专利名称：含水电极粘合剂和电极及包括其的燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及用于制造电极的含水粘合剂组合物和浆液，该电极可用于例如熔融碳酸盐燃料电池的燃料电池。
背景技术：
电极，例如一般用于燃料电池的那些电极，一般可通过将填充粉末和包括挥发性溶剂的粘合剂溶液相结合而形成。然后，蒸发挥发性溶剂以产生电极。一般用于粘合剂溶液的溶剂包括可燃液体，例如乙醇、甲乙酮、或环己烷，或其它这种可燃溶剂，或可燃溶剂的组合。在干燥过程中，来自溶剂的蒸气释放存在对工作场所存在危害，这要求用于包含、收集和循环或焚烧该溶剂的系统。由于存在可燃蒸气与无保护的电器设备或暴露的人员相接触的可能，因而这种蒸气排放进入环境是不期望的。此外，地方、州、和联邦政府控制这类溶剂的空气排放。因而，由于需要安全去除蒸气的设备，生产电极的总成本和困难是巨大的。因此，在本领域需要避免与电极制造中的挥发性溶剂的使用有关的成本和健康危害。
发明内容
本发明的实施方式涉及含水组合物及其在制造电极中的应用。根据本发明的一个实施方式，提供包括水和至少一种聚合物的组合物作为含水粘合剂混合物，该含水粘合剂混合物可为溶液或悬浮液形式。含水粘合剂混合物一般与一种或多种金属相结合以产生用于形成电极的浆液。由于本发明的含水粘合剂混合物包括水作为粘合剂混合物的主要液体组分，与一般作为现有技术粘合剂混合物的主要液体组分且可产生健康危害或难以使用或使用成本高的挥发性溶剂相比，本发明的含水粘合剂混合物比现有技术粘合剂混合物具有优势。
根据本发明的某些实施方式的含水粘合剂混合物包括高达混合物的约80重量％的量的水，其与一种或多种聚合醇、非-聚合醇、水溶性树脂、干燥减速剂、水溶性碱金属盐、和消泡剂相结合。基于本公开内容，本领域技术人员可以找出其它可用于粘合剂混合物的成分。
根据本发明的某些实施方式，通过将聚合醇和水混合以形成第一组合物进行制备含水粘合剂混合物。通过将非-聚合醇和水溶性树脂及水进行混合制备第二组合物。然后，将第一和第二组合物混合在一起。如果期望，可以添加一种或多种干燥减速剂或消泡剂。可以大量生产含水粘合剂并贮存至需要进行电极制造。
根据本发明的一个方面，含水粘合剂混合物与一种或多种粉末形式的金属进行结合以生产浆液。金属为可用于电极制造的类型，例如通常称为″过渡金属″的金属。浆液还可以包括将含有获得的电极的燃料电池的电解质体系的至少一种组分。根据该实施方式，获得的电极能够向电解质体系提供电解质组分，在燃料电池操作期间，该组分从电解质体系中消耗。例如，如果通过电极中的粉末金属的锂化，消耗电解质体系的组分，然后电极将能够向电解质体系提供组分。
然后，可以将获得的浆液放进本领域技术人员已知的电极铸造设备中以生产具有期望尺寸的铸造电极。然后，一般使用例如通风室的干燥室以蒸发铸造电极的含水液体粘合剂组分来干燥铸造电极。由于铸造电极的含水液体粘合剂组分包括至少约80％水，在通风干燥室中较少或没有发生其它液体组分(例如挥发性或有毒液体)累积。结果，在通风干燥室的通风系统中不需要溶剂收集和/或焚烧设备。干燥后，可以检测铸造电极的厚度公差和/或其它期望的物理性能。
然后，将由干燥过程获得的电极结合进燃料电池中。取决于粉末金属颗粒形状，电极可能需要进行压实以获得电极的期望孔隙率。例如，某些优选粉末金属(常用于制造阴极电极的粉末金属)，可以由薄片聚集成的球体组成，该球体随后连接为线型，而其它优选粉末金属(常用于制造阳极电极的粉末金属)，由球体组成。在带型铸造和干燥期间，球状粉末常压实至期望的最终使用密度和孔隙率，而由于单独颗粒的不规则形状，片状粉末在带型铸造和干燥期间，一般不完全压实。在本发明的优选实施方式中，在接受集电器(例如普通转让美国专利No.6,383,677中公开的集电器)的同时对电极(例如阴极电极或任选阳极电极)进行压实，全部公开内容作为参考文献在此引入。压延机型轧机/集电器涂布器设备一般用于压实电极至压实厚度公差。优选预先确定压实厚度公差以优化电极的催化。向集电器上压实电极可以提供双-孔隙率电极。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造电极的新型水基粘合剂配方，其可以避免在燃料电池电极制造中，与挥发性且往往有毒的溶剂一起工作的健康危害和困难。
根据下列结合附图和权利要求的描述，本发明某些实施方式的其他目的、特点和优点将变得更加充分明晰。
在对下列某些优选实施方式进行详细描述的过程中，将参照下列附图，其中，图1说明了未燃烧带型铸造阴极电极的横截面；图2说明了熔融碳酸盐燃料电池的元件的相对孔结构；图3说明了阴极/集电器组件的等距视图；和图4说明了组装集电器的双-孔隙率阴极电极的横截面。
具体实施例方式
可特别应用本发明的要素以提供用于制造各种期望构造燃料电池电极的水基粘合剂配方。该水基粘合剂配方包括一种或多种下列与水相结合的成分聚合醇、非聚合醇、水溶性树脂、干燥减速剂、水溶性碱金属盐、和消泡剂。基于本公开内容，本领域技术人员可以找出其它可用于粘合剂混合物的成分。
根据本发明的一个方面，含水粘合剂包括至少一种悬浮在基本为水基的溶剂中的聚合物，例如，如水的含水溶剂。一般将聚合物加入到溶剂中，可以使用很多方法将聚合物悬浮在溶剂中，这些方法包括，但不限于，混合、旋涡、搅拌、声处理等。在某些实施方式中，聚合物可以溶解在溶剂中，而在其它实施方式中，聚合物最低限度地可溶于溶剂中或不溶于溶剂中。取决于聚合物的特性和物理性能，得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择适宜的溶剂来悬浮聚合物。示例性的聚合物包括，但不限于，例如聚乙烯醇的聚合醇。对于得益于本公开内容的本领域技术人员，其它适宜的聚合物是显而易见的。
