专利名称：燃料电池隔板、燃料电池用电极结构、制造该隔板与该电极结构的方法以及包含该隔板与 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有用纳米多孔材料制成的气体通路肋的燃料电池隔板、一种燃料电池用电极结构、制造该燃料电池隔板与该燃料电池结构的方法以及一种高分子电解质燃料电池。
背景技术：
固体高分子燃料电池由单个电池单体(single cell)的层叠(stack)以及两个集流器(current collector)组成，集流器被布置在层叠的外侧。各个单个的电池单体由固体高分子电解质膜、布置在该固体高分子电解质膜两侧的两个电极、具有气体馈送槽的隔板构成，其中，气体馈送槽用于向各电极馈送燃料气体和氧化剂气体，燃料气体例如为氢，氧化剂气体例如为氧。
要求固体高分子燃料电池中的隔板具有高度的不透气性，以便允许燃料气体和氧化剂气体被完全分离地馈送到电极。另外，要求电池的内阻为最小，以便获得高的发电效率，并且，出于这个原因，还要求隔板具有高的导电性。此外，为了使电池反应伴随的发热能够高效率地消散并在电池中获得均匀的温度分布，要求隔板具有高的导热性。为了保证长期的耐久性，还要求隔板具有高的耐腐蚀性。出于这些原因，高分子电解质燃料电池中的隔板主要用不锈钢或碳材料制成。
燃料电池用隔板典型地包括平板，该平板具有在其一面或两面上形成的多个平行的槽。采用这种构造以便保证发电过程中在槽中产生的水能被排出，并使燃料电池单体(fuel battery cell)中的触媒电极所产生的电能被传送到外部。这些槽还被用作反应气体流入燃料电池单体的通路。
通常，燃料电池隔板用碳板或金属板制成。为了为板提供气体通路，对碳板通常进行机械加工，而对金属板通常进行模压成形。然而，用于提供气体通路的这些技术在例如这些方面存在问题(1)通路形状的自由度小；(2)不能保证肋下充足的气体供给；(3)接触电阻大；(4)肋下有产生溢流(flooding)的倾向(即扩散分极(diffusion polarization)大)；以及(5)所产生的水的去除不充分，电池单体性能不稳定。
由于例如以下原因造成这些问题(1)当如现有技术中那样使用碳板或金属板时，通路的形状受加工准确度或成形准确度所限。因此，不能实现防止溢流或干涸(drying-up)的精细形状。(2)在已有的、肋庞大的结构中，如何在需要最大量的气体供给的肋下平滑馈送气体的问题不能得到解决。(3)在现有的方法中，扩散层和隔板只能被形成为分立的部件，产生了扩散层与肋部之间的接触电阻问题。(4)使用现有的加工方法，难以有选择地仅使肋下的部分——该处所产生水的量最大——具有拒水性，因此妨碍了排水和电池单体性能的改进。(5)在现有的方法中，隔板仅部分地具备拒水性或亲水性，因此不能以精细的方式进行排水，造成了电池单体性能的降低。
发明内容
因此，本发明的目标在于改善隔板中的通路形状选择上的自由度，使得能够设计出最优的气体通路。本发明的另一目标在于使得气体通路中肋下足够的气体供应成为可能，以便通过降低扩散分极来改善电池单体性能。本发明的又一目标在于降低扩散分极，以便通过改善排水以及防止溢流来改善电池单体的性能，并通过减小接触电阻来获得更高的电池单体性能。
本发明基于发明者的这样一种认识通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋，由此可实现上述目标。特别地，据发现，碳纳米壁(CNW)最适合作为具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料。下面将介绍这种碳纳米壁的结构以及形成这种碳纳米壁的方法。
