专利名称：用于在浓缩燃料下操作的直接氧化燃料电池系统的多孔输送结构的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于便携式能源的燃料电池。 背景讨论
直接氧化燃料电池("DOFC")是通过液体燃料的完全电氧化而 产生电的电化学装置。通常的液体燃料包括曱醇、乙醇、曱酸、二曱 醚、它们的水溶液以及其组合。氧化剂可以是基本上纯的氧或诸如在 空气中的稀释气流。在便携式和移动的应用(如笔记本电脑、移动电话、 PDA等)中使用DOFC的显著优点包括容易储存/处理以及液体燃料的 高能量密度。
DOFC系统的一个实例是直接曱醇燃料电池("DMFC" )。 DMFC 通常使用具有阳极、阴极以及二者之间的质子传导性膜电解质的膜-电极组件("MEA")。有时称为聚合物电解质膜或PEM的膜电解质的典 型实例是Nafion ,其为E.I. Dupont de Nemours and Company的注册 商标。将甲醇/水溶液直接提供至阳极作为燃料，并将空气提供至阴极 作为氧化剂。在阳极处，曱醇与水在通常为Pt-Ru催化剂的催化剂存 在下反应，产生二氧化碳、质子和电子，即
0/30// + //2(9~>092+6e— (1)
质子经由质子传导性膜电解质迁移至阴极。聚合物电解质膜对电 子是非传导性的。电子经由传输电能的外部电路运动至阴极。在阴极 处，质子、电子和来自空气的氧分子在通常为Pt催化剂的催化剂存在 下结合以形成水，即
53/2(92 +6/T +6e- —3//2(9 (2) 两个电化学反应(1)和(2)形成总电池反应为
+ 3/2(92 — C02 + 2//20 (3)
通常在DMFC中，曱醇从阳极部分地透过膜电解质到阴极。该曱 醇被称为"跨越曱醇"(crossover methanol)。跨越曱醇在阴极处与氧反 应，这降低了燃料电池的燃料利用效率和阴极电势，结果是燃料电池 产生4交低的功率。除了曱醇，水也跨越经过膜。该"5争越水"至少部 分地由电渗透拉动和扩散所驱动，结果是阳极损失大量的水。
为了限制曱醇的跨越及其有害的结果，并且为了提供足够的水以 维持过量的水通过膜跨越至阴极，常规的DMFC系统在阳才及处使用稀 释的(3-6%体积比)曱醇溶液。这样的系统的问题在于所需的大量水对 便携式系统产生负担，并且其牺牲了系统的能量密度。
由于DMFC技术与锂离子和其它先进电池的竟争，高度期望便携 式能源使用高浓度燃料的能力。已经显示(美国公开的申请第 2006/0134487号和第2007/0087234号，二者均以参考的方式全部并入 本文)，实现水从阳极经过膜至阴极的低跨越或负跨越是在高浓度曱醇 燃料下操作燃料电池的 一 个关键。
水经由膜的跨越的一个量度是净水输送系数，即a。净水输送系 数定义为每一质子的穿透电解质膜的水分子的数目。净水输送系数a 是公知的术语并被描述于例如已以参考的方式并入的美国公开的申请 第2007/0087234号中。对于浓度为10 M、 17 M和24 M (纯曱醇)的曱 醇燃料，使用曱醇直接运行的DMFC的理论a值分别为0.52、 0.05和 -0.167。
迄今为止，已通过两种主要方法制备了低ce膜电极组件(MEA)。 一方法是如美国公开的申请第2006/0134487号所述利用液态水经过 Nafion薄膜的逆流。在该方法中，通过在空气循环阴极和薄膜(如 Nafion 112)中使用高度疏水的多微孔层，于60°C显示a= 0.4。另一方法是使用烃类膜。例如，对于磺酸化的聚(亚芳香基醚苯基氰)膜显示a
=1.3 (Y.S. Kim, M丄Sumner, W丄.Harrison, J.S. Riffle, J.E. McGrath，
and B.S. Pivovar, Direct Methanol Fuel Cell Performance of Disulfonated
Poly(arylene ether benzonitrile) Copolymers (二石黄酸4匕的聚(亚芳香基醚
苯基氰)的直接曱醇燃料电池性能)，J. Electrochem. Soc., Vol. 151， pp.
