陰極電極材料的製作方法

2023-05-07 17:20:56

陰極電極材料的製作方法
【專利摘要】本發明提供了燃料電池的陰極電極，包括：多孔骨架介質，該多孔骨架介質的表面被改性成或以其他方式布置成或構建成誘導增強活性行為，其中增強活性行為是通過增加電極的對於給定體積的表面積的手段，和/或通過增加電極上的反應點的可用性和/或數量而誘導的。還提供了具有這種陰極電極的燃料電池，製造這種陰極電極的方法以及這種陰極電極在燃料電池中的使用。
【專利說明】陰極電極材料
[0001]本發明總體上涉及燃料電池的陰極電極，尤其是涉及陰極電極，該陰極電極的表面被改性成或以其他方式布置成或構建成誘導增強活性行為。本發明還公開了製造這種陰極電極的方法。此外，還描述了具有這種類型的陰極電極的燃料電池。還提供了這種陰極電極在燃料電池中的使用。
[0002]例如，陰極電極已在如燃料電池的應用中使用了多年，並且這些技術是公知的。在特定的應用中，碳通流電極可用作陰極。這種電極的主要任務包括:提供其上可發生電化學反應的表面積；通過雙極板或單極板將電子傳輸到外部電路並且將電極/液界面形成到外部電路中；支承易碎的高分子電解質膜；以及實現通過電極的反應物的最佳流。
[0003]圖1中示出了這種類型的電極的示例。通過圖1，可以觀察到電極(總體上被標識為I)是由位於薄膜7與雙極板9之間的多孔電極材料3構成的。陰極液流由箭頭5指示。
[0004]如果電極不執行任何其(上述的)主要功能時，則導致電化學反應速率降低或者可能對電池部件造成損傷。
[0005]多種材料已被建議或適用於製造陰極電極，但是面臨著許多缺陷，包括較差的表面積可用性和較差的導電性。
[0006]例如當與替代性電極材料相比時，剛性碳電極，如網狀玻璃碳(RVC)電極的用於反應的表面積可用性相對較差。RVC電極的另一缺陷在於，電極的鏈端的尖點通過高分子電解質膜可導致穿孔和短路。這還使得RVC電極難以被製成足夠纖細的配置。
[0007]較軟纖維類電極(如碳氈)提供了比RVC更大的表面積，但是表現出低導電性。氈在電極腔內增加的壓縮已知是有助於提升導電性的，但是這經常還伴隨著增加對於流體流的電阻，增加將電解液泵浦穿過該材料所需的能量。此外，這種壓縮力可能因碳纖維的破損而對租材料造成損傷。
[0008]其他材料包括高表面積的活性炭，與用於印刷到燃料電池的陽極上的催化劑油墨的材料相似，但是高表面積的活性炭對於允許足夠的液態電解液流過微米級孔隙結構和納米級孔隙結構來說是不利的，這是非常不符合要求的。
[0009]通過下面的描述，本發明是如何解決與已知的布置相關的上述缺陷並且提供迄今沒有考慮到或者可能無法通過現有技術結構實現的許多附加的優點將是顯而易見的。
[0010]根據本發明的第一方面，提供了一種燃料電池的陰極電極，其包括:多孔骨架介質，多孔骨架介質的表面被改性成或以其他方式布置成或構建成誘導增強活性行為，其中增強活性的行為是通過增加電極的對於給定體積的表面積的手段，和/或通過增加電極上的反應點的可用性和/或數量而誘導的。
[0011]可取的電極材料可以是通過可用材料的改性而實現的，從而獲得滿足燃料電池的電極的需求(如上所述)的材料。電極結構提供應用所需的導電性、液態電解液流動分布和薄膜支承，通過該電極結構開始可以是有利的，並且將該電機結構的表面改性至足以獲得顯著的性能改善。
[0012]例如，「誘導增強活性行為」是指與在不存在所述改性、布置、或構建的相同電極相t匕，陰極電極將以更高效率執行，以便通過電極的相同容量可以產生更多的電力。可以通過多種方法實現表面的改性，例如，第一種技術可以是增加電極的有效表面積。另一種方式可以是改變電極的表面化學性以便出現在電極表面處的特定官能團的似然性增加，從而增加可用於反應的表面的比率。
[0013]「或者以其他方式布置或構建」將被理解為，多孔電極材料包括如本文中所定義的必要屬性以誘導增強活性行為。這些必要屬性可以包括:例如，具有對與反應物進行反應而言足夠高的表面積可用性和/或在表面上具有足夠大量的反應點以促進反應行為，以及參照所附權利要求書中的其他相關或獨立的屬性等等。
[0014]將理解在一個或多個實施方式中，多孔電極材料(骨架介質)可以包括:具有影響如本文所述的增強活性行為的必要屬性的現有材料。例如，這可以包括:未改性的基板或多孔電極介質，未改性的基板或多孔電極介質可以等同地用於燃料電池應用中並且通過其固有的屬性優勢誘導增強活性行為。也就是說，在一些實施方式中，本發明可以是在沒有多孔骨架介質的改性的情況下實現的。通過這種方法，多孔骨架介質可以被「以其他方式布置或構建」。
[0015]雖然燃料電池近幾年才成為了重要的實際考慮，但燃料電池已知為用於可攜式應用中，如已在汽車和可攜式電子產品技術中使用多年。在其最簡單的形式中，燃料電池是電化學能轉換裝置，用於將燃料和氧化劑轉換成反應產物，以在工藝中產生電和熱。在這種電池的一種示例中，氫作為燃料，空氣或氧作為氧化劑，而反應產物是水。氣體分別供給到通過固態或液態電解液分離的催化、擴散型電極中，電解液在兩個電極之間攜帶充電的顆粒。在間接或氧化還原燃料電池中，氧化劑(和/或在一些情況下為燃料)不在電極處直接進行反應，而是通過氧化還原電對的還原形式(燃料的氧化形式)反應以氧化電極，並且該氧化種類被提供到陰極。
[0016]本發明特別感興趣之處在於，在電池的陰極區域(電極)處發生反應。通過改變電極的表面化學性，可實現增強的電化學反應，從而增強電極的導電性和/或效率。