根据某些优选实施方式，溶剂的最大组分优选为水。即，按重量，溶剂的最大组分为水。在某些实施方式中，溶剂包括至少约75重量％水，更优选至少约80重量％水且最优选至少约90重量％水，例如，至少约95重量％水。得益于本公开内容的本领域技术人员可以认识到，存在溶剂于中的水量一般取决于溶剂的预期用途和/或加入溶剂中的其它组分的物理性能。例如，当期望使易溶于水的第一聚合物溶液化时，水量(重量)高，例如，高于90重量％。然而，如果第二聚合物不像第一聚合物那样可溶，溶剂中的水量降低，例如，可以将包括约75重量％水的溶剂与溶剂的额外的液体组分相结合，例如挥发性液体。得益于本公开内容的本领域技术人员有能力选择含水粘合剂的溶剂中所包括的适宜水量。
根据某些优选实施方式，含水粘合剂一般还包括至少一种非-聚合醇。可以在聚合物添加后、聚合物添加前或聚合物添加同时，加入非-聚合醇。非-聚合醇包括伯醇、仲醇和叔醇，其中优选不包括重复单体单元。这种非-聚合醇包括，但不限于，低分子量和/或低沸点烃基醇类，例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-丁醇、叔丁醇等，具有一个或多个苯基的醇类，例如，苯酚，和其它非聚合醇类。得益于本公开内容的本领域技术人员可以容易地选择适宜的非-聚合醇的量。向溶剂中加入约1重量％-约5重量％的非-聚合醇。非-聚合醇可以使用在此所述的任何混合设备，与含水粘合剂的其它组分相混合，该混合设备例如，机械混合器、涡流混合器、超声混合器等。
根据某些优选实施方式，含水粘合剂还可以包括至少一种水溶性树脂。该水溶性树脂优选为聚合水溶性树脂，包括水溶性的离子和非离子树脂，水溶性的天然和合成树脂，等。如果在约100mL水中溶解至少约1g树脂，则认为树脂是水溶性的。描述了许多可用的水溶性树脂，例如，Water-SolubleResins，Second Edition by Ernest Flick(1991)。水溶性树脂可以为水溶性聚合物树脂。优选，水溶性树脂包括聚(环氧乙烷)树脂，例如购自Dow Chemical的Polyox。水溶性树脂还可以包括乙基纤维素树脂、羟乙基纤维素基树脂、纤维素醚基树脂、甲基丙烯酸酯基树脂(例如甲基丙烯酸羟丙基酯，例如，甲基丙烯酸2-羟丙基酯)、酚醛树脂，等。在某些实施方式中，使用近似分子量为约100,000-约4,000,000的水溶性树脂。更优选，使用近似分子量(例如，平均分子量)为约100,000-约2,000,000的水溶性树脂，且最优选使用近似分子量为约100,000-约1,000,000的水溶性树脂，例如，可以使用近似分子量为约200,000、约300,000、约400,000和/或约600,000的水溶性树脂。
可在添加聚合物和/或非-聚合醇之前、添加聚合物和/或非-聚合醇之后或添加聚合物和/或非-聚合醇的同时，向溶剂中添加水溶性树脂。向溶剂中添加约0.5重量％-约3重量％的水溶性树脂。可以相对于含水粘合剂的其它组分的任意比率加入水溶性树脂，但优选以发生最小凝结的量进行添加。即，优选水溶性树脂以适宜的比率进行添加，从而最小化或防止水溶性树脂聚集。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择适宜的比率，向在此公开的含水粘合剂的其它组分添加水溶性树脂。
根据某些优选实施方式，含水粘合剂可以包括至少一种干燥减速剂，例如甘油、植物油、或聚乙二醇。优选，对干燥减速剂进行选择，以便在含水粘合剂的处理期间，使有毒物质的放出最小化或没有。干燥减速剂起到促进均匀干燥铸造的作用，从而防止不均匀干燥导致干燥带从聚酯薄膜基底的边卷起。当使用Polyox作为粘合剂时，带边缘在中央之前干燥，且边缘可收缩并卷起离开聚酯薄膜。添加的干燥减速剂停止该卷曲。
干燥减速剂可以为任何适宜的干燥减速剂包括，但不限于，合成和天然干燥减速剂、生物聚合物，例如，黄原胶等。优选，干燥减速剂的添加增加了干燥带的柔韧性并帮助保持粘合剂的伸展能力。干燥带还可以变脆且难以及时处理。向配方中加入甘油极大地延长了电极贮藏寿命，直到在扁平线集电器涂覆中涂覆粘合剂。适宜的干燥减速剂包括甘油、植物油、聚乙二醇和本领域技术人员已知的其它干燥减速剂。浆液中干燥减速剂的量优选为浆液的约0.25重量％。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择和添加适宜的干燥减速剂。
根据某些优选实施方式，含水粘合剂还可以包括至少一种消泡剂。以足够的量加入消泡剂，从而使发泡降低或最小化，例如，加入有效量的消泡剂。不希望受任何具体的科学理论束缚，相信消泡剂起到破坏含水粘合剂中的气囊，从而使发泡最小化的作用。可以在制备含水粘合剂的任何阶段添加消泡剂，但优选在任何剧烈混合之前加入，以便在含水粘合剂的混合过程中，基本没有气囊形成。取决于加入到含水粘合剂中的组分特性，得益于本公开内容的本领域技术人员有能力确定是否需要及何时需要消泡剂。在某些实施方式中，消泡剂为非-有机硅、非-矿物油消泡剂。在其它实施方式中，消泡剂不含石油，以使在含水粘合剂的蒸发过程中放出的有毒物质为最小量。得益于本公开内容的本领域技术人员认识到，消泡剂的类型和特性的选择一般取决于消泡剂加入的其它组分的性能。例如，如果消泡剂加入聚乙烯醇中，然后可以向聚乙烯醇添加非-有机硅消泡剂，即不含有机硅的消泡剂例如FoamBlast301(S)、FoamBlast307/307E、FoamBlast327、FoamBlast338、FoamBlast380/380S和/或FoamBlast1005(均购自Ross Chem Inc.，Fountain Inn，SC)，以降低或防止发泡。得益于本公开内容的本领域技术人员可以容易地选择其它适用于预期用途的消泡剂，例如植物油或聚乙二醇。
