[发明专利]用于制造由薄层制成的燃料电池的方法

权利要求书

1.一种制造由薄层制成的燃料电池的方法，所述方法包括以下步骤：

-在真空室中，通过等离子体喷涂在气体扩散载体上沉积第一多孔碳电 极，该电极还包括催化剂，该催化剂用于加速在该燃料电池中发生的化学 反应中的至少一种，

-在所述第一电极上沉积由离子导电材料制成的膜，该膜优选具有小于 20微米的厚度，和

-在真空室中，通过等离子体喷涂在所述膜上沉积第二多孔碳电极，所 述第二电极还包含催化剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用等离子体增强化学气相沉积方 法沉积所述膜。

3.根据之前权利要求中任一项所述的方法，其中所述膜的材料包括具有 磺酸端基和可能的氟的碳网络。

4.根据之前权利要求中任一项所述的方法，其中所述沉积的碳的孔隙率 为20％～50％。

5.根据之前权利要求中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括选自包 含以下的组中的物质：

-铂，

-铂合金诸如铂钌、铂钼和铂锡合金，

-非铂金属诸如铁、镍和钴，和

-这些金属的任意合金。

6.根据之前权利要求中任一项所述的方法，其中所述沉积的第一电极构 成所述燃料电池的阳极。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的方法，其中所述沉积的第一电极 构成所述燃料电池的阴极。

8.根据之前权利要求中任一项所述的方法，其中所有的沉积步骤在单个 真空室中进行。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的方法，其中在第一真空室中进行 所述电极的沉积步骤，在通过真空气锁连接至所述第一真空室的第二真空 室中进行沉积所述膜的步骤。

10.根据之前权利要求中任一项所述的方法，其中沉积所述第一多孔碳电 极和/或第二多孔碳电极的步骤包括在所述载体上和/或在所述膜上交替和/ 或同时沉积多孔碳和催化剂的步骤，选择每个多孔碳层的厚度，使得在该 碳层上沉积的催化剂实际扩散到整个该层中，由此产生小于2微米的所述 电极中的催化碳层，并且优选不超过1微米。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述沉积第一碳电极和/或第二碳 电极的步骤还包括在至少一次催化剂的沉积之后沉积离子导体诸如 “Nafion”的步骤。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中通过等离子体喷涂沉积所述 质子导体。

13.根据权利要求10～12中任意一项所述的方法，其中存在于所述连续的 催化碳层中的催化剂原子数目和碳原子数目之间的比率根据所述电极厚 度中的给定分布模式变化。

14.根据权利要求10～13中任一项所述的方法，其中为制造运行功率高于 给定值例如500mW/cm²的燃料电池，在最接近所述燃料电池的膜的所述 碳层上沉积的催化剂的量使得在由此产生的所述催化碳层中存在的催化 剂原子数目和碳原子数目之间的比率小于50％。

15.根据权利要求10～14中任意一项所述的方法，其中为制造运行功率低 于给定值例如500mW/cm²的燃料电池，在最接近所述燃料电池的膜的所 述碳层上沉积的催化剂的量使得在由此产生的所述催化碳层中存在的催 化剂原子数目和碳原子数目之间的比率小于20％。

16.根据权利要求10～15中任一项所述的方法，其中，为了制造功率低于 500mW/cm²的燃料电池，沉积的催化剂的量使得在最接近所述燃料电池 的膜的催化碳层中存在的催化剂原子数目与碳原子数目的比率大于在距 该膜最远的催化碳层中存在的催化剂原子数目与碳原子数目的比率的10 倍。

17.根据权利要求10～16中任意一项所述的方法，其中所述沉积的多孔碳 层全部具有相同的厚度。

18.一种由薄层制成的燃料电池，所述薄层具有使用根据之前权利要求中 任一项所述的方法得到的那些特征。