A2157-A2172, Dec 2004,在此以参考的方式将其全部内容并入)。
美国专利第5,599,638号公开了使用固体聚合物电解质膜的水性 液体加载有才几燃^牛电池。
附图的简要说明
图1显示本发明一实施方案的示意图。 图2显示本发明另一实施方案的示意图。 图3显示本发明另一实施方案的示意图。 图4显示本发明另一实施方案的示意图。 图5显示本发明另一实施方案的示意图。 图6显示本发明另一实施方案的示意图。 图7显示本发明另一实施方案的示意图。
图8a和8b显示本发明另一实施方案的两个视图，其中图8b是沿 图8a中A-A，线的剖面图。
图9显示本发明示例性实施方案和对照实施例中测定的净水输送 系数a相对于阴极空气化学计量或流速的图。
图10显示本发明示例性实施方案中在150mA/cm2和60。C下放电 的电压曲线图。图例中的"a=0.09、 0.085和0.056"的数据分别对应 于图中的上部、中部和底部的曲线。
若干实施方案的描述
本发明的一实施方案提供多孔输送结构，其导致从阳极至阴极的 超低跨越或负跨越。
本发明的一实施方案提供直接氧化燃料电池，其能够在来自筒 (cartridge)或其它来源(包括纯曱醇)的高浓度燃料下直接运行，而不从阴极废气回收水。所述直接氧化燃料电池使用高浓度燃料和升高的电 池温度而显示高性能。
在一实施方案中，在聚合物电解质膜的阴极侧提供多孔输送结构， 这导致水从阳极至阴极的超低跨越或负跨越。
一实施方案提供用于便携式能源的燃料电池。另一实施方案提供 直接曱醇燃料电池，在阳极处直接加载高浓度燃料以运行该电池。
一实施方案提供直接氧化燃料电池，其以下列顺序包含
催化剂层；
任选的多微孔层；
任选的衬层；以及
导电的多孔输送结构，所述多孔输送结构以下列顺序包含 多孔体，以及
与所述多孔体接触的不渗透层。 一实施方案提供直接氧化燃料电池，其包含 导电的多孔输送结构，所述多孔输送结构包含 多孔体，以及
与所述多孔体接触的不渗透层；
其中所述直接氧化燃料电池在约60。C至约80。C的运行温度下达 到小于约0.6的净水输送系数a。
在一实施方案中，所述直接氧化燃料电池达到小于约0.6的净水 输送系数a。这包括所有的值和其间的子范围，包括0.6、 0.55、 0.5、 0.52、 0.5、 0.45、 0.4、 0.35、 0.33、 0.3、 0.25、 0.2、 0.15、 0.14、 0.1、 0.05、 0,01、 0.00和-0.167。
在一实施方案中，本发明提供燃料电池，其在活性空气流动系统 中在60°C至约80。C的温度下达到0.1至-0.167的a值，因此允许在 阳才及处直4^加载15M至24M曱醇。
在常规的直接氧化燃料电池中，阴极侧通常包括与聚合电解质膜 结合的阴极催化剂层；具有或不具有多微孔层的衬层；以及流动区， 所述流动区具有在由石墨或金属制成的两极板的表面上制造的平行的 或蛇形通道。在本发明的一实施方案中，所述阴极侧包括阴极催化剂层和多孔输送结构，具有或不具有夹于其间的衬层和/或多微孔层。在 一实施方案中，所述多孔输送结构包括多孔体，其具有朝向催化剂层 的一开放侧，以及用不渗透层密封的相对侧。图l为这样的多孔输送 结构的一实施方案的示意图。
如图l所示，所述多孔输送结构包括多孔体和不渗透层。所述多 孔输送结构必须是导电的。在一实施方案中，所述多孔体和所述不渗 透层是不导电的。在该实施方案中，通过穿过或围绕或穿过及围绕所 述多孔体和不渗透层的一种或多种导电材料实现电接触。在另一实施 方案中，所述多孔体是导电的，并且所述不渗透层是不导电的。在另 一实施方案中，所述多孔体是不导电的并且所述不渗透层是导电的。 在另一实施方案中，所述多孔体和所述不渗透层均是导电的。本文所 用的术语"多孔的"和"不渗透性的"是对于诸如液体和气体的流体 而言。
在一实施方案中，所述多孔输送结构包括与所述多孔体接触的一 种或多种导电材料。不具体限制所述导电材料，并且其可包括导电的