根据本发明的某些实施方式，用于溶剂中的水优选为去离子水，从而使含水粘合剂中不存在例如，金属、PCB、和/或污染物的杂质。这种去离子水可以市购或使用本领域技术人员公知的去离子法制造，该去离子法例如，纳滤、螯合、超滤、蒸馏、反渗透等。在某些实施方式中，去离子水是纯的，例如，其基本没有离子或其它物质，且优选25℃下的电阻率为约18.2百万欧姆-厘米且电导率为约0.055微西门子。
根据某些优选实施方式，含水粘合剂包括6.4重量％聚合醇、3.3重量％非-聚合醇、0.6重量％水溶性树脂、0.6重量％干燥减速剂、4.1重量％消泡剂、和83.3重量％水。然而，得益于本公开内容的本领域技术人员可以容易地选择其他量。根据某些优选实施方式，含水粘合剂包括聚乙烯醇作为聚合醇，乙醇作为非-聚合醇，Polyox作为水溶性树脂，甘油作为干燥减速剂和Foamblast327作为消泡剂。然而，对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，其它适宜的材料是显而易见的。
根据本发明的某些方面，提供了用于电极的含水粘合剂的制造方法。在某些实施方式中，该方法包括结合聚合物和水以形成第一溶液。以逐滴递加的方式、聚合物样品的总添加(gross addition)、或本领域技术人员已知的其它适宜的方法向去离子水中添加聚合物。优选，将聚合物添加到去离子水中，以便依据聚合物在去离子水中加入，发生最小限度的或少的聚合物凝结。可以使用任何适宜的混合设备混合聚合物和水，这些混合设备包括，但不限于，机械混合器、超声混合器、搅拌器、wisks等。将聚合物和去离子水混合足够时间以在去离子水中分散聚合物后，可以储存第一溶液直至使用。可以通过将非-聚合醇和水溶性树脂进行混合而制造第二溶液。可以将第二溶液与水和第一溶液混合以形成含水粘合剂。可选择地，第二溶液可以与水、第一溶液和干燥减速剂混合，且可以储存获得的组合物直至使用。任选地，可以添加消泡剂以使在含水粘合剂的储存期间，任何气囊的形成最小化。含水粘合剂可以储存在任何适宜的贮存容器中，且由于含水粘合剂含有大部分水，不需要挥发性溶剂柜、设备等以储存在此公开的含水粘合剂。
可以大量生产含水粘合剂并贮存至需要。例如，可以批量生产大体积的含水粘合剂并以适于最终用户(例如，生产电极的用户)使用的量对含水粘合剂进行包装。即，可以适宜的体积包装含水粘合剂，从而使最终用户只需添加金属和/或任何其它适宜的材料以形成电极。由于含水粘合剂包括大部分水，不需要对含水粘合剂的包装或使用含水粘合剂以生产电极进行特别的预防。含水粘合剂可以在环境空气中进行储存，例如，在约25℃下，或任何适宜的温度，只要含水粘合剂的溶剂基本没有蒸发即可。
可以包括含水粘合剂作为电极成套工具的部分。该成套工具可以包括含水粘合剂、一种或多种用于制造电极的金属、和最终用户期望或要求的其它适宜的材料。其它适宜的材料可以包括电极将用于其中的燃料电池的电解质组分，铸造设备等。得益于本公开内容的本领域技术人员可以将适宜的设备和材料包括进成套工具中，该成套工具用于制造包括含水粘合剂的电极。
根据本发明的某些方面，通过将含水粘合剂和至少一种适于电极使用的金属一起混合，制备电极浆液。如上所述，含水粘合剂一般包括聚合物、非-聚合醇、水溶性树脂、干燥减速剂、水和任选的消泡剂。电极浆液的金属一般为任何可导电的金属且一般包括那些称为″过渡金属″的金属和/或具有未填充轨道的金属。金属还可以包括贵重金属，例如金和银。金属一般为固体其可以为粉末，例如，细磨粉末，或可以为任何其它适于加入含水粘合剂的形式。加入适宜量的金属，以使电极中结合有足够的金属，提供能够传导电流和/或促进化学反应的功能电极。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择用于结合进在此公开的电极的适宜的金属和适宜的金属量。优选，金属为镍或镍粉末、其合金、其氧化物和/或金属和/或其合金和/或其氧化物的组合。
电极浆液可以进一步包括燃料电池电解质体系的组分。在共晶碳酸锂/碳酸钾为电解质体系的优选实施方式中，将碳酸锂结合进电极浆液中，从而在燃料电池的初始调节启动期间，当锂通过电极的锂化得以消耗时，对燃料电池电解质体系进行再供应。得益于本公开内容的本领域技术人员有能力选择用于结合进在此公开的电极的适宜的碱金属盐。
含水粘合剂一般与至少一种金属，和任选地与碱金属盐进行混合，以形成电极浆液。能够以任何顺序向含水粘合剂中添加碱金属盐和金属以形成电极浆液。在处理电极浆液以形成电极之前，电极浆液可以储存很长时间。由于溶剂为水基，不必需设备或方法以回收任何挥发性溶剂或安全的储存电极浆液。例如，由于在电极浆液的处理期间蒸发的蒸气大部分由水蒸汽组成，因而不必需溶剂回收系统或溶剂焚烧系统。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择用以将至少一种金属和含水粘合剂相结合以形成电极浆液的其它适宜的方法。
在某些优选实施方式中，电极浆液含有3重量％聚合醇、0.5重量％非-聚合醇、0.3重量％水溶性树脂、0.3重量％干燥减速剂、49.3重量％镍、40重量％水、1.9重量％消泡剂、和4.9％碳酸锂。这种电极浆液可用以形成阳极电极或阴极电极，且特别适用于制造阴极。
在其它优选实施方式中，电极浆液含有2.7重量％聚合醇、3.6重量％非聚合醇、2.2重量％水溶性树脂、0.3重量％干燥减速剂、69.7重量％镍-铝粉末、19.6重量％水、和1.9重量％消泡剂。这种电极浆液可用以形成阳极电极或阴极电极，且特别适用于制造阳极。
在将金属和含水粘合剂、及任选的碱金属盐进行结合后，如果期望，可以对电极浆液进行脱气。在某些实施方式中，通过慢罐滚压(slow jar rolling)或施加真空，对电极浆液进行脱气。得益于本公开内容的本领域技术人员可以选择和使用这些和其它用于电极浆液脱气的适宜的方法。