[0017]如定義在權利要求1中的陰極電極在燃料技術應用中可以是非常有效的，燃料技術應用例如為行動電話天線杆的後備電源和需要大約2至IOkW功率的計算機系統，如替代離網應用的柴油發動機組的固定電源或者更大的後備電源，以及包括汽車的交通應用。
[0018]增強活性行為是通過增加電極的對於給定體積的表面積的手段，和/或增加電極上的反應點的可用性和/或數量而誘導的，後者增加對於用於電化學反應的有效表面積。
[0019]多孔骨架介質的表面改性可以包括至少一個加大的表面積區。也就是說，改性是通過增加電極的表面積而進行的。暴露於反應物的電極材料的表面量的增加將使發生電化學反應的機會變多。
[0020]介質的表面改性可以包括:提供碳的濺射塗覆。使用濺射技術，能夠將活性電極材料(例如，碳)的小顆粒沉積到支承結構(多孔骨架介質)上。有利的是，用於塗覆工藝的參數的控制可準許經沉積的顆粒的形態學控制。形態學控制能夠使暴露於反應物的表面積量被優化。
[0021]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:物理吸附的碳。這種類型的表面改性包括用於表面改性的高表面積或電化學性質而選擇的碳顆粒的添加。對沉積的附加碳的類型選擇能力給出了對表面活性處理的高度控制。特定的高表面積碳可被選擇以最大化特定的陰極電解液的反應性。[0022]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:提供模板碳的沉積物。該技術包括在添加碳之前使用模板前驅。除了增加電極的表面積以外，該技術還允許在電極表面形態學上(通過模板的選擇)和電極表面化學性上(通過碳前驅和處理條件的選擇)的大量控制。
[0023]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:提供化學氣相沉積的碳。化學氣相沉積(CVD)技術可被利用以使用多孔骨架介質的表面作為支承骨架來「增長」附加的碳結構。條件(附加的碳類是在該條件下形成在表面上)的改變和調節允許使電極的微結構定製地產生。
[0024]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:提供化學氣相滲透的碳。化學氣相滲透(CVI)技術可以被利用以與(上述)CVD技術相似的方式使附加的碳「增長」。
[0025]用於改善陰極電極的生產率和/或效率的有效技術是改變陰極電極表面化學性，以便電極變得更易於對反應物進行反應。通過這種方法，介質表面被改性以誘導增強活性行為。因此，介質的表面改性可以包括:增加了每單位表面積的電化學反應點的區域。通過增加每單位表面積的反應點數量，也即是說，通過增加反應點密度，特定官能團的似然性增力口，特定官能團的似然性對於滿足液態反應物進行反應而言是必要的。更高比率的反應點增加燃料電池的電流和功率密度。
[0026]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:液態化學改性。這種技術的至少一種優點在於能夠利用市場上可買到的低價的處理劑，以保持執行這種處理的額外花費低廉。另一種優點在於所用的具體處理劑可以被定製以產生具體陰極電解液所需的最佳表面改性。
[0027]根據所用的陰極電解液，介質的表面改性可以包括:至少一個氧化區域。通過對介質表面進行氧化，改變介質表面的表面化學性，由此增加用於反應物之間進行反應的反應點數量。當然，將理解的是表面可以包括許多氧化區域。
[0028]在至少一個或多個實施方式中，至少一個氧化區域可以通過暴露於如硝酸或硫酸的強酸和/或如過硫酸銨的強氧化劑而實現的。
[0029]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:氣相化學改性。氣相化學改性作用為生成用於發生反應的更多的表面活性點。這種技術的特定優點在於，氣體處理工藝無需電極的後處理淨化、可以獲得良好的空滲透並且可以定製選擇一種或多種處理氣體以使最終產物的表面化學性符合陰極溶液的特殊要求。
[0030]例如，氣相化學改性可以是通過氧等離子處理而實現的。根據所使用的陰極電解液，這可能是非常有利的。
[0031]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:等離子蝕刻。用於將微多孔蝕刻到多孔骨架介質的表面中的等離子的控制使用可以增加表面積並且與材料的原始狀態相比，可以將材料的導電性、支承和流動保持在令人滿意的水平。
[0032]附加或替代性地，介質的表面改性可以包括:熱處理。電極的熱處理可以誘導微多孔以改變多孔骨架介質的表面化學性，由此改善陰極電極的生產率。這種技術的特定優點在於，不需要額外的試劑，從而減少了複雜的處理並且潛在地節約了陳本。
[0033]介質的布置或構建可以包括:壓縮電極。在以前就已經認為，液流電池中的碳電極和電化學反應物應該僅僅被壓縮至其原始厚度的80% (例如,參見Montiel et al.1nd.Eng.Chem.Res.1998，37，4501-4511)。然而，發明人驚奇地發現，對於一些燃料電池應用而言，當被壓縮至遠小於其原始厚度的80%時，一些陰極材料可以給出最適宜的性能。在一些情況下，在陰極材料被壓縮至小於其原始厚度的50%時獲得了最合適的性能。在不希望受到理論的約束的情況下，這種壓縮在靠近薄膜表面區域中增加了介質的導電性和陰極的表面積。這些優點比流量的減少還令人驚訝，流量的減少也是通過壓縮所得的結果。在壓縮前後，電極可以或可以不被進一步改性。
[0034]由此，陰極電極的布置或配置可以包括:將多孔電極壓縮至小於其原始厚度的80%，優選為小於70%，更優選為小於60%，甚至更優選為小於其原始厚度的50%。
