[发明专利]磷酸硼基质层

说明书

燃料电池的说明性示例实施例包括阴极电极、阳极电极和在电极之间的多孔基质层。多孔基质层包括孔和固体。固体包含至少90％的磷酸硼。磷酸电解质位于基质层的孔内。

背景技术

燃料电池可用于基于电化学反应产生电能。已经开发了不同类型的燃料电池。磷酸燃料电池（PAFC）利用阴极电极和阳极电极之间的磷酸电解质。聚合物电解质膜（PEM）燃料电池在电极之间使用聚合物电解质。每种类型的燃料电池都有其自身的特性，这使其更适合于特定的应用。

在PAFC中，磷酸电解质保留在位于电极之间的基质中。已经将不同的材料用于基质层。美国专利第3,694,310号描述了酚醛树脂基质层。与酚醛树脂基质层相关的一个缺点是随着时间的过去，磷酸与基质层的有机材料在升高温度下的反应产生吸附在电极催化剂上并使催化剂中毒的分子。结果，燃料电池的性能下降。

美国专利第4,017,664号描述了一种由碳化硅制成的基质层。与这种基质层相关的一个缺点是碳化硅上的氧化物在典型的燃料电池操作条件下缓慢溶解并转化成不溶于磷酸的磷酸硅。这导致磷酸电解质的相关损失，并且不溶性磷酸盐材料可能潜在地阻止燃料或氧化剂气体输送到电极。

与先前提出或使用的基质层相比，具有改进特性的PAFC基质层将是有用的。

发明内容

燃料电池的说明性示例实施例包括阴极电极、阳极电极和在电极之间的多孔基质层。基质层包含孔和固体。基质层的固体包含至少90％的磷酸硼。磷酸电解质位于基质层的孔内。

在具有前一段落的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，磷酸硼具有在0.5μm和4μm之间的平均粒度。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，平均粒度为约2μm。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，基质层具有在10μm和100μm之间的厚度。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，厚度为约50μm。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，基质层的固体包含90％至99％的磷酸硼。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，基质层包括在电极的至少一个上的涂覆层。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，阴极电极和阳极电极各自包括催化剂层，每个催化剂层由填充带层包围，并且每个填充带层包括磷酸硼。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，填充带层具有与基质层不同的组成。

在具有前述段落中任一段的燃料电池的一个或多个特征的示例实施例中，阳极电极和阴极电极支撑在相应的衬底层上，相应的衬底层包括边缘密封件，并且相应的边缘密封件包括磷酸硼。

制造燃料电池的方法的说明性示例实施例包括建立阴极层；建立阳极层；在阴极层和阳极层之间建立多孔基质层，其中基质层包含孔和固体，其中固体包含至少90％的磷酸硼；以及将磷酸电解质布置在基质层的孔中。

在具有前一段的方法的一个或多个特征的示例实施例中，建立基质层包括使包含磷酸硼颗粒、表面活性剂、增稠剂和粘合剂的浆料混合；在阴极层或阳极层中的至少一个上沉积混合浆料的涂覆层；并且干燥所沉积的涂覆层，其中所得涂覆层是基质层的至少一部分。

具有前述段落中任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例包括在阴极层和阳极层的每个上沉积混合浆料的涂覆层，并且所沉积的涂覆层共同建立基质层。

在具有前述段落中任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例中，磷酸硼颗粒具有在0.5μm和4μm之间的平均粒度。