可以对电极浆液进行处理以形成电极。这种处理一般包括使用铸造设备制备铸造电极，然后干燥该电极浆液以形成电极。电极浆液可以成型为适宜的形状或形式并使用许多本领域技术人员公知的技术进行干燥以形成电极，这些技术包括，但不限于，通风干燥室、烘箱等。在某些优选实施方式中，设计获得的电极以作为燃料电池(例如熔融碳酸盐燃料电池)中的阴极。在其它优选实施方式中，设计获得的电极以作为燃料电池(例如熔融碳酸盐燃料电池)的阳极。
在某些实施方式中，使用带型铸造设备对电极浆液进行铸造，例如美国专利Nos.5,473,008、5,453,101中公开的带型铸造设备，所有公开内容在此作为参考文献引入。带型铸造是用以生产例如电极和电解质基体的填充粉末床的制造方法。不希望限于任何具体科学理论，含水粘合剂保留金属，且含水粘合剂的溶剂在室温或稍高温度下进行蒸发。在铸造中剩余的聚合物含水粘合剂收缩以导致铸型粉末增加的填充密度。铸造制品为稠密填充粉末的床或片，其具有促进组分可操作性的半塑性。铸造制品有时指″未淬火″或″未燃烧″的带型铸造电极。带型铸造过程一般包括含水或有机溶剂中的悬浮复合材料和含水粘合剂并将悬浮液倒入刮刀储存系统。刮刀开口一般配置在储存器的底部且在移动的基底上滑动铸造为均一高度。第二刮刀提供改善的铸造带尺寸控制。铸造悬浮液经过在其中进行溶剂蒸发的干燥部分，获得多孔复合材料。得益于本公开内容的本领域技术人员能够使用适宜的带型铸造设备和其它设备，例如用于铸造在此公开的电极的挤出设备和膜沉积设备。
使用例如带型铸造设备对电极浆液进行铸造后，一般对铸造电极进行干燥以去除水和任何低沸点材料，例如，非-聚合醇。得益于本公开内容的本领域技术人员可以容易地选择适宜的干燥温度，且包括，但不限于，约20℃-约80℃的温度。对于得益于本公开内容的本领域技术人员，用于干燥铸造电极的适宜的装置也是显而易见的，且包括，但不限于通风干燥室、烘箱、减压室、冷冻-干燥装置等。
根据某些优选实施方式，一旦对电极进行干燥，可以对干燥电极的公差，例如厚度公差，进行检测。在例如接受集电器的同时，还可以对干燥电极进行压实。用于压实电极的适宜的方法对本领域技术人员是已知的且包括，但不限于，压延装置、碾磨装置、和普通转让美国专利No.6,383,677中所述的方法，所有公开内容在此作为参考文献引入。优选，对电极进行压实至一定厚度，以获得最佳孔隙率和催化。得益于本公开内容的本领域技术人员可以容易地确定适宜的厚度。一般，与集电器相通(in communicatjon with)的电极材料的密度为用于制造电极的金属(例如，镍)密度的约15-60％，更优选为用于制造电极的金属密度的约20-55％且最优选为用于制造电极的金属密度的约25-50％，例如为用于制造阴极电极的金属密度的约35％和用于制造阳极电极的金属密度的约50％。
根据某些优选实施方式，还可以对邻近于与集电器相通的电极材料的电极材料进行压实至预定的密度。在某些实施方式中，与集电器相通的电极材料的密度基本与邻近于与集电器相通的电极材料的电极材料的密度相同，例如，在整个电极中，电极材料的密度基本均一。在其它实施方式中，邻近于与集电器相通的电极材料的电极材料具有不同的密度，例如，在整个电极中，电极材料的密度发生变化。在电极材料的密度变化的这些实施方式中，可以生产双-孔隙率电极。不希望限于任何具体的科学理论，电极的孔隙率可以提供多孔电极和多孔电解质基体之间的电解质管理的动态平衡。通过对分布在三个元件中的特定孔径和密度进行选择，可以实现这种平衡，这三个元件即构成燃料电池活性组分的阴极-电解质基体-阳极。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择用以实现燃料电池中电解质的期望分布的适宜的孔径和密度。
在要求后-带型铸造压实的这些实施方式中，例如阴极电极，一般使用压实装置对电极材料的密度进行选择。例如，压延装置可用于设定间隙和力，从而为电极材料提供适宜的密度。得益于本公开内容的本领域技术人员能够容易地确定或选择适宜的密度。
本发明的这些实施方式包括燃料电池，该燃料电池含有使用含水粘合剂生产的阳极、电解质基体、电解质、和使用含水粘合剂生产的阴极。如这里更广泛地讨论的，优选通过下列方法形成阳极和阴极通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂包括至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，从而形成电极；和干燥该铸造电极。在接受集电器的同时，一般对干燥的阴极电极进行压实。在接受集电器的同时，通常不对干燥的阳极电极进行压实。适宜的集电器一般包括，例如，具有面向电极的第一主表面和背对电极的第二主表面的扁平线集电器。电极一般与集电器的主表面电连接。
根据某些优选实施方式，压延机型轧机/集电器涂布器设备可用以压实阴极电极至指定或预先确定的压实厚度公差。预先确定压实厚度公差以优化阴极电极的催化。向集电器上压实阴极电极可提供双-孔隙率阴极电极。
在某些优选实施方式中，一般基于燃料电池的特性和预定功能，对燃料电池的阳极进行选择，例如，基于燃料电池的燃料来源的本性和特性选择阳极。在燃料电池为熔融碳酸盐燃料电池的这些实施方式中，阳极一般为镍合金，例如镍和铝的合金。然而，本领域技术人员认识到，可以将其它适宜的阳极结合进包含使用含水粘合剂生产的阴极电极的燃料电池中。得益于本公开内容的本领域技术人员可以容易地选择这种其它适宜的阳极。
根据某些优选实施方式，基于燃料电池的特性和性能，一般还对燃料电池的电解质进行选择。在某些实施方式中，电解质为熔融碳酸盐，例如，在熔融碳酸盐燃料电池的情况下。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择适宜的电解质，该电解质用于结合进包含使用在此公开的含水粘合剂生产的电极的燃料电池中。