[0035]本領域技術人員將認識到，上文中提到的用於對多孔骨架介質的表面化學性進行改性的技術可以是單獨或以組合的方式使用的。上述技術的組合可能對誘導陰極電極的增強活性行為產生增強效果，誘導陰極電極的增強活性行為是相當有必要的。
[0036]多孔骨架介質可以包括剛性碳結構。這可以改善電極的強度和耐用性並且在所有方向上表現出良好的導電性。
[0037]多孔骨架介質可以包括網狀玻璃碳(RVC)。RVC是微多孔、玻璃狀碳電極材料。在寬範圍的工藝條件上RVC提供表面積對體積的高比率和最小反應性，結合低成本和簡單的操縱。具有RVC電極的電化學電池的設計允許均勻的電流和均勻的電位分布、低歐姆內阻和電活性物質對電極表面的高傳輸率。
[0038]多孔骨架介質可以包括軟纖維類結構。軟纖維類結構可以提供暴露於反應物的優越的表面積。
[0039]多孔骨架介質可以包括經壓縮的碳氈。氈在電極內的壓縮可有助於增加導電性。
[0040]在一個實施方式中，多孔骨架介質包括碳/PTFE複合介質。在其他實施方式中，多孔骨架介質包括碳氣凝膠。在另外的實施方式中，多孔骨架介質可以包括碳布。這種碳布可以包括Zorflex活性炭布。在另外的實施方式中，多孔骨架介質可以包括碳紙或碳罩。
[0041]在另一實施方式中，多孔骨架介質可以包括碳布。發明人驚奇地發現了在一些情況下布材料的織法可以改變陰極的性能。織法的改變被認為是改變了陰極電解液的流動特性，由此允許對形成進行調節。優選地，布是梭織或針織的。
[0042]通過介質表面被改性,多孔骨架介質和/或材料可以具有不大於2mm的厚度；更具體地，小於Imm的厚度；更具體地，小於0.4mm的厚度；更具體地，小於0.25mm的厚度。通過這種方法，厚度可以在0.0lmm至2_的範圍內。當被納入到操作燃料電池系統中時，因為整體更薄的電池將導致對於燃料電池的更高的容積和重量的功率密度，所以厚度的減小是可取的。對於燃料電池系統的設計這些參數可以被認為是關鍵的。
[0043]多孔骨架介質可以呈一個或多個面板的形式。更具體地，一個或多個面板可以具有250mm x250mm的尺寸。例如，這種尺寸可能特別適合於簡化電極的製造並且便於運輸。
[0044]多孔骨架介質的表面可以是對陰極液反應的。因為即使是在降低了能力的情況下如果支承材料區域在工藝期間得不到處理，則支承材料區域仍然能夠執行電極反應，這是有利的。
[0045]通過介質表面被改性,多孔骨架介質和/或材料可以具有600至30000cm2/cm3的比表面積。在一個或多個實施方式中，比表面積可以是3000cm2/cm3。指定的表面積顯著大於傳統電極，這使得根據本發明而形成的電極特別適合於在導電性和發電性方面增加燃料電池的生產率。[0046]通過介質表面被改性,多孔骨架介質和/或材料可以具有不大於17ηιΩ cm2的貫通面電阻。更具體地，貫通面電阻可以不大於5mQcm2。該值包括具有雙極板的接觸電阻。在燃料電池中通常需要低電阻以減少由通過燃料電池的相關部件的導電而產生的效率損失。
[0047]通過介質表面被改性，多孔骨架介質和/或材料可以在80°C中穩定在pHO的氧化環境中；替代性或附加地，可以在95°C中穩定在pHO的氧化環境中；替代性或附加地，可以在120°C中穩定在pHO的氧化環境中。待被穩定在這種環境中的電解結構的故障可能導致電極的惡化，電化學性能的降低，並且可能影響機械穩定性和/或通過腐蝕產物汙染燃料電池系統。
[0048]燃料電池還可以在高壓下進行操作，並因此，通過介質表面被改性，多孔骨架介質和/或材料可以穩定在這種壓力下。優選為，燃料電池在高於大氣(或周圍環境)壓力且低於5bar的絕對壓力的下進行操作。
[0049]通過介質表面被改性，多孔骨架介質和/或材料可以具有至少5X10nm2的孔隙結構滲透性。處於該水平的滲透性提供足夠易於流動的液態陰極電解液反應物。
[0050]多孔骨架介質可以包括碳或金屬中的至少一種。有利的是，本發明提供對碳電極基礎結構改性的靈活性，例如，通過附加的碳對該碳電極基礎結構進行塗覆和/或通過對碳電極基礎結構的表面化學性進行改變以增加用於反應性的有效表面積，而碳電極基礎結構的表面化學性是通過在碳電極基礎結構的表面上生成更加活性的點而改變的。此外，通過對電極塗覆如本文所述的活性碳表面，本發明還能夠利用其他電化學惰性的結構(例如，多孔金屬)，其他電化學惰性的結構提供電極的其他要求。例如，多孔骨架介質可以包括鉬族金屬和較不活躍的金屬中的一種或多種，較不活躍的金屬包括不鏽鋼、奧氏體鎳鉻基高溫合金和鈦。
[0051]多孔骨架介質可以是自支承的。通過這種方法，多孔骨架介質沒必要需求用於支承的任何其他裝置並且可以用作獨立式結構。
[0052]在另一實施方式中，本發明的陰極電極的表面改性、布置、構建使陰極電極的可溼性得到提升。這可以通過減小泵浦陰極電解液所需壓力並由此減小寄生損失而導致更有效的燃料電池。
[0053]另一方面，本發明設想一種製造燃料電池的陰極電極的方法，該方法包括以下步驟:提供多孔骨架介質；以及對介質表面進行改性或以其他方式布置或構建以誘導增強活性行為。
[0054]對介質表面進行改性的步驟可以包括:增加介質的表面積。
[0055]介質的表面積可以是通過提供至少一個加大的表面積區而增加的；也就是說，例如在相同電極上具有比相鄰區域更大的比表面積的區。
[0056]對介質表面進行改性的步驟可以包括:通過碳顆粒對介質表面進行濺射塗覆。
[0057]在特定的實施方式中，濺射工藝可以包括:真空濺射。