本发明在一实施形态中提供了一种燃料电池隔板，该隔板包括隔板基板，在该基板上通过气相生长用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成有气体通路肋。气体通路肋的形成使得在这种气体通路肋下能够馈送足够量的气体，由此降低了扩散分极，并因此改善了电池单体的性能。
根据本发明，通过有选择的生长可形成具有任何所希望的图样(pattern)的气体通路肋，这种有选择的生长通过在具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料的气相生长过程中进行掩蔽(masking)而进行，或通过在生长后进行蚀刻而进行。
根据本发明，通过化学反应在气体通路肋的表面上提供亲水性基和/或疏水性基，由此，可改善排水性能并防止溢流，并可通过扩散分极的降低来改善电池单体的性能。亲水性基优选为包含氢氧基的(hydroxylgroup-containing)化合物，疏水性基优选为氟化物(fluoride)。给予亲水性基和/或疏水性基的化学反应优选为在具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料的气相生长之后在相同的小室(chamber)中通过一系列的步骤进行。
优选为本发明的燃料电池隔板具有用于改善气体流通的气体扩散层。具体而言，通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋，并通过气相生长，在该气体通路肋上用碳基多孔材料形成气体扩散层。形成气体扩散层、使得形成图样的气体通路不被埋藏。
更为优选的是通过化学反应在气体扩散层的表面上提供亲水性基和/或疏水性基。提供亲水性基和/或疏水性基的目的和方法与上面提到的相同。
本发明在第二实施形态中提供了一种燃料电池用电极结构。在这种结构中，在燃料电池隔板的气体扩散层上提供触媒层。触媒层包括由承载体承载的高分子电解质和触媒。触媒、高分子电解质和承载体可以为现有技术中公知的那些。
本发明在第三实施形态中提供了一种燃料电池，该燃料电池包含上述燃料电池用电极结构，其在形状上可以为平面形或圆柱形。
本发明在第四实施形态中提供了一种制造燃料电池隔板的方法，该方法包含以下步骤通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋。特别地，可以通过具有高自由度的图样形成来形成该气体通路肋。
具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料可以为石墨或非晶态。实例包括富勒烯(fullerene)、碳纳米管、碳纳米锥以及碳纳米片。如同上面提到的那样，其中碳纳米壁是最为优选的。
这里的碳纳米壁指的是一种二维碳纳米壁结构。它典型地具有壁状结构，其中，壁从基板的表面在基本均匀的方向上向上升起。富勒烯(例如C60)可被认为是零维碳纳米结构，碳纳米管可被认为是一维碳纳米结构。尽管碳纳米片包括类似于碳纳米壁的二维平面状小片的集合体，它们更像玫瑰花瓣且不相互连接。另外，相对于基板来说，作为碳纳米结构的碳纳米片的方向性劣于碳纳米壁的方向性。因此，碳纳米壁是一种与富勒烯、碳纳米管、碳纳米锥以及碳纳米片特性完全不同的碳纳米结构。
根据本发明，通过化学反应可向气体通路肋的表面提供亲水性基和/或疏水性基。提供亲水性基和/或疏水性基的目的和方法与上面提到的相同。
本发明的燃料电池隔板优选为具有气体扩散层，以便改善气体的流通。具体而言，通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋，并通过气相生长用碳基多孔材料在气体通路肋上形成气体扩散层。形成气体扩散层而不埋藏已经形成图样的气体通路，这一点很重要。在另一种方法中，与已经形成图样的CNW基板分开地在例如SiO2基板上生长扩散层用CNW。接着，对两个CNW基板进行合并，使得CNW被彼此相向地布置，并通过压力等使它们接合。此后，在氟溶液(fluorine solution)中对扩散层CNW中的SiO2进行蚀刻，以便移除SiO2基板。