根据某些优选实施方式，优选阳极和阴极中的一个或两个包括燃料电池电解质组分中的至少一种。熔融碳酸盐燃料电池，例如，具有一般包括锂盐(例如碳酸锂)的电解质，可以具有结合进阳极和阴极中的锂盐。由于锂盐能够以适宜的量结合以预期燃料电池电极的锂化过程中消耗碳酸锂的量，这种结合提供燃料电池的提高的性能。得益于本公开内容的本领域技术人员能够容易地选择这种适宜的量。
根据本发明的某些实施方式，提供了制造燃料电池的方法。该方法包括提供阳极、电解质、电解质基体、和阴极，其中阳极和阴极中的至少一种使用在此公开的含水粘合剂和方法进行制备。可以使用任何适宜的装置对阳极、阴极、电解质、和电解质基体进行组装形成燃料电池。一般，在将阳极、阴极、电解质、和电解质基体组装进燃料电池后，燃料电池加热至适宜的温度，例如至少约300℃，从而基本燃烧和基本蒸发铸造阴极电极的任何消泡剂、聚合醇、任何剩余的非-聚合醇、水溶性树脂和干燥减速剂以及用以制造阳极电极的任何粘合剂和粘合剂体系组分和电解质基体及电解质。在某些实施方式中，燃料电池加热至其正常操作温度，例如，在熔融碳酸盐燃料电池的情况下为约650℃。不希望限于任何具体的科学理论，相信电解质至少部分填充阳极和阴极电极的孔隙，且在燃料电池的初始调整过程期间，当燃料电池温度为300-400℃时，当将氧最初引入燃料电池中时，阴极电极的金属开始氧化。在电解质包括至少一种碱金属盐的某些实施方式中，可以对阴极电极的金属进行碱化，例如，在锂盐的情况下进行锂化，并同时进行氧化。在某些实施方式中，碳酸盐电解质型燃料电池可以运用这样的机理，其中通过碱化(例如，锂化)，可以对氧化物电导率进行增强，该氧化物电导率是当燃料电池的氧化剂侧氧化时产生的，碱化由与电解质体系中提供的碱金属(例如，锂)进行接触而产生的。在电解质包括至少一种碱金属盐的某些实施方式中，可以对阳极电极的镍-铝金属的铝含量进行碱化，例如，在锂盐的情况下进行锂化，并同时进行还原。得益于本公开内容的本领域技术人员能够选择用于结合进燃料电池电解质基体的适宜的碱金属。
下列实施例对含水粘合剂、包括含水粘合剂的电极、和包括使用在此公开的含水粘合剂生产的电极的燃料电池进行了说明，且并非对本发明的范围进行限定。得益于本公开内容的本领域技术人员认识到，可以以任何顺序进行这些实施例中的许多步骤。
实施例1-溶液制备通过以水/聚合醇为约8∶1-约15∶1的重量比率向去离子水中添加聚合醇，从而生产第一溶液。聚合醇可以为任何在此公开的或对于得益于本公开内容的本领域技术人员显而易见的其它适宜的聚合醇。以适宜的比例向水中添加聚合醇，从而避免聚合醇的凝结。
盖上聚合醇/水溶液，并搅拌和加热至适宜的温度(例如，约60-95℃)，加热适宜的时间(例如，约2-4小时)，从而获得半透明溶液。将溶液冷却至环境温度以获得清液。储存该溶液直至使用。
通过以水溶性树脂/非-聚合醇为约2∶1-约4∶1的重量比率将水溶性树脂和非-聚合醇进行结合，从而生产第二溶液，向去离子水中添加约40-60％的第二溶液。对第二溶液和去离子水的混合物进行搅拌。在3-8分钟的时间内，将剩余的第二溶液加入溶液中，例如逐滴加入。优选，一旦将所有第二溶液调加到去离子水中，水/第二溶液的比率为约85∶1-约99∶1。盖上第二溶液-水组合物并搅拌约9-18小时，储存直至使用。
实施例2-电极制备使用下列方法制备电极。将混合装置放在例如通风橱下，以去除在电极制备过程中产生的任何金属粉尘。以第一溶液/第二溶液-水组合物为约1∶1-约4∶1的比率，对实施例1的溶液进行结合以生产第三溶液。任何适宜的容器或装置可用于结合这些溶液。将干燥减速剂加入第三溶液中。取决于电极的预定使用，干燥减速剂对第三溶液的比率为约1∶50-约1∶200。以消泡剂/干燥减速剂-第三溶液为约1∶20-约1∶60的比率，将消泡剂加入干燥减速剂-第三溶液中。
使用混合装置混合消泡剂/干燥减速剂-第三溶液。以锂盐对消泡剂/干燥减速剂-第三溶液为约8∶1-约10∶1的比率，将高纯度(例如，大于约99％纯)锂盐加入消泡剂/干燥减速剂-第三溶液中。在低速下混合溶液和锂盐直至锂盐充分分散在溶液中，例如，根据目测已充分分散以生产分散的锂盐溶液。
将金属粉末加入含有分散的锂盐溶液的混合装置中。以适宜的比率添加金属粉末，从而平稳地分散进分散的碳酸锂溶液中。以金属粉末/分散的锂盐溶液为约1∶2、1∶1或约2∶1的比率添加金属粉末。任选地，可以添加额外的消泡剂以确保任何气囊发生破裂。可以储存金属粉末/分散的锂盐溶液直至使用。
将金属粉末/分散的锂盐溶液置于磨机(例如，轧机)上，并进行脱气。以适宜的速度(例如，约5-15转/分钟)，滚动金属粉末/分散的锂盐溶液约8-18小时。可以储存碾磨的金属粉末/分散的锂盐溶液直至使用，例如，可以储存在适宜的贮存容器中。
由于含水粘合剂主要由水构成，在电极的制备期间，溶剂收集和/或焚烧设备不是必需的。将碾磨的金属粉末/分散的锂盐溶液倒进带型铸造设备的料斗。设定铸造片为期望的电极铸造厚度并对带型铸造设备激活以在带型铸造设备中分散碾磨的金属粉末/分散的锂盐溶液。然后，干燥铸造电极，例如，在干燥室中。将干燥电极从干燥室移出并检测公差，例如，厚度公差。不希望限于任何具体的科学理论，在干燥处理期间去除水和乙醇且剩余的含水粘合剂在金属粉末的单独颗粒之间提供粘结。
实施例3-燃料电池制备实施例2的电极使用压延机型轧机/集电器涂布器设备来接受集电器。在阴极电极的情况下，当接受集电器的同时，对阴极电极进行压实。对阴极进行压实至选择厚度以优化电极的催化。向集电器上压实阴极电极提供双-孔隙率阴极电极。