[0058]對介質表面進行改性的步驟可以包括:將碳顆粒物理吸附到介質上。物理吸附工藝可以包括以下步驟:在載體中提供碳顆粒的懸浮物；使介質與碳顆粒的懸浮物接觸；以及蒸發載體以使碳顆粒通過物理吸附保持沉積在介質上。有利的是，通過使用該技術被沉積的顆粒保持在適當位置上，顆粒是通過物理吸附和/或可以進一步包括對碳顆粒進行熱處理以粘接到介質的方法而沉積的。有利的是，如全氟磺酸(RTM)的質子導電聚合物可以被用作附接碳顆粒的手段。通過這種方法，因為多孔骨架介質的主骨架將傳送用於大部分傳導通路的電子，所以使得較差的導電性得到改善，較差的導電性可能是(通常使用的)高表面積碳的制約因素。
[0059]對介質表面進行改性的步驟可以包括:用於將碳應用到介質的模板法。
[0060]模板法可以包括以下步驟:將模板應用到介質；在模板上方沉積碳；以及去除模板以保留沉積在介質表面上的碳。可以選擇模板以在電極表面上賦予碳的期望配置。
[0061]在一個或多個實施方式中，模板可以是可溶的。這可以使得模板更加容易被去除。
[0062]可以以特定形式將模板布置在介質上，該特定形式被選擇用於介質的預定應用。
[0063]對介質表面進行改性的步驟可以包括:將碳化學氣相沉積到介質表面。
[0064]對介質表面進行改性的步驟可以包括:將碳化學氣相滲透到介質表面。
[0065]對介質表面進行改性的步驟可以包括:增加每單位表面積的電化學反應點的數量。當與傳統的陰極電極燃料電池相比時，這可以通過卓越的發電量增加電極的生產率並因此增加燃料電池的生產率。
[0066]該方法可以包括:進行液態化學改性以改變介質的表面化學性的步驟。
[0067]該方法可以附加或替代性地包括:對介質表面進行氧化的步驟。
[0068]在一個或多個實施方式中，氧化步驟可以是通過使用如硝酸或硫酸的強酸和/或如過硫酸銨的強氧化劑而進行的。
[0069]對介質表面進行改性的步驟可以包括:氣相化學改性。
[0070]氣相化學改性可以是通過氧等離子處理而造成的。
[0071]對介質表面進行改性的步驟可以包括:等離子蝕刻。
[0072]等離子蝕刻可以包括:將微多孔蝕刻到介質表面中。
[0073]對介質表面進行改性的步驟可以包括:熱處理。
[0074]另一方面，本發明設想具有如本文所述的陰極電極的燃料電池。
[0075]燃料電池可以採用FlowCatii?的技術；即，氫被催化在陽極上的燃料電池。電子和質子被收集到含有氧化還原催化劑體系的溶劑中，該溶劑持續地從堆棧流動到外部再生容器中。在再生容器中，陰極電解液與空氣接觸，電子、質子和氧通過空氣反應形成水，該形成的水以蒸汽方式離開再生容器。然後，陰極電解液流回到電池。
[0076]在另一方面，本發明考慮如本文所描述的陰極電極在燃料電池中的使用。
[0077]現在將參照附圖僅僅以示例的方式更加具體地描述本發明，在附圖中:
[0078]圖1示出介入高分子電解質膜與雙極板之間的多孔骨架介質的側視圖；
[0079]圖2是根據具有改性成強化電化學反應的表面的本發明而形成的多孔骨架介質的局部側視圖；
[0080]圖3示出具有電極的燃料電池與控制電池的燃料電池性能進行對比的圖表，其中電極經歷了根據本發明實施方式的濺射塗覆處理；
[0081]圖4示出具有電極的燃料電池與控制電池的燃料電池性能進行對比的圖表，其中根據本發明實施方式形成的電極經歷了使用模板以將附加的高表面積碳添加到電極中的處理工藝；
[0082]圖5示出具有電極的燃料電池與控制電池的燃料電池性能進行對比的圖表，其中根據本發明實施方式形成的電極經歷了使用氧化劑以增加表面上的反應點的前處理工藝；
[0083]圖6示出具有電極的燃料電池與控制電池的燃料電池性能進行對比的圖表，其中根據本發明實施方式形成的電極經歷了使用氣相化學改性以增加電極表面上的活性反應點比率的前處理工藝；
[0084]圖7示出在0.80V的開路電壓下(使用極化曲線和功率密度曲線)對燃料電池與控制電池的性能進行對比的圖表，其中燃料電池具有根據本發明實施方式形成的電極，該電極經歷了用於增加電極表面上的活性反應點比率的前熱處理工藝；
[0085]圖8示出在0.80V的開路電壓下(使用極化曲線和功率密度曲線)對燃料電池與控制電池的性能進行對比的圖表，其中燃料電池具有根據本發明實施方式形成的電極，該電極經歷了浸泡在硝酸或硫酸中而後進行熱處理以增加電極表面上的活性反應點比率的前處理工藝；
[0086]圖9示出在0.80V的開路電壓下(使用極化曲線和功率密度曲線)對燃料電池與控制電池的性能進行對比的圖表，其中一種燃料電池具有根據本發明實施方式形成的電極，該電極經歷了浸泡在硝酸或硫酸中而後進行熱處理，而另一種燃料電池具有根據本發明實施方式形成的電極，該電極單獨經歷用於增加電極表面上的活性反應點比率的前熱處理；
[0087]圖10示出經歷了根據本發明實施方式的熱處理的石墨氈陰極電極與控制石墨氈陰極電極的不同的親水性；
[0088]圖11示出經歷了根據本發明實施方式的酸處理和熱處理的石墨氈陰極電極與控制石墨氈陰極電極的不同的親水性；
[0089]圖12示出本發明的陰極的性能對於壓縮的變化；以及
[0090]圖13示出根據本發明的陰極的性能與現有技術的陰極的性能的對比，以及演示通過改變碳布電極的織法而改變的性能。
[0091]參照圖2，圖2示出了總體上標識為11的多孔骨架介質的側視圖。多孔骨架介質11的表面13被配置成沿著表面13呈現半球形凹陷的形式。例如，各個半球形凹陷由15表示。在本實施方式中，半球形凹陷15彼此毗連。半球形凹陷15構成多孔骨架介質11的表面13的改性。由此，表面13已改性成誘導增強活性行為。通過這種方法，以這種方式形成的電極將在如質子的反應物與氧的表面積增加方面具有優異的電化學性能以產生更多的每單位體積的電流量。