更为优选的是，通过化学反应为气体扩散层的表面提供亲水性基和/或疏水性基。提供亲水性基和/或疏水性基的目的和方法与上面提到的一样。
本发明在第五实施形态中提供了制造燃料电池用电极结构以便在上述燃料电池隔板的气体扩散层上提供触媒层的方法。触媒层包括由承载体承载的高分子电解质和触媒。触媒、高分子电解质和承载体可使用现有技术中公知的那些。
根据本发明，可以在燃料电池电极中使用具有纳米结构的碳纳米材料，使得多孔率等微观结构以及图样等宏观结构能被自由更改。本发明还可以用一体化方式形成气体通路肋和扩散层。因此，可以获得下列优点(1)设计气体通路结构的自由度增大；(2)由于在肋部提供了气体通路，扩散分极降低；(3)可降低隔板与GDL之间的接触电阻；以及(4)通过改善气体通路肋下面的排水性能，可防止溢流。因此，可获得增强的电池单体性能稳定性。
另外，根据本发明，可以借助气相反应、通过一系列的操作制造电池单体结构，由此有利于制造成本的降低。
图1原理性地示出了用于制造CNW的设备；图2示出了所制备的CNW的SEM图像；图3原理性地示出了本发明；图4原理性地示出了根据本发明的制造过程；图5示出了通路结构的图样的实例；图6示出了根据本发明的燃料电池隔板另一实例的横截面；图7示出了根据本发明的燃料电池隔板另一实例的横截面；图8示出了根据实例4的处理的概念图，其涉及将冲孔金属(punchingmetal)用作掩蔽板；图9示出了形成图样的基板表面的光学显微镜图像(右)，以及形成图样的CNW部分的横截面和该表面的SEM图像(左)；图10示出了实例5中在涂布抗蚀剂(resist)之后的横截面SEM图像；图11示出了实例5中形成图样之后的横截面SEM图像；图12示出了实例5中在蚀刻SiO2层之后的横截面SEM图像；
图13示出了实例5中在CNW蚀刻之后的横截面SEM图像；图14A与14B示出了在H2O等离子体处理之前(图14A)与之后(图14B)的SEM图像；图15示出了关于等离子体处理前后的CNW表面状况的XPS分析结果；图16示出了等离子体处理前后在CNW表面接触角(水滴(droplet))上的变化；图17示出了根据本发明的燃料电池隔板另一实例的横截面。
具体实施例方式
首先介绍制备碳纳米壁(CNW)的方法，碳纳米壁最适合作为具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料。
图1原理性地示出了用于制造CNW的设备。图2A与2B示出了使用图1中的设备制备的CNW的SEM图像。参照图1，H原子团(H radicals)和包含碳的反应气体——例如CF4、C2F6或CH4——被引入图1所示小室中的平行平板电极之间，在那里进行PECVD(等离子体增强化学气相沉积)。优选为，基板被加热到大约500℃。在彼此相隔5cm放置的、平行的平板电极之间，使用具有13.56MHz以及100W输出的高频输出设备产生电容性耦合等离子体。在长度为200mm、内直径φ为26mm的石英管中产生H原子团，并用具有13.56MHz以及400W输出的高频输出设备产生电感性耦合等离子体，其中，H2气体被引入该石英管。材料气体和H2气体的流速分别为15sccm和30sccm，且小室内部的压力为100mTorr。当CNW在此系统中生长八小时后，其具有1.4μm的高度(CNW膜的厚度)。然而，这只是一个实例，对本领域技术人员来说，本发明的实验条件、设备或结果显然不受上一段限制。
下面将参照附图详细介绍本发明。
