层面20，两个基本模块19的组装在于连接没有网络的两个面。
同时确保粘合、密封、绝缘和整平的单层21确保组装两个空腔层面20。根据符合本发明的一个特殊实施例获得的此结构，单层21具有与隔膜层16相同的成分。
通过电连接网络22、23的串联，两个空腔层面的电池单元进行相互电连接。
为了形成空腔层面而组装两个基本模块，和组装两个空腔层面，可以以不同方式设计。
因而，图4A、4B和4C说明了通过连接4个基本模块的不同形式的剖面图。根据这些特定实施例，每一个基本模块包括多个孔，所述孔呈截锥形。
根据图4A，两个空腔层面25的每一个是由两个基本模块24组装而成，特别是通过彼此相对放置孔26和底部27(在图中通过实线表示)，随后通过彼此相对放置如此形成的空腔的顶点28(如在图中实线所示)来组装所述层面。
根据图4B，每一个空腔层面25是由两个模块24组装而成，特别是通过彼此相对的放置孔26和顶点28，随后特别通过彼此相对放置如此形成的空腔底部27来组装所述层面。
最后，根据图4C，每一个空腔层面25是由两个基本模块24组装而成，通过以一个孔的底部27面对另一个孔的顶点28来放置孔26，随后通过以一个孔的底部27面对另一个孔的顶点28的方式放置，按该方式形成的空腔来组装所述层面。这些不同的组件变体有助于生成复杂空腔，和合成空腔的孔截面的表面区域相比，具有大的内表面区域的该复杂空腔形成组成燃料电池组的单个燃料电池单元的中心。和以此方式形成的组件的可见表面区域相比，结果是得到一个大的活性表面区域。
现参考以下说明性的非限定性例子对本发明进行描述。
例子目的是研发一个350cm2的活性表面区域用于25cm2的可见表面区域和一个10瓦特小时的能量。
为此，基体是一个具有400微米厚和25cm2的可见表面区域的单晶硅晶片，其上蚀刻了孔网。通过等离子蚀刻形成孔并且孔具有100微米边长的正方形横截面，具有一个相应于中空表面区域和全部表面区域之间的比率为56％的展开表面区域的开口为56％的表面区域，和一个在孔的进入表面区域和退出表面区域之间80％的缩小因数。因此，所研发的表面区域比可见的表面区域大7倍。将形成燃料电池组所需要的薄膜连续沉积到孔的侧面，这些薄膜包括-一个阳极，在本例子的上下文中包括一个集电器和一个通过喷射活性墨，而沉积的催化剂层；-一个以Nafion薄膜形式通过浸渍而沉积的电解质精细隔膜；-为了在阴极激活反应，而沉积在隔膜上的催化剂层，随后是意在确保在阴极电流聚集的金属沉积；根据此例子，依靠光刻技术使用感光树脂和感光干膜在基体的一个面上形成阳极和阴极的连接网络，并且通过管道蚀刻形成反应物分配网络。在这些步骤最后获得了一个基本模块。
通过在大于玻璃态转化温度进行的热处理后，连接Nafion层来实现两个基本模块的组装。以此方法获得一个空腔层面。
通过硅氧层实现多个空腔层面的组装，并且通过分子粘合步骤来完成。
应该指出，借助于双表面定位装置实现了用于组装的模块或空腔层面的精确定位。
权利要求
1.一种生产燃料电池组的方法，所述燃料电池组包括一组彼此电连接的单个电池单元，每一个单个电池单元包括至少三个层，即位于第一电极层和第二电极层之间的隔膜层，所述方法按次序包括以下步骤-在至少两个载体(9)中形成多个孔(1、10)的步骤，通过第一孔口截面(1a)和第二孔口截面(1b)，每一个孔在每一个基体的两个相对面(9a，9b)两侧开通，并且每一个孔口具有一个侧表面(1c)；-在每一个所述孔的侧表面(1c)上形成单个电池单元的步骤；-在每一个基体的至少一个所述相对面上形成一个电连接网络(11、12)和一个反应物分配网络的步骤，所述网络将单个电池单元相互连接，组件由一个基体，单个电池单元和组成一个基本模块(9’)的所述网络形成；-以下述的方式组装至少两个基本模块(9’)的步骤每一个基本模块的单个电池单元面对邻近基本模块的单个电池单元放置，所述方法的特征在于，在形成多个孔的步骤期间，以这种方式来形成每一个孔每个孔的所述第一或第二孔口截面(1a，1b)中的至少一个具有的表面区域小于在一平行于所述相对面的平面内开出的所述孔的至少一个横截面的表面区域，并且对于每一个孔，第一或第二孔口截面具有比其他孔口截面的表面区域小的表面区域。
2.根据权利要求1所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，孔基本是截锥形。