[0092]現在參照圖3，圖3示出了對具有未改性的RVC陰極電極的燃料電池與具有經歷了濺射塗覆處理的較小RVC電極的燃料電池進行直接對比的圖表。在兩種情況下，陰極是每英寸具有5倍壓縮的100個孔的RVC，該RVC的尺寸為50x63x2mm(如討論的那樣，RVC電極被進一步修飾成圖3中的虛線)。標準化氣體擴散層(碳紙，厚度約為0.3_)被設置在雙極板與RVC電極之間以增加連接的導電性。碳罩(10g/m2)被設置在RVC電極與薄膜之間。薄膜是市場上可買到的薄膜電極組件，該薄膜電極組件具有50微米的薄膜厚度和50x50mm的活性區域以及0.3mg PtcnT2的陽極催化劑負載。使用了多金屬氧酸鹽陰極(水中0.3摩爾的Na4H3 [PMo8V4040].(H20) x溶液)，具有240ml/min的陰極流和79-86°C的電池溫度。厚度約為0.3mm的標準化氣體擴散層被用於陽極室中。陽極室中的氫氣壓力是1.5-2bar的絕對壓力。通過實線示出了控制燃料電池的結果，而通過虛線示出了具有根據本發明實施方式形成的陰極電極的燃料電池的結果。實驗性陰極電極是在OV加速的情況下沉積51 μ g/cm2的碳材料而形成的。除非另有提及，則所使用的操作條件、其他燃料電池部件和陰極溶液是相同的。在虛線的極化曲線中可以觀察到，濺射塗覆樣本的性能顯著優於(對於給定電流的較高的電池電壓)由實線的極化曲線表示的控制樣本。
[0093]現在參照圖4，示出了與圖3所示的圖表相似的圖表。然而，在本附圖中，圖4示出了燃料電池與控制電池的燃料電池性能的直接對比，其中控制電池具有未改性的RVC陰極電極，而燃料電池具有相似的RVC電極但該RVC電極經歷了使用模板以將附加的高表面積碳添加到現有的RVC支承結構(多孔骨架介質)的處理工藝。除非另有提及，則所使用的操作條件、其他電池部件和陰極溶液與圖3中的操作條件、其他電池部件和陰極溶液是相同的。在虛線的極化曲線中可以觀察到，具有附加的模板化碳的實驗性樣本的性能顯著優於(對於給定電流的較高的電池電壓)由實線的極化曲線表示的控制樣本。
[0094]圖5示出對燃料電池與控制電池的燃料電池性能進行對比的進一步測試的結果，其中控制電池具有未改性的RVC陰極電極，而燃料電池具有相似的RVC電極但該RVC電極經歷了使用氧化劑的前處理工藝。在本實施方式中，氧化劑是以增加電化學表面上的活性反應點比率的目的而使用的過硫酸銨((NH4)2S2O8)處理液。薄膜是市場上可買到的薄膜電極組件，該薄膜電極組件具有25微米的薄膜厚度且具有0.4mg Pt cm_2的陽極催化劑負載，除了這點與圖3中不同以外，除非另有提及，則所使用的操作條件、其他燃料電池部件和陰極溶液與圖3中的操作條件、其他燃料電池部件和陰極溶液是相同的。在虛線的極化曲線中可以觀察到，經歷了前電極處理的實驗性樣本的性能顯著優於(對於給定電流的較高的電池電壓)由實線的極化曲線表示的控制樣本。
[0095]圖6還示出實驗的另一示例，該示例中對燃料電池的性能與控制電池的燃料電池性能進行了對比，其中控制電池具有未改性的RVC陰極電極，而燃料電池具有相似的RVC電極但該RVC電極經歷了使用氧等離子處理以增加電極表面的活性點比率的前處理工藝。除非另有提及，則所使用的操作條件、其他燃料電池部件和陰極溶液與圖5中的操作條件、其他電池部件和陰極溶液是相同的。在虛線的極化曲線中可以觀察到，經歷了前電極處理的實驗性樣本的性能顯著優於(對於給定電流的較高的電池電壓)由實線的極化曲線表示的控制樣本。
[0096]圖7示出在0.80V的開路電壓下對控制電池的性能與燃料電池的性能進行對比的測試結果，其中控制電池具有未改性的石墨氈陰極電極，而燃料電池具有相似的石墨氈電極但該石墨氈電極經歷了(在空氣中)在400°C、450°C或500°C中進行2個小時的前熱處理。在所有情況下，石墨租電極都是50x63mm的聚丙稀臆石墨租並具有2.5mm的厚度,該厚度在電池構建期間被壓縮成1.1_。陰極電極與市場上可買到的薄膜電極組件相鄰地進行固定，該薄膜電極組件具有50x50mm的活性區域和15微米的薄膜厚度以及0.3mg Pt cm_2的陽極催化劑負載。使用了多金屬氧酸鹽陰極(水中0.3摩爾的Na4H3[PMo8V4O4J.(H2O)x溶液)，具有160ml/min的陰極流和75_80°C的電池溫度。厚度約為0.3mm的標準化氣體擴散層(碳紙)被用於陽極室中。陽極室中的氫氣壓力是1.5-2bar的絕對壓力。在本實施方式中，處理是以增加電化學表面上的活性反應點比率的目的而進行的。除非另有提及，則所使用的操作條件、燃料部件和陰極溶液是相同的。圖7a示出通過實驗得出的極化曲線，而圖7b示出功率密度曲線。從圖中可以觀察到，在0.80V下經歷了 450°C或500°C的前電極處理的實驗性樣本的性能優於(對於給定電流的較高的電池電壓/功率密度)控制樣本。在500°C中進行處理後的性能是顯著優秀的。然而，在400°C中的樣本卻未表現出改善。這表明熱處理必需針對具體材料。在不希望受到理論的約束的情況下，可以認為，對於活性化石墨氈的表面，400°C是過低的溫度，因此需要慎重地選擇溫度(在該溫度中對材料進行處理)以取得改善的性能。