图3原理性地示出了本发明。图3A示出了夹有固体高分子膜的触媒层以及被布置在触媒层更外侧的隔板。图3B示出了图3A的放大视图，其示出了隔板、在隔板上形成图样的气体通路肋、扩散层、触媒层、以及在触媒层上的电解质膜。
图4原理性地示出了制造过程。图4A示出了使用例如地址控制技术(address control technique)、通过形成图样，气体通路肋在平坦的导电体上的生长。图4B示出了通过化学反应向碳表面给予亲水性/疏水性。图4C示出了通过微细加工技术的扩散层的生长，由此提供牺牲层或以逐步的方式改变图样形成，使得气体通路留在导电体上。图4D示出了通过化学反应向碳表面给予亲水性/疏水性。
根据本发明，优选为通过图4A的步骤中的图样形成，在平坦的导电体上生长CNW。从垂直于膜的方向看到的、形成图样的通路结构的实例如图5A至5D所示。
尽管下面参照具体实例介绍了本发明，注意，本发明不限于这些实例。
实例1下面介绍制造燃料电池隔板的方法的实例以及相关的制造条件，该隔板具有用CNW形成的肋部。将尺寸为30mm×30mm、厚度为0.11mm的不锈钢板用作集流器板。不锈钢板被布置在小室中，该小室具有基于上述形成CNW的方法的结构。于是，使得C2F6流进小室，并在八小时的时间段上通过地址控制形成具有所希望的形状的通路。肋的高度为1.4μm。将这种结构用作隔板，制备面积为1cm2的FC小电池单体，并对其电池单体性能进行测量。
实例2制备集流器结构，其中，实例1的CNW进一步生长，直到其与扩散层成为一体。燃料电池中的隔板肋具有向反应位置馈送尽可能多的气体的作用，并具有使集流有效进行的作用。同时，燃料电池中的扩散层具有在反应电极上施加均匀的压力以减小接触电阻的作用，并具有使气体在气体通路肋下流动的作用。
然而，在现有技术中，扩散层和隔板为分别的部件，这导致接触电阻的问题以及高的成本。还可以预见到其他的问题，例如，在接触部分，燃料电池反应产生的水的行为变得不规律。
为了克服这些问题，在平坦的电极板(其可以为碳或金属)上生长CNW，直到其如图6A与6B所示那样与扩散层成为一体，由此制备电极结构。
具体而言，基于等离子体电极的布置，在平坦的碳板或金属板上生长CNW，使得CNW可生长为预定的图样。可对碳或金属进行表面处理。通路的形状不受特别限制。通过利用可为CNW赋予方向性这一事实，可获得气体在肋中的平滑流动。
根据这种一体化结构，可预期获得成本缩减，并且，由于不存在交界面，可减小接触电阻，由此获得更高的电池单体性能。
将尺寸为30mm×30mm、厚度为0.11mm的不锈钢板用作集流器板。在不锈钢板上使SiO2膜形成图样，以便形成厚度为1μm的、所希望的气体通路形状。接着，将该板布置在小室内——该小室具有基于上述制备方法的结构，使得C2F6流进小室，以便在八小时的时间段内生长具有指定厚度的CNW。此后，通过化学机械研磨(CMP)对表面进行研磨，直到SiO2表面暴露出来。再次将该板布置在小室内——该小室具有基于上述制备方法的结构，并使C2F6流进小室，由此，在八小时后使CNW生长为指定的厚度。接着，使用氟化酸(fluorinated acid)等等，通过湿法蚀刻移除包含SiO2的牺牲层，由此形成具有图6所示横截面的一体化结构。使用这种一体化结构集流器制备小型FC电池单体并对其性能进行测量。
实例3对实例1与2得到的CNW图样进行亲水性/疏水性处理，以便获得具有改善的排水性能的结构。燃料电池隔板肋具有两种作用，一种是向反应位置馈送尽可能多的气体，另一种是保证集流有效进行。另一方面，燃料电池中的扩散层具有使气体在气体通路肋下流动的作用，并具有向反应电极施加均匀的压力以减小接触电阻的作用。隔板肋和扩散层在其表面上都典型地具有拒水处理，使得所产生的水能被有效地排走。
然而，在本技术的现有状态中，不能在隔板和扩散层的适当部分上进行拒水处理。因此，不能获得充足的排水性能。