将压实的阴极电极安装作为燃料电池阴极，例如包括如熔融电解质的燃料电池。向燃料电池中还安装阳极、适宜的电解质、和适宜的电解质基体。不希望限于任何具体的科学理论，相信在电极制备期间使用的聚合醇、水溶性树脂和消泡剂，在燃料电池的初始启动期间被蒸发和/或燃烧。当熔融碳酸盐燃料电池的温度提高到充分的温度，从而电解质变得熔融，阴极孔隙、阳极孔隙、和电解质基体孔隙吸收电解质。不希望限于任何具体的科学理论，相信在电极制备期间添加的锂盐与通常在熔融碳酸盐燃料电池电解质中使用的其它电解质相结合。锂盐将开始用于制备电极的金属粉末的锂化，当阴极金属粉末氧化和阳极金属粉末还原时。
实施例4-熔融碳酸盐燃料电池的制备图1描述和显示了用于MCFC阴极电极1的水基含水粘合剂体系2，其中以水/PVA为8∶1-12∶1的重量比率，使用常规搅拌设备将聚乙烯醇(PVA)(例如Aldrich Chemical Company，Inc.，提供的件号为360627的PVA)与去离子水进行混合而制备聚乙烯醇(PVA)溶液。将PVA缓慢加入水中以避免PVA凝结。以约1-2分钟/100克PVA的添加速度加入约1升水中，这种添加速度一般是适宜的。
盖上PVA/水溶液并搅拌和加热至约90℃，加热约3小时以获得半透明溶液。在持续搅拌约10-16小时的同时，将该溶液冷却至环境温度以获得清液。然后，储存该PVA/水溶液直至使用。
通过以Polyox/醇为约2.8∶1-3.2∶1的重量比率产生试剂醇(例如乙醇和Polyox)的初始游离浆液，生产水和Polyox(购自Union Carbide/DOWChemical，件号WSRN205)溶液。将大约Polyox/醇浆液的一半迅速添加并分散在含去离子水的快速搅拌容器中。在约5分钟内添加剩余的Polyox浆液。为了防止Polyox浆液在水中凝结，以两步添加Polyox浆液。容器中的水量与Polyox/醇浆液的比率为约95∶1-约99∶1水/Polyox浆液。盖上该溶液并连续搅拌约10-16小时。然后，储存该水/Polyox溶液直至使用。
阴极浆液的制备过程如下。将混合设备(例如KitchenAid重载混合器)放在通风橱下以抽空处理过程中产生的镍粉尘。PVA溶液和水/Polyox溶液以PVA溶液/Polyox溶液为约2∶1的比率结合进标有刻度容器中。将甘油，例如购自Aldrich Chemical Company，Jnc.，件号134872的甘油，加入PVA-Polyox溶液，从而使甘油/PVA-Polyox溶液的比率为约1∶165-约1∶175。以Foamblast 327/甘油-PVA-Polyox溶液为约1∶40-约1∶50的比率，将消泡剂，例如，购自Ross Chem Inc.的Foamblast 327，加入甘油-PVA-Polyox溶液。
将Foamblast 327-甘油-PVA-Polyox溶液倒入混合设备的混料罐中。线wisk附件安装在混合设备上。以碳酸锂/Foamblast 327-甘油-PVA-Polyox溶液为约1∶9.0-约1∶9.2的比率，将高纯度碳酸锂，例如购自Chemetall FooteCorporation的高纯度碳酸锂，加入混料罐中。碳酸锂为熔融碳酸盐燃料电池中使用的电解质的普通组分并加入阴极浆液中，以预期在燃料电池电极的锂化过程中将消耗的碳酸锂的量。在低速下混合该溶液和碳酸锂约1分钟，直至碳酸锂在溶液中充分分散。
将镍粉末5，例如购自Inco Special Products的件号为255型的镍粉末，通过用以振松粉末5的滤网加入混料罐中，该粉末5在装运容器中被压缩。镍粉末5以一定的速度加入混合器中，从而在混合器在低至中速操作的同时，镍粉末5在溶液中进行平稳分散。以镍粉末/碳酸锂-foamblast 327-甘油-PVA-Polyox溶液为约1∶1的重量比率加入镍粉末5。
将附加量的Foamblast，相等于之前加入的Foamblast的量，在约5分钟内以约10立方厘米/分钟的速度加入运转着的混合器中。Foamblast将使浆液中的气囊破裂。
在中速下，混合持续约3分钟。将完成的浆液转移到贮存容器中。贮存容器放在轧机以继续对浆液进行脱气。以约10转/分钟的速度缓慢滚动浆液约10-16小时，随后储存直至对浆液进行铸造。
将浆液从贮存容器倒入通常用于燃料电池电极和电解质膜的带型铸造的带型铸造设备的料斗中。设定铸造片至期望的阴极电极铸造厚度并对带型铸造设备进行活化以分散该浆液进入带型铸造设备中。
由于去离子水以对第二醇溶剂为约9∶1-约10∶1水/醇的比率用作浆液体系的第一溶剂，且由于防止醇蒸气的累积超过25％LEL的干燥室通风速度，在带型铸造设备干燥室的通风系统中不需要溶剂收集和/或焚烧设备。
由图1可以看出，在铸造和干燥完成后，带型铸造阴极电极1从干燥室中移出并检测厚度公差3。通过干燥过程去除用于含水粘合剂体系2的第一溶剂的去离子水。通过干燥过程去除用于含水粘合剂体系2的第二溶剂的试剂醇。可以看到，含水粘合剂体系2在粉末金属5的单独颗粒之间提供粘结4。
由图2可以看出，在接受的带型铸造阴极电极1使用压延机型轧机/集电器涂布器设备接受集电器21的同时，对该电极进行压实至密实化并压实至预先确定以优化电极的催化的压实厚度公差22。一般，压实带型铸造阴极电极的期望的密度为镍密度的约20％-约25％。在集电器21上的阴极电极1的压实导致双-孔隙率阴极电极。
由图3可以看出，邻近于含有集电器21的材料的阴极电极1的部分31压实至厚度32和密度，其通过压延机夹辊上设定的间隙和力来确定。邻近于集电器21的开放区域的阴极电极33压实至厚度34和密度，其相等于除邻近于含有集电器的材料的区域以外其它区域的厚度和密度。从而，双-孔隙率阴极电极得以生产。
在安装进燃料电池后，在燃料电池的初始预处理启动过程中，对构成用于阴极电极1的浆液制备过程中的含水粘合剂4的聚乙烯醇、Polyox、和Foamblast进行燃烧并将燃烧产物从燃料电池中移出。