[0097]圖8示出在0.80V的開路電壓下對控制電池的性能與燃料電池的性能進行對比的另一測試結果，其中控制電池具有未改性的石墨氈陰極電極，而燃料電池具有相似的石墨氈電極但該石墨氈電極經歷了多重前熱處理工藝。在所有情況下，石墨氈電極都是50x63mm的聚丙烯腈石墨氈並具有2.5mm的厚度，該厚度在電池構建期間被壓縮成1.1mm。陰極電極與市場上可買到的薄膜電極組件相鄰地進行固定，該薄膜電極組件具有50x50mm的活性區域和15微米的薄膜厚度以及0.3mg Pt cm_2的陽極催化劑負載。首選，在室溫中將經處理的電極被留下以在濃硝酸或濃硫酸中浸泡5個小時，而後徹底衝洗。然後，改性後的氈在450°C或500°C下(在空氣中)加熱2個小時。使用了多金屬氧酸鹽陰極(水中0.3摩爾的Na4H3 [PMo8V4O40].(H2O)x溶液)，具有160ml/min的陰極流和75_80°C的電池溫度。厚度約為0.3mm的標準化氣體擴散層(碳紙)被用於陽極室中。陽極室中的氫氣壓力是1.5-2bar的絕對壓力。在本實施方式中，處理是以增加電化學表面上的活性反應點比率的目的而進行的。除非另有提及，則所使用的操作條件、燃料部件和陰極溶液是相同的。圖8a示出通過實驗得出的極化曲線，而圖8b示出功率密度曲線。從圖中可以觀察到，經歷了 450°C的前電極處理的實驗性樣本的性能顯著優於(對於給定電流的較高的電池電壓/功率密度)控制樣本。然而，500°C的處理卻得到了更低的性能。這再一次表明根據所使用材料選擇條件的重要性。
[0098]圖9是圖7和圖8所示圖表的組合，對單獨進行熱處理的性能與熱處理和酸處理結合的性能進行了對比。從圖表中可以觀察到，相比於單獨進行熱處理，450°C的熱處理與酸處理的結合更多的改善了燃料電池的性能。
[0099]圖10和圖11示出進行了上述處理的石墨氈陰極電極的不同的親水性。圖1Oa表示控制樣本，圖1Ob是經過400°C處理後的樣本，圖1Oc是經過450°C處理後的樣本，圖1Od是經過500°C處理後的樣本。圖1la表示控制樣本，圖1lb是經過硫酸處理和450°C熱處理後的樣本，圖1lc是經過硝酸處理和450°C熱處理後的樣本，圖1ld是經過硫酸處理和500°C熱處理後的樣本，圖1le是經過硝酸處理和500°C熱處理後的樣本。圖10和圖1la是從吸液管滴下一滴水並且在60秒後拍攝的照片。圖lib、圖11c、圖1ld和圖1le是從吸液管滴下一滴水並且在I秒後拍攝的照片。似乎看來，經處理的陰極表面的可溼性(親水性)被發現是高於未經處理的陰極表面。這提供了優點，如可溼性加大的氈將更加易於使陰極溶液泵浦穿過，這將通過減少泵浦陰極所需的壓力構成更加有效的燃料電池，由此減少寄生損失。此外，這些附圖表明，通過對石墨氈的處理將可以獲得最適宜的可溼性。圖1Od的氈表現出了最佳性能(參見圖7)，圖1lb的氈亦是如此(參見圖8)。由此，這兩個氈之間的可溼性可以提現最適宜的效果，並且相對於該水平的增加或減小都會不利於氈的性能。
[0100]圖12示出使用石墨氈電極操作的本發明的燃料電池在不同壓縮比下的性能數據(極化曲線)。在所有情況下，石墨租電極都是50x63mm的聚丙烯腈石墨租並具有2.5mm的厚度，該厚度在實驗(在附圖圖例中給出了百分比壓縮)期間被壓縮成更小的厚度。陰極電極與市場上可買到的薄膜電極組件相鄰地進行固定，該薄膜電極組件具有50x50mm的活性區域和25微米的薄膜厚度以及0.4mg Pt cm_2的陽極催化劑負載。使用了多金屬氧酸鹽陰極(水中0.3摩爾的Na4H3 [PMo8V4O4J.(H2O)x溶液)，具有240ml/min的陰極流和79-82 °C的電池溫度。厚度約為0.3_的標準化氣體擴散層(碳紙)被用於陽極室中。陽極室中的氫氣壓力大約是2bar的絕對壓力。燃料電池在不同的陰極壓縮率下運行並對性能進行監控。如圖12所示，性能隨著壓縮率增加而改善，並且壓縮至原始厚度46%的氈表現出最佳性能。
[0101]圖13示出使用具有約0.5_厚度的碳布電極操作的本發明的燃料電池與使用2mm厚度的網狀玻璃碳電極的燃料電池進行對比的性能數據(極化曲線)。RVC電極的陰極室與圖3中所描述的陰極室相似。針織碳布(knitted碳布)原始厚度為0.47mm。在構建燃料電池時，該電極與薄膜相鄰地進行設置並且壓縮至0.35mm。梭織碳布(woven碳布)原始厚度為0.528mm。在構建燃料電池時，該電極與薄膜相鄰地進行設置並且壓縮至0.35mm。對於圖13中的所有燃料電池而言，薄膜是市場上可買到的電極薄膜組件，該電極薄膜組件具有50x50的活性區域和25微米的厚度以及0.4mg Pt cm—2的陽極催化劑負載。厚度約為0.3mm的標準化氣體擴散層(碳紙)被用於陽極室中。陽極室中的氫氣壓力大約是2bar的絕對壓力。使用了多金屬氧酸鹽陰極(水中0.3摩爾的Na4H3[PMo8V4O4J.(H2O)x溶液)，並且RVC電極、梭織碳布電極和針織碳布電極分別具有240ml/min的陰極流。電池溫度為79_82°C。圖13表現出相比於現有技術的陰極性能，本發明的陰極性能得到了提高。此外，圖13還表現出相比於針織布電極的性能，梭織布電極的性能得到了提高。因此，這表明布材料的梭織可以針對燃料電池的需求。
【權利要求】
1.一種燃料電池的陰極電極，包括: 多孔骨架介質，所述多孔骨架介質的表面被改性成或以其他方式布置成或構建成誘導增強活性行為，其中所述增強活性行為是通過增加所述電極的對於給定體積的表面積的手段，和/或通過增加電極上的反應點的可用性和/或數量而誘導的。
2.如權利要求1所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括至少一個加大的表面積區。
3.如權利要求1或2所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括碳的濺射塗覆。