因此，向实例1与2获得的CNW图样提供亲水性/疏水性处理，以便改善电池单体中的排水性能。
具体而言，在基于等离子体电极布置的碳或金属平板上生长CNW，使得CNW能生长为预定的图样。可对碳或金属进行表面处理。在CNW反应过程中或在CNW反应之后，对需要排水的部分进行氟化处理或氢氧基处理，以便为这些部分提供拒水性，如图7A至7C所示。
通过进行这些处理，可以改善电池单体的排水性能，并可防止与由于气体供应不足引起的扩散分极增大以及可能导致电池单体性能急剧下降的溢流现象有关的问题。结果，电池单体的性能可得到改善。
当进行涉及氟化基或氢氧基的处理时，CNW表面积上的修饰率优选为10％至90％，30％至70％则更佳。如果给予太多这些功能基团，电子导电性将会降低，而太少的功能基团将会导致排水性能不足。
通过使用含氟原子气体的PECVD法，在根据实例1和2制备的扩散层/隔板的扩散层侧对CNW表面进行化学修饰。此后，使用该集流器结构制备小型FC电池单体，并对其电池单体性能进行测量。
实例4在本实例(对应于权利要求13)中，按照下面的过程，将冲孔金属用作掩蔽板。
(1)用掩蔽板(其可用包括金属在内的任何材料制成，只要该材料能够耐受CNW形成条件)对将在其上形成CNW的平坦基板进行覆盖，其中，使用例如裂缝或冲孔为掩蔽板提供要形成图样的、所希望的肋形状。
(2在掩蔽板的上方形成CNW(在与前面的实例相同的生长条件下)。
(3)移除掩蔽板。
(4)获得隔板，该隔板具有由CNW在其上形成的肋形状。
图8概念性地示出了上述(1)至(4)的步骤。图9示出了形成图样的基板表面的光学显微镜图像(右)，以及形成图样的CNW部分的横截面和该表面的SEM图像(左)。
实例5在本实例(对应于权利要求14)中，按照以下的过程，通过蚀刻使气体通路肋形成图样(1)在平坦基板上形成CNW(在与上面的实例相同的生长条件下)；(2)在CNW上形成SiO2层。
使用VHF电容性耦合等离子体，在80mTorr的真空等级下，用60MHz、1kW的放电功率，以5sccm的SiH4气流速率、10sccm的O2气流速率、250sccm的Ar气流速率，形成厚度为1.2μm的膜。
(3)涂布抗蚀剂i)预处理(有机清洗)进行5分钟的丙酮超声波清洗，接着进行5分钟的乙醇超声波清洗。这些步骤重复两次，以便洗净试料表面。
ii)涂敷为了改善试料表面上的抗蚀剂材料的可湿性，使用旋涂器涂布表面处理底料(surfacing primer)(在2000r.p.m下持续30秒)。接着，以2秒的500r.p.m加速旋转和25秒的5000r.p.m稳定旋转，涂布精细加工用正型(positive-type)g线光致抗蚀剂(S1805)。
iii)在完成抗蚀剂涂敷之后，在100℃、空气对流下进行30分钟的软烤。
(4)抗蚀剂层的图样形成描画5、10以及50μm图样。
i)用紫外线(g线)曝光将玻璃板布置在试料上，并使用作为曝光设备的掩模对准器/曝光设备(K-310P100/K-310P100S)、用紫外线照射8秒，其中，玻璃板上刻有这样的图样其具有透过UV的部分和透不过UV的部分。在曝光完成后，将试料浸入显像液(Rohm and Haas公司所售Microposit Mf-319显像液)两分钟，以便使抗蚀剂硬化，接着，抗蚀剂膜上曾被UV光线照射过的部分被移除。在用SEM或光学显微镜检查图样之后，在空气对流下进行120℃、60分钟的硬烤。
(5)SiO2层的蚀刻使用双频电容性耦合等离子体，在30mTorr的真空等级下，对于RF用60MHz、2kW的放电功率、对于偏置(biasing)用2MHz、0.8kW的放电功率，用20sccm C4F8、10sccm O2、400sccm Ar的放电气体，进行3.5分钟的蚀刻。