3.根据权利要求1所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，孔基本是截棱锥形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，在每一个基体上形成的每一个孔具有一个第一孔口截面和一个第二孔口截面，这些孔口截面具有比所述孔的侧表面小的表面区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，通过蚀刻在每一个基体上形成孔。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，通过激光消融术在每一个基体形成孔。
7.根据前述权利要求的任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，基体由选自硅材料组成，例如多孔硅、石墨、陶瓷和聚合体。
8.根据前述权利要求的任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，为了形成第一电极层、隔膜层和第二电极层，通过在每一个所述孔的侧表面上连续沉积至少三层来形成单个电池单元。
9.根据权利要求8所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，形成单个电池单元的步骤也包括在每一个电极层上沉积集电器的步骤。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，当将两个不具有如权利要求1中定义的网络的面相对放置进行组装时，两个基本模块的组装包括以下连续步骤-放置连接层(13)到至少一个所述的不具有网络的面上的步骤；和-在所述面上连接基本模块的步骤。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，相对放置至少一个提供了电连接和/或反应物分配网络的基本模块的面，而进行至少两个基本模块的组装，包括以下连续步骤-通过密封和绝缘的层，遮蔽设有有所述网络的面的步骤；-整平设有所述网络的面的步骤；-施加连接层到至少一个将要组装的面上的步骤；-连接所述基本模块的所要组装的面的步骤。
12.根据权利要求10或11所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，连接层(13)是与隔膜层成分相同的层，或是选自二氧化硅或氮化硅的材料制成的层。
13.根据权利要求10或11所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，连接层相应于一种选自环氧化物、聚酰亚胺、硅树脂、丙烯聚合体的粘合剂。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，通过夹紧实现连接步骤。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，通过分子粘合实现连接步骤。
16.根据权利要求10至13中任一项所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，通过粘合剂粘合实现连接步骤。
17.根据权利要求11所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，通过设置一个单层来同时实现遮蔽步骤、整平步骤和实施连接层步骤。
18.根据权利要求17所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，该单层具有与隔膜层相同的成分。
19.根据权利要求17所述的生产燃料电池组的方法，其特征在于，该单层选自二氧化硅和氮化硅的材料制成。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法获得的燃料电池组。
全文摘要
本发明涉及一种制造燃料电池组的方法，其包含一个在至少两个基体(9)上形成多个孔(10)的步骤，每个孔位于单个燃料电池单元的位置，所述孔具有特定几何形状，例如截锥形或截棱锥形。随后各个单个电池单元通过电连接网络(11、12)电力连接，并且通过一个反应物分配网络供给，组件由基体(9)，电池和组成了基本模块(9’)的网络形成。最后，组装至少两个基本模块(9’)，每个基本模块的单个电池单元面对邻近基本模块的单个电池单元放置。
文档编号H01M8/02GK1615557SQ02827216
公开日2005年5月11日 申请日期2002年11月15日 优先权日2001年11月16日
发明者J·阿罗约, D·布洛克, J·-Y·劳伦特, D·马萨克 申请人:法国原子能委员会