4.如權利要求1至3中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括物理吸附的碳。
5.如權利要求1至4中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括模板碳的沉積。
6.如權利要求1至5中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括化學氣相沉積的碳。
7.如權利要求1至6中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括化學氣相滲透的碳。
8.如權利要求1至7中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括增加了每 單位表面積的電化學反應點的區域。
9.如權利要求8所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括液態化學改性。
10.如權利要求8或9所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括至少一個氧化區域。
11.如權利要求10所述的陰極電極，其中所述至少一個氧化區域是通過暴露於如硝酸或硫酸的強酸和/或如過硫酸銨的強氧化劑而造成的。
12.如權利要求8至11中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括氣相化學改性。
13.如權利要求12所述的陰極電極，其中所述氣相化學改性是通過氧等離子處理而造成的。
14.如權利要求8至13中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括等離子蝕刻。
15.如權利要求8至14中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面改性包括熱處理。
16.如權利要求1至15中任一項所述的陰極電極,其中所述多孔骨架介質的所述布置或構建能夠包括壓縮所述電極。
17.如權利要求16所述的陰極電極，其中所述壓縮顯著超出推薦的壓縮率。
18.如權利要求1至17中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的80%。
19.如權利要求1至18中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的70%。
20.如權利要求1至19中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的60%。
21.如權利要求1至20中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的50%。
22.如權利要求1至21中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質是可壓縮的。
23.如權利要求1至22中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括軟纖維類結構。
24.如權利要求1至23中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括碳布。
25.如權利要求24所述的陰極電極，其中所述碳布是梭織或針織的。
26.如權利要求25所述的陰極電極，其中所述碳布是梭織的。
27.如權利要求1至23中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括碳紙。
28.如權利要求1至23中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括碳罩。
29.如權利要求1至23中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括碳/PTFE複合介質。
30.如權利要求1至23中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括碳氣凝膠。`
31.如權利要求1至26中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括活性炭布。
32.如權利要求1至23中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括經壓縮的碳租。
33.如權利要求1至15中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括剛性碳結構。
34.如權利要求33所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括網狀玻璃碳。
35.如權利要求1至34中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有不大於2_的厚度。
36.如權利要求1至35中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有小於Imm的厚度。
37.如權利要求1至36中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有小於0.4mm的厚度。