(6)CNW的蚀刻使用双频电容性耦合等离子体，在80mTorr的真空等级下，对于RF用60MHz、2kW的放电功率、对于偏置用2MHz、0.8kW的放电功率，以180sccm的O2放电气体，进行2分钟的CNW蚀刻。
(7)SiO2层的移除使用化学蚀刻方法。用蒸馏水调节氢氟酸(HF)的浓度，移除CNW上的SiO2膜。
图10示出了涂布抗蚀剂之后的横截面SEM图像。图11示出了形成图样后的横截面SEM图像。图12示出了蚀刻SiO2层后的横截面SEM图像。图13示出了CNW蚀刻后的横截面SEM图像。
实例6在本实例(对应于权利要求16)中，按照下面的过程，通过大气压非平衡H2O等离子体处理，为CNW表面提供亲水性基。
(1)在平坦的基板上形成CNW(在与前述实施例相同的生长条件下)(2)通过形成图样(包括例如掩蔽、蚀刻)形成气体通路肋(3)使用微波激励的大气压H2O等离子体，为CNW表面提供亲水性。
为了产生CW(连续波)微波，使用微波激励大气压等离子体设备(具有1014cm-3的高电子密度)、微间隙电极以及193sccm的H2O与8L/min的He的气体(将He用作承载气体通过形成气泡(bubbling)的方式引入)。压力为1atm，微波功率为500W，电极之间的距离为2.5mm。进行30秒的等离子体照射。
图14A与14B示出了H2O等离子体处理之前(图14A)与之后(图14B)的、CNW表面的SEM图像。图14A与14B所示的结果在CNW表面的形状上没有显示任何改变，这说明不存在任何损坏。
图15示出了关于等离子体处理前后的CNW表面状况的XPS分析结果。结果表明引入了亲水性基，例如C＝O和C-O-H。
图16示出了CNW表面接触角(水滴)在等离子体处理前后的变化。结果表明，通过该处理，亲水性已被增强到可获得超亲水性的程度。
实例7将本发明应用到圆柱形燃料电池。在圆柱形燃料电池中，集流器典型地由具有被布置在其中心的多孔或类似结构的导电材料组成。然而，在这种结构中，气体不能在电极上充分分配，另外，压力损耗变大，因此，可以预料到系统负荷(system loading)变大。
为了克服这些问题，在圆柱形材料上使碳纳米多孔元件生长为预定的图样，使得燃料气体或氧化气体向反应位置的馈送能够得到促进。可对圆柱形材料或碳多孔元件进行表面处理。在碳多孔元件生长过程中或生长后，可提供拒水性/亲水性。具体而言，可向要求排水性能的部分提供氟化处理，向要求亲水性能的部分提供氢氧基处理。
视情况可选地，可在气体通路不受影响的情况下进一步使碳纳米多孔元件生长到接触扩散层。通过这种方式，可以获得具有减小的接触电阻的电极结构。
在这种结构中，可以预期上述气体分配能力可得到提高，且压力损耗和接触电阻可被减小，获得了改善的电池单体性能。
直径φ为5mm、长度为10cm的耐蚀处理不锈钢棒可被用作集流器。将这一不锈钢棒布置在小室中——该小室具有基于上述制备CNW方法的结构，接着，使C2F6流进小室。于是，通过八小时的地址控制，生长出指定的通路形状。结果得到的肋高为1.4μm。使用所得到的集流器结构，测量FC电池单体的性能。
基于本发明实例1至7的结果，可以预期，根据本发明的燃料电池隔板具有比传统隔板优越的透气性和导电性。
工业应用的可能性根据本发明，(1)增大了设计气体通路的自由度；(2)由于确保了到肋部的气体通路，扩散分极可被减小；(3)隔板和GDL之间的接触电阻可被减小；且(4)通过改善气体通路肋下面的排水性能可防止溢流。因此，能够获得更好的电池单体性能稳定性。另外，根据本发明，可通过涉及气相反应的一系列操作制造出一体化的电池单体结构，故可降低制造成本。因此，本发明对于燃料电池的广泛应用做出了贡献。
权利要求
1.一种燃料电池隔板，其包含隔板基板，在该隔板基板上，通过气相生长，用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成有气体通路肋。