针、通孔(vias)、网、涂层及其组合中的一种或多种。
如图l所示，当将干空气在例如所述多孔输送结构的左角处加载 入阴极入口时，空气流动和/或扩散经过所述多孔输送结构的所述多孔 体，渗透通过背衬和催化剂层，并最终在阴极催化剂层中反应以产生 水。因此，产物水经催化剂和衬层移动至所述多孔输送结构的多孔体 中。将废气从阴极出口移除。所述多孔输送结构的一功能是将水保持 在阴极内部，并促进内部湿润性，从而实现水从阳极至阴极的超低流 动或负流动。这至少部分地是通过多孔输送结构内的弯曲通道完成的。 还运行所述多孔输送结构以输送反应物并从催化剂层移除产物。可将 多孔输送结构应用于阳极侧或阴极侧或两侧。
所述多孔输送结构中的不渗透层防止或基本防止反应物和产物水 从电池的泄漏，从而保持阴极内部的湿气并因此降低通过膜的水输送 系数a。如图6所示，对由具有相对于阴极催化剂层的不渗透层的多 孔输送结构构成的电池中a的实验测量证实了与不具有不渗透表面的 电池相比ce下降5至10倍。所述多孔体可具有约100/mi至约2mm的厚度。这包括其间所有 的值和子范围，包括约100/mi、 200/xm、 300 /mi、 400/mi、 500 /mi、 600 /rni、 700 /im、 800 /mi、 900 /mi以及约1 mm和2 mm。考虑到对 于便携式装置将经过电池的空气压力的下降保持在合理的范围内，100 微米的低限是更可取的。为了使单个电池的体积保持较小并因此使得 到的燃料电池堆叠保持紧凑，2毫米的上限是期望的。
在一实施方案中，所述多孔体包括孔径为5mhi或更大的孔。这包 括其间所有的值和子范围，包括约5/mi、 6/mi、 7 jtmi、 8/mi、 9/mi、 10拜、15 /rni、 20 jum、 25 /xm、 30 /xm、 35 /mi、 40 gm、 45 /mi、 50 jnm、 55 /xm、 60 jiim、 65 /mi、 70 /mi、 75 /mi、 80 gm、 85 /im、 90 jtrni、 95 /mi 以及100 jtrni。
在一实施方案中，所述多孔体具有超过50%的多孔性。这包括其 间所有的值和子范围，包括50%、 55%、 60%、 65%、 70%、 75%、 80%、 85%、 90%和95%多孔的。
所述多孔体可适当地由任何耐腐蚀多孔材料制成。所述多孔体可 由导电材料，不导电材料或导电材料与不导电材料的组合制成。多孔 体材料的某些非限制性实例包括碳纸、碳布、多孔碳、泡沫金属、材 料或任何复合物、或其组合。如果需要，可用一种或多种亲水性或疏 水性试剂全部或部分处理所述多孔体。这样的是亲水性或疏水性试剂 是公知的，并且可根据期望的性质适当地选择任何表面活性剂或表面 处理剂。所述多孔体可具有导电的涂层，例如导电的金属或碳涂层或 甚至是导电的聚合物涂层。涂层的组合是可能的。
所述不渗透层可由任何不渗透材料适当地制成。在一实施方案中， 所述不渗透层由耐腐蚀不渗透材料制成。所述不渗透层可由任何导电 材料、不导电材料或导电材料与不导电材料的组合制成。在一实施方 案中，所述不渗透层由石墨、金属或其组合制成。
不具体限定所述不渗透层的厚度，只要该层对诸如液体和气体的 流体不渗透或基本不渗透。所述不渗透层的厚度可以是约30/mi至小 于约1 mm。该范围包括其间所有的值和子范围，包括约30/mi、35/xm、 40 /rni、 45拜、50拜、55 /xm、 60 /rni、 65拜、70拜、75 /xm、 80 /xm、85/mi、 90/mi、 95/mi、 100拜、200/mi、 300/mi、楊/rni、 500 /mi、 600 /rni、 700 /mi、 800 ,、 900 /mi和小于约1 mm。