在图4中，在燃料电池温度升高至电解质41开始熔融的温度(约493℃)后，储存在燃料电池流场内的电解质41将变为液体并由阴极电极1的孔隙42和阳极电极44的孔隙43及电解质膜46的孔隙45进行吸收。
已加入阴极浆液中的碳酸锂将与碳酸锂和碳酸钾电解质相结合，其中该碳酸钾电解质为普通熔融碳酸盐燃料电池电解质。当镍粉末氧化时，碳酸锂将开始构成阴极电极的镍粉末的锂化。
氧化和锂化后，制备阴极电极以起到阴极反应气体氧化的催化剂的作用，该阴极反应气体由空气和二氧化碳及水蒸汽组成。
虽然已经以具体实施方式
对本发明进行了上述描述，但可以预期，对于得益于本公开内容的本领域技术人员，本发明的其它用途、变更、替换、删除、及其改进将变得显而易见。应当认为本发明权利要求覆盖这种在本发明实际精神和范围内的变更、替换、删除和改进。而且应当理解，除非权利要求另有说明，否则能够以任何顺序进行权利要求中叙述的步骤。
权利要求
1.一种用于制造电极的含水粘合剂，其中该含水粘合剂包括聚合醇；非-聚合醇；水溶性树脂；干燥减速剂；和水。
2.权利要求1的含水粘合剂，进一步包括至少一种消泡剂。
3.权利要求1的含水粘合剂，包括至少约70％的水。
4.权利要求1的含水粘合剂，其中聚合醇选自聚乙烯醇、聚乙二醇、和乙二醇酯。
5.权利要求1的含水粘合剂，其中非-聚合醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、和丁醇。
6.权利要求1的含水粘合剂，其中水溶性树脂选自聚(环氧乙烷)树脂、和聚乙二醇。
7.权利要求1的含水粘合剂，其中干燥减速剂选自甘油、植物油、和聚乙二醇。
8.权利要求1的含水粘合剂，其中消泡剂选自非-有机硅消泡剂、植物油、和聚乙二醇。
9.权利要求1的含水粘合剂，其包括6.5重量％聚合醇、1重量％非-聚合醇、0.6重量％水溶性树脂、0.6重量％干燥减速剂、和88.3重量％水。
10.权利要求2的含水粘合剂，其中聚合醇为聚乙烯醇，非-聚合醇为乙醇，水溶性树脂为聚(环氧乙烷)树脂，干燥减速剂为甘油，且消泡剂为非-有机硅消泡剂。
11.一种电极浆液，其包括含有聚合醇、非-聚合醇、水溶性树脂、干燥减速剂、和水的含水粘合剂；和至少一种与含水粘合剂混合的金属。
12.权利要求10的电极浆液，进一步包括至少一种与含水粘合剂混合的碱金属盐和至少一种金属。
13.权利要求12的电极浆液，其中碱金属盐为碳酸锂。
14.权利要求11的电极浆液，其中该至少一种金属选自镍、镍合金、铂、铂合金、和混合的金属氧化物。
15.权利要求11的电极浆液，其中聚合醇为聚乙烯醇。
16.权利要求11的电极浆液，其中水溶性树脂为聚(环氧乙烷)树脂。
17.权利要求11的电极浆液，其中干燥减速剂为甘油。
18.权利要求11的电极浆液，其中电极浆液包括至少约70％水。
19.权利要求11的电极浆液，其中聚合醇为聚乙烯醇，非-聚合醇为乙醇，水溶性树脂为聚(环氧乙烷)树脂，干燥减速剂为甘油，且该至少一种金属包含镍。
20.权利要求11的电极浆液，其包括3重量％聚合醇、0.5重量％非-聚合醇、0.3重量％水溶性树脂、0.3重量％干燥减速剂、49.3重量％镍、40重量％水、1.9％消泡剂、和4.9％碳酸锂。
21.权利要求11的电极浆液，其包括2.7重量％聚合醇、3.6重量％非聚合醇、2.2重量％水溶性树脂、0.3重量％干燥减速剂、69.7重量％镍-铝粉末、19.6重量％水、和1.9重量％消泡剂。
22.权利要求11的电极浆液，其中含水粘合剂进一步含有至少一种消泡剂。
23.一种生产用于制造电极的含水粘合剂的方法，该方法包括通过将水与至少一种聚合醇相结合而形成第一溶液；通过将至少一种非-聚合醇与至少一种水溶性树脂相结合而形成第二溶液；和通过将第一和第二溶液与干燥减速剂和水相结合而形成浆液。
24.权利要求23的方法，进一步包括向浆液中添加至少一种消泡剂。
25.权利要求24的方法，进一步包括使用混合装置，对第一溶液、第二溶液、干燥减速剂、和消泡剂进行混合。
26.权利要求25的方法，其中混合装置为机械混合器、超声混合器、或涡流混合器。
27.权利要求23的方法，其中聚合醇为聚乙烯醇，非-聚合醇为乙醇，水溶性树脂为聚(环氧乙烷)树脂，干燥减速剂为甘油，且消泡剂为非-有机硅消泡剂。
28.权利要求27的方法，其中浆液包括含水粘合剂，该含水粘合剂含有6.5重量％聚乙烯醇、1重量％乙醇、0.6重量％聚(环氧乙烷)树脂、0.6重量％甘油、和88重量％水。
29.权利要求23的方法，进一步包括向浆液中添加至少一种碱金属盐。
30.权利要求29的方法，其中碱金属盐为碳酸锂。
31.一种制造电极浆液的方法，该方法包括通过将水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂进行结合，形成含水粘合剂将含水粘合剂与至少一种金属结合进浆液中，以形成电极浆液。
32.权利要求31的方法，进一步包括对电极浆液进行脱气。
33.权利要求32的方法，进一步包括将电极浆液转移到带型铸造设备上以形成带型铸造电极。
34.权利要求33的方法，进一步包括在干燥装置中干燥该带型铸造电极，从而去除电极浆液的溶剂。
35.权利要求34的方法，进一步包括将干燥的带型铸造电极转移到集电器涂布器/压实设备上。
36.权利要求35的方法，进一步包括涂覆集电器并压实带型铸造电极。
37.权利要求31的方法，进一步包括向电极浆液中添加碳酸锂。
38.权利要求31的方法，其中金属选自镍、镍合金、铂、铂合金、和混合的金属氧化物。
39.权利要求31的方法，其中聚合醇为聚乙烯醇，非-聚合醇为乙醇，水溶性树脂为聚(环氧乙烷)树脂，干燥减速剂为甘油，消泡剂为非-有机硅消泡剂，且金属为镍粉末。
40.权利要求39的方法，其包括3重量％聚合醇、0.5重量％非-聚合醇、0.3重量％水溶性树脂、0.3重量％干燥减速剂、1.9重量％消泡剂、49.3重量％镍、和40重量％水。