2.根据权利要求1的燃料电池隔板，其中，使所述气体通路肋形成有图样。
3.根据权利要求1或2的燃料电池隔板，其中，所述具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料为碳纳米壁。
4.根据权利要求1至3中任意一项的燃料电池隔板，其中，在所述气体通路肋的表面上提供有亲水性基和/或疏水性基。
5.根据权利要求1至4中任意一项的燃料电池隔板，其中，通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成有气体通路肋，且其中，通过气相生长在所述气体通路肋上用碳基材料形成有气体扩散层。
6.根据权利要求1至5中任意一项的燃料电池隔板，其中，通过化学反应在所述气体扩散层的表面上提供有亲水性基和/或疏水性基。
7.一种燃料电池用电极结构，其包含根据权利要求5或6的、燃料电池隔板的气体扩散层，并包含布置在所述气体扩散层上的触媒层，所述触媒层包含由承载体承载的高分子电解质和触媒。
8.一种燃料电池，其包含根据权利要求7的燃料电池用电极结构。
9.根据权利要求8的燃料电池，其中，所述电极结构为平板形。
10.根据权利要求8的燃料电池，其中，所述电极结构为圆柱形。
11.一种制造燃料电池隔板的方法，其包含通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋。
12.根据权利要求11的、制造燃料电池隔板的方法，其中，通过形成图样来形成所述气体通路肋。
13.根据权利要求12的、制造燃料电池隔板的方法，其中，所述形成图样通过掩蔽使所述气体通路肋有选择地形成。
14.根据权利要求12的、制造燃料电池隔板的方法，其中，所述形成图样通过在所述碳基多孔材料的生长之后有选择地对所述碳基多孔材料进行蚀刻来使所述气体通路肋形成。
15.根据权利要求11至14中任意一项的、制造燃料电池隔板的方法，其中，具有所述纳米尺寸结构的所述碳基多孔材料为碳纳米壁。
16.根据权利要求11至15中任意一项的、制造燃料电池隔板的方法，其包含通过化学反应在所述气体通路肋的表面上提供亲水性基和/或疏水性基。
17.根据权利要求11至16中任意一项的、制造燃料电池隔板的方法，其中，通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋，且其中，通过所述气相生长，在所述气体通路肋上用碳基多孔材料形成气体扩散层。
18.根据权利要求11至17中任意一项的、制造燃料电池隔板的方法，其包含通过化学反应为所述气体扩散层的表面提供亲水性基和/或疏水性基。
19.一种制造燃料电池用电极结构的方法，其包含根据权利要求17或18在所述燃料电池隔板的所述气体扩散层上提供触媒层，所述触媒层包含由承载体承载的高分子电解质和触媒。
全文摘要
增大了隔板中的通路形状的自由度，使得能够设计出最优的气体通路，使得气体通路肋下面充足的气体供应成为可能，并通过降低扩散分极改善了电池单体性能。另外，改善了排水性能并防止了溢流，由此降低了扩散分极并改善了电池单体性能。另外，还通过减小接触电阻改善了电池单体性能。燃料电池隔板包含隔板基板，通过气相生长，在隔板基板上用具有纳米尺寸结构的碳基多孔材料形成气体通路肋。本发明还提供了燃料电池用电极结构、制造该隔板和该燃料电池的方法以及包含该电极结构的固体高分子燃料电池。
文档编号H01M8/10GK101023545SQ20058003180
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者堀胜, 平松美根男, 加纳浩之, 片山幸久, 杉山徹, 吉田怜 申请人:堀胜, 平松美根男, 丰田自动车株式会社