在一实施方案中，所述多孔体还包括一个或多个侧面，其可^皮一 个或多个侧面不渗透壁密封以防止流体/人电池中泄漏。所述侧面不'渗 透壁可以是导电的或不导电的。在一实施方案中，所述侧面不渗透壁 的材料与不渗透层相同。在一实施方案中，所述侧面不渗透壁由不同 于不渗透层的材料制成。
所述多孔输送结构可包括其中的一个或多个通道。所述通道可形 成平行的、蛇形的或互相交叉的流动区。所述通道可具有任意横截面。 例如，它们可以是矩形、圆形、正方形、椭圆形或任4可其它4黄截面。 可将所述通道制造在表面上或包埋在多孔输送结构的内部。
如图2所示的一实施方案中显示了具有开放面通道的多孔输送结 构，所述通道制造在朝向阴极催化剂层表面上。
在一实施方案中，将矩形或圆形通道包埋在多孔体内部，如图3 所示。在另一实施方案中，如图4所示，包埋的通道与所述多孔输送 结构的开》文表面之间的距离不均匀。在一实施方案中，从阴极入口区 域至出口区域通道中心与朝向阴极催化剂层的表面之间的距离下降。 这是为了保护膜不被进入的干燥空气风干(部分地通过在入口区域提 供较长的扩散长度)并且为了改善出口区域的氧输送(部分地通过在流 动通道中的空气具有较低的氧含量时提供较短的扩散长度)。可将通道 以距所述催化剂层的不同距离置于中心，并且可调节通道至催化剂层 的距离以同时防止入口区域的膜风干和出口区域的氧损耗。如图4所 示的具有包埋通道的多孔输送结构的另一额外益处是充分降低了电池 中的接触电阻，这是由于所述催化剂/衬层和所述多孔输送结构之间的 界面处的接触区域比常规电池中衬层和具有表面通道的两极板之间的 接触区域大得多。
在一实施方案中，通道的尺寸为约0.3 mm至2mm宽以及约200 /mi至约l mm深。这些范围包括其间所有的值和子范围，包括约0.3 mm、 0.4 mm、 0.5 mm、 0.75 mm、 1 mm、 1.25 mm、 1.5 mm、 1.75 mm 和2mm宽；以及约200拜、300/mi、 400拜、500/xm、 600拜、700j[rni、 800/mi、 900/mi和lmm深。任一多孔llr送结构内部的通道或若 干个多孔输送结构中的通道可以具有相同或不同的尺寸。
在一实施方案中，所述多孔输送结构可以是两层或多层由不同的 多孔材料制成的子层的复合物，如图5所示。每一子层可具有不同的 微观结构、孔径、多孔性、润湿处理(即亲水性或疏水性)以及层厚度。 本领域普通技术人员按照本文的教导可适当地选择这些参数。
可通过机械加工、注入成型、挤出、由粉末选择性烧结、层压等 制作具有三维通道结构的多孔输送结构。
图6和7例示了两种堆叠构造，其由使用多孔输送结构的电池构 成。图6显示的一种堆叠对于阳极和阴极板均使用多孔输送结构，用 一不渗透壁分隔阳极侧与阴极。另一方面，在图7中的堆叠对于阳极 包括常规固体板，但对于阴极包括多孔输送结构。也可考虑其它组合。
图8a和8b示例了一实施方案的两个视图，其中所述多孔输送结 构包括导电材料，还包括经过所述多孔体部分的通道。图8b是沿图 8a中A-A，线的剖面图。在该实施方案中，多孔体是不导电的并且不渗 透层是导电的。用图中所示的导电材料进行电接触。侧面不渗透壁可 以是导电的或不导电的。
不具体限定所述聚合物电解质膜，并且可根据本文的教导并结合 本领域普通技术人员的知识从公知的膜中适当选择。聚合物电解质膜 的某些实例包括氟化的或烃类膜。
阴极侧能够是空气循环的或吸气的。不必要从阴极侧回收水。
若存在多微孔层，则不对其进行具体限定。所述多微孔层的一个 功能是在催化剂层和气体扩散层之间提供平滑接触。所述多微孔层比 所述多孔输送结构薄得多，并且其含有小得多的孔。不同于所述多孔 输送结构，所述多微孔层不产生芯效应。在一实施方案中，所述多微 孔层的厚度为约10/mi至60/mi。该范围包括其间的所有值和子范围， 包括约10拜、15拜、20 /mi、 25拜、30拜、35 jnm、 40 jiim、 45 /mi、 50/mi、 55/mi和60/mi。在一实施方案中，所述多孩i孔层中的孔径范 围为约50nm至100nm。该范围包括其间的所有值和子范围，包括约 50 ■、 60nm、 70腿、80 ■、 90腿和100nm。所述多微孔层可由碳粉末和PTFE适当地制成。