41.权利要求39的方法，其包括2.7重量％聚合醇、3.6重量％非聚合醇、2.2重量％水溶性树脂、0.3重量％干燥减速剂、69.7重量％镍-铝粉末、19.6重量％水、和1.9重量％消泡剂。
42.一种制造电极的方法，该方法包括通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，铸造电极；和干燥该铸造电极。
43.权利要求42的方法，其中电极浆液进一步含有至少一种碱金属盐。
44.权利要求42的方法，其中在将电极浆液转移到铸造设备之前，对电极浆液进行碾磨。
45.权利要求42的方法，进一步包括向集电器上压实干燥电极。
46.权利要求42的方法，其中使用选自烘箱、通风橱、和通风管道的干燥室对铸造电极进行干燥。
47.权利要求42的方法，其中在将电极浆液转移到带型铸造设备之前，使用混合装置对含水粘合剂和该至少一种金属进行混合。
48.权利要求47的方法，其中混合装置选自机械混合器、超声混合器和涡流混合器。
49.权利要求42的方法，其中电极浆液进一步含有至少一种消泡剂。
50.权利要求42的方法其中含水粘合剂含有聚乙烯醇作为聚合醇、乙醇作为非-聚合醇、聚(环氧乙烷)树脂作为水溶性树脂、和甘油作为干燥减速剂。
51.权利要求42的方法，其中铸造设备选自带型铸造设备、挤出设备、和膜沉积设备。
52.一种燃料电池，其包括阳极电极；与阳极相通的电解质；与电解质相同的阴极电极，其中按照下列方法生产阳极电极和阴极电极中的至少一种通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，形成电极；和干燥该铸造电极。
53.权利要求52的燃料电池，其中阳极电极通过下列方法生产通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，形成电极；和干燥该铸造电极。
54.权利要求52的燃料电池，其中阴极电极通过下列方法生产通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，形成电极；和干燥该铸造电极。
55.权利要求52的燃料电池，其中阳极电极和阴极电极均通过下列方法生产通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，形成电极；和干燥该铸造电极。
56.权利要求52的燃料电池，其中铸造设备选自带型铸造设备、挤出设备、和膜沉积设备。
57.权利要求52的燃料电池，其中阴极电极与集电器相通。
58.权利要求52的燃料电池，其中阳极电极为镍。
59.权利要求52的燃料电池，其中电解质为62％碳酸锂和38％碳酸钾。
60.权利要求52的燃料电池，其中聚合醇为聚乙烯醇，非-聚合醇为乙醇，水溶性树脂为聚(环氧乙烷)树脂，且干燥减速剂为甘油。
61.权利要求52的燃料电池，其中含水粘合剂进一步含有消泡剂。
62.权利要求52的燃料电池，其中电极浆液含有至少一种存在于电解质中的组分。
63.权利要求62的燃料电池，其中该至少一种存在于电解质中的组分为碳酸锂。
64.权利要求52的燃料电池，其中在将电极浆液转移到铸造设备之前，对电极浆液进行碾磨和脱气。
65.一种制造燃料电池的方法，该方法包括提供阳极电极、电解质和阴极电极，该阳极电极和阴极电极中的至少一种通过下列方法生产将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电板浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂，通过将电极浆液转移到铸造设备上进行电极的铸造，形成铸造电极，和干燥该铸造电极；和加热燃料电池至适宜的温度，从而对铸造阴极电极的消泡剂、聚合醇、非-聚合醇、水溶性树脂和干燥减速剂进行基本燃烧和基本蒸发。
66.权利要求65的方法，进一步包括在对燃料电池进行加热前，用电解质部分填充铸造电极的孔隙。
67.权利要求65的方法，其中将燃料电池加热到至少约300℃，以对铸造阴极电极的消泡剂、聚合醇、非-聚合醇、水溶性树脂和干燥减速剂进行基本燃烧和基本蒸发。
68.权利要求65的方法，其中阳极电极包括镍。
69.权利要求65的方法，其中电解质为62％碳酸锂和38％碳酸钾。
70.权利要求65的方法，其中阳极电极和阴极电极中的每一个都通过下列方法生产将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂，通过将电极浆液转移到铸造设备上进行电极的铸造，形成铸造电极，和干燥该铸造电极。
71.权利要求65的方法，其中阳极电极通过下列方法生产通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，形成电极；和干燥该铸造电极。
72.权利要求65的方法，其中阴极电极通过下列方法生产通过将含水粘合剂和至少一种金属进行结合以形成电极浆液，该含水粘合剂含有水、至少一种聚合醇、至少一种非-聚合醇、至少一种水溶性树脂、和干燥减速剂；通过将电极浆液转移到铸造设备上，形成电极；和干燥该铸造电极。
全文摘要
提供了用于制造电极的含水粘合剂。含水粘合剂包括水、聚合醇、非－聚合醇、水溶性树脂、干燥减速剂，且任选消泡剂。当含水粘合剂用于生产电极时，含水粘合剂一般包括大部分水，以使放出的有毒物质最小化。还公开了使用该含水粘合剂组装的电极和燃料电池。
文档编号H01M8/14GK1723580SQ200480001949
公开日2006年1月18日 申请日期2004年1月14日 优先权日2003年1月15日
发明者戴维·A·休恩梅克, 杰弗里·P·艾伦, 伦道夫·M·伯纳德 申请人:吉恩塞尔公司