如果存在衬层，则不对其进行具体限定。衬层的一个功能是允许 反应物分布进入电极。另一功能是将电子侧向传导至电池中的集电器 (current collecting land)。所述4十层还有助于/人阴才及除去产物水和从阳 极除去产物二氧化碳。在一实施方案中，所述衬层具有约50 /mi至400 /mi的厚度。该范围包括其间所有值和子范围，包括约50/mi、 100/mi、 150/mi、 175拜、200/mi、 225 ^m、 250/mi、 300 /mi、 350 /xm和400 /mi。在一实施方案中，所述衬层具有约10/mi至30/mi的孔径。所述 衬层可由碳纸、碳布或其组合适当地制成。
在一实施方案中，所述燃料电池以下列顺序包括催化剂电极层、 多微孔层、衬层、多孔输送结构，所述多孔输送结构以下列顺序包括 多孔体以及与所述多孔体接触的不渗透层。所述催化剂电极层可以是 阴极或阳极催化剂层。
在一实施方案中，所述燃料电池以下列顺序包括催化剂电极层、 衬层、多孔输送结构，所述多孔输送结构以下列顺序包括多孔体以 及与所述多孔体接触的不渗透层。所述催化剂电极层可以是阴极或阳 极催化剂层。
在一实施方案中，所述燃料电池以下列顺序包括催化剂电极层、 多微孔层、多孔输送结构，所述多孔输送结构以下列顺序包括多孔 体以及与所述多孔体接触的不渗透层。所述催化剂电极层可以是阴极 或阳极催化剂层。
不具体限定阳极和阴极的催化剂层，并且本领域普通技术人员根 据本文的教导而不经过过度的实验即可适当选择。在一实施方案中， 对于阳极使用Pt-Ru催化剂，并且对于阴极使用Pt催化剂。
不具体限定所述聚合物电解质膜，并且本领域普通技术人员根据 本文的教导而不经过过度的实验即可适当选择。在一实施方案中，所 述聚合物电解质膜是Nafion⑧膜。
所述燃料电池可在任何适用于直接氧化燃料电池的燃料下运行。 这样的燃料的实例包括曱醇、乙醇、其它醇类、甲酸、二曱醚、它们 的水性溶液、及其组合。在一实施方案中，可使用曱醇的水溶液或纯曱醇作为燃料。所述燃料电池可在浓度为1 M至24 M的曱醇水溶液 下、或在其间的任何浓度下适当地使用曱醇燃料。例如，可使用1M、 2M、 3M、 4M、 5M、 6 M、 7 M、 8 M、 9 M、 IOM、 11 M、 12M、 13 M、 14 M、 15 M、 16 M、 17 M、 18 M、 19 M、 20 M、 21 M、 22 M、 23M和24M的曱醇。在一实施方案中，曱醇浓度为10M至24M。 在另一实施方案中，可使用浓度为15M至24M的曱醇。在一实施方 案中，所述燃料是曱醇水溶液中30%重量比的甲醇。在另一实施方案 中，所述燃料是纯的或基本纯的曱醇。
在一实施方案中，所述燃料电池提供100 mW至100 W的功率， 该范围包括100 mW、 200 mW、 300 mW、 400 mW、 500 mW、 600 mW、 700 mW、 800 mW或900 mW、 1 W、 2 W、 3 W、 4 W、 5 W、 6 W、 7 W、 8 W、 9 W、 10 W、 15 W、 20 W、 25 W、 30 W、 35 W、 40 W、 45 W、 50 W、 60 W、 70 W、 80 W、 90 W或100 W,或其间的4壬4可值， 包括任何非整数值，或其任何组合。
一实施方案提供膜电池组件，其包括阳极、阴极、其间的质子传 导膜电解质，以及阴极侧、阳极侧或两侧的一种或多种多孔输送结构。 一实施方案提供直接曱醇燃料电池，其包括所述多孔输送结构。 可包括多个堆叠的、可按照已知方法装配的所述燃料电池。 所述燃料电池适于作为任何电子或其它装置的能源，例如作为电 池替代、补充或后备。电子装置的某些非限制性实例包括计算机、个 人数字助手、手机、照相机、便携式音乐装置、手持游戏装置、或其 组合。可应用燃料电池的其它装置包括发电器、汽车、摩托车、踏板 车、家用电器、或其组合。在一实施方案中，所述燃料电池与所述装 置电连接，使得其作为电能的来源起作用。
在一实施方案中，所述装置或燃料电池可适当地包括一种或多种 用于储存燃料和/或将燃料输送至燃料电池的装置，例如燃料筒、燃料 槽、或燃料管线、或其组合。例如，所述燃料电池可并入双泵阳极系 统，如已经以参考的方式并入本文的美国公开的申请第2007/0087234 号中所公开的。
所述燃料电池还可并入逆向水屏障，如已经以参考的方式并入本
14文的美国公开的申请第2006/0134487号中所公开的
实施例
提供下列实施例仅为说明的目的，并且不打算是限制性的，除非 另外指明。
制备了按照本发明 一 实施方案的具有12 cm2活性面积的燃料电 池。所述阴极衬层是具有30 /mi厚多微孔层(MPL)的厚度为300 /rni的碳 布气体扩散层("GDL")。所述阴极多孔输送结构是如图2所示的具有 加工在表面上的开放矩形通道的多孔碳块。所述阳极衬层是厚度为260 /mi的Toray碳纸TGPH 090。所述阳极两极板是常规的双通蛇形流动区。 所述膜电极组件(MEA)通过将阳极衬层和阴极衬层热压在催化剂涂布 的Nafion㊣112膜上而制成。Pt-Ru黑在阳极上的负载和Pt黑在阴极(Alfa Aesar， a Johnson Matthey Company)上的负载分另'J为5.8 mg/cm2和4.9 mg/cm2。电池的运行条件为60。C、阳极上2 M的曱醇以及阴才及上干燥 空气。
制备了对照电池，其与例示的电池相同，但使用具有凹槽的常规 固体两极板代替阴极多孔输送结构。
图9示出了分别在示例性电池和对照电池中测得的经过膜的水输 送系数a。示例性电池的水输送系数低于0.1并且对空气流速不敏感。 对于示例性实施方案所观察到的a值比对于不具备多孔输送结构的对 照实施例所观察到的a值低5至10倍。
图10示出了负载有2 M曱醇燃料并在60。C下运行的12 cn^电池在 150mA/cn^下放电的电压曲线。对于2至3的阴极空气化学计量，测得 的电池电压从0.36 V变化至0.41 V，并且功率密度从54mW/cn^变化至 61.5 mW/cm2。示例性实施方案的水跨越系数测定为0.056-0.09，与之
送结构的常规DMFC中该系数为0.6。
动或负流动并因此有效地允许使用浓缩的燃料，而不从阴极废弃中回 收水。在充分描述了本发明之后，很显然，其能够不求助于本文如此具 体提出的细节而实施。
权利要求
1.直接氧化燃料电池，其以下列顺序包含催化剂层；任选的多微孔层；任选的衬层；以及导电的多孔输送结构，所述多孔输送结构以下列顺序包含多孔体，以及与所述多孔体接触的不渗透层。
2. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔体是导 电的。
3. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔输送结 构还包含与所述多孔体接触的一种或多种导电材料。
4. 如权利要求3所述的直接氧化燃料电池，其中所述导电材料选 自导电的针、通孔、网、涂层或其组合。
5. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述不渗透层是 导电的。
6. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔体的厚 度为约100 /xm至约2 mm。
7. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔体包含 孔径为约5/mi或更大的孔。
8. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔体包含 碳纸、碳布、多孔碳、金属泡沫或其组合。
9. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔体还包含一个或多个多孔体子层。
10. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔体还 包含一个或多个侧面，所述侧面^皮一个或多个不渗透壁密封。
11. 如权利要求IO所述的直接氧化燃料电池，其中所述侧面不渗 透壁是不导电的。
12. 如;^又利要求10所述的直4妄氧化燃if牛电池，其中所述侧面不渗 透壁由与所述导电的不渗透层相同的材料组成。
13. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔输送 结构还包含其中的一个或多个通道。
14. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔输送 结构还包含其中的多个通道，所述通道连4妄入口区域和出口区域，并 且其中/人所述入口区域至所述出口区域，通道与所述催化剂层之间的 距离下降。
15. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述多孔输送 结构还包含其中的多个通道，所述通道与所述催化剂层之间的距离不 均匀。
16. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述不渗透层 包含石墨、金属或其组合。
17. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其还包含阴极废气， 并且其被设置为运行时不需从所述阴极废气中回收水。
18. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述直接氧化 燃料电池达到小于约0.6的净水输送系数a。
19. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其中所述催化剂层 是阴极催化剂层。
20. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其还包含多微孔层、 衬层或二者均包含。
21. 如权利要求1所述的直接氧化燃料电池，其为直接曱醇燃料 电池。
22. 装置，其包含作为能源的权利要求1所述的直接氧化燃料电池。
23. 如权利要求22所述的装置，其选自计算机、个人数字助手、 手机、照相机、便携式音乐装置、手持游戏装置、发电器、汽车、摩 托车、踏板车、家用电器、及其组合。
24. 直接氧化燃料电池，其包含导电的多孔输送结构，所述多孔输送结构包含 多孔体，以及与所述多孔体接触的不渗透层；其中所述直接氧化燃料电池在约60°C至约80。C的运行温度下达 到小于约0.6的净水输送系数ce。
全文摘要
本发明涉及用于在浓缩燃料下操作的直接氧化燃料电池系统的多孔输送结构。一实施方案提供了直接氧化燃料电池，其以下列顺序包含催化剂层；任选的多微孔层；任选的衬层；以及导电的多孔输送结构，所述多孔输送结构以下列顺序包含多孔体，以及与所述多孔体接触的不渗透层。另一实施方案提供了直接氧化燃料电池，其包含导电的多孔输送结构，所述多孔输送结构包含多孔体以及与所述多孔体接触的不渗透层；其中所述直接氧化燃料电池在约60℃至约80℃的运行温度下达到小于约0.6的净水输送系数α。
文档编号H01M8/00GK101562249SQ200810126550
公开日2009年10月21日 申请日期2008年7月1日 优先权日2007年7月20日
发明者佐藤裕辅, 八木亮介, 王朝阳 申请人:宾夕法尼亚州研究基金会;株式会社东芝