38.如權利要求1至37中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有小於0.25mm的厚度。
39.如權利要求1至38中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質呈一個或多個板的形式。
40.如權利要求39所述的陰極電極，其中所述一個或多個板具有250mmx250mm的尺寸。
41.如權利要求1至40中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質的所述表面是對陰極液反應的。
42.如權利要求1至41中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有600至30000cm2/cm3的比表面積。
43.如權利要求1至42中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有3000cm2/cm3的比表面積。
44.如權利要求1至43中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有不大於17mQcm2的貫通面電阻。
45.如權利要求1至44中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有不大於5mQcm2的貫通面電阻。
46.如權利要求1至45中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在80°C中穩定在pHO的氧化環境中。
47.如權利要求1至46中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在95°C中穩定在pHO的氧化環境中。
48.如權利要求1至47中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在120°C中穩定在pHO的氧化環境中。
49.如權利要求1至48中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在升高的壓力下為穩定的。
50.如權利要求49所述的陰極電極，其中所述升高的壓力大於大氣(或周圍環境)壓力，但小於5bar的絕對壓力。
51.如權利要求1至50中任一項所述的陰極電極，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有至少5xlOnm2的孔隙結構滲透性。
52.如權利要求1至51中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質包括碳或金屬中的至少一種。
53.如權利要求1至52中任一項所述的陰極電極，其中所述多孔骨架介質是自支承。
54.如權利要求1至53中任一項所述的陰極電極,其中所述表面改性、布置或構建導致所述陰極電極的可溼性增加。
55.一種製造燃料電池的陰極電極的方法，所述方法包括以下步驟: 提供多孔骨架介質；以及 對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性或以其他方式構建或布置以誘導增強活性行為。
56.如權利要求55所述的方法，其中所述對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括:增加所述多孔骨架介質的所述表面積。
57.如權利要求56所述的方法，其中所述多孔骨架介質的所述表面積是通過提供至少一個加大的表面區域而增加的。
58.如權利要求55至57中任一項所述的方法，其中所述對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括: 通過碳顆粒對所述多孔骨架介質的所述表面進行濺射塗覆。
59.如權利要求58所述的方法，其中所述濺射工藝包括真空濺射。
60.如權利要求55至59中任一項所述的方法，其中所述對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括: 將碳顆粒物理吸附到所述多孔骨架介質上。
61.如權利要求60所述的方法，其中所述物理吸附工藝包括以下步驟:在載體中提供所述碳顆粒的懸浮物； 使所述多孔骨架介質與所述碳顆粒的所述懸浮物進行接觸；以及 蒸發所述載體以使所述碳顆粒通過物理吸附保持沉積在所述多孔骨架介質上。
62.如權利要求61所述的方法，還包括對所述碳顆粒進行熱處理以將所述碳顆粒粘接到所述多孔骨架介質的步驟。
63.如權利要求55至62中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括: 用於將碳應用到所述多孔骨架介質的模板法。
64.如權利要求63所述的方法，其中所述模板法包括以下步驟: 將模板應用到所述多孔骨架介質； 在所述模板上方沉積碳；以及 去除所述模板以保留沉積在所述多孔骨架介質的所述表面上的碳。
65.如權利要求64所述的方法，其中所述模板是可溶的。
66.如權利要求63至65中任一項所述的方法，其中以特定形式將所述模板布置在所述多孔骨架介質上，所述特定形式是根據所述多孔骨架介質的預定應用而選擇的。
67.如權利要求55至66中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括: 將碳化學氣相沉積到所述多孔骨架介質的所述表面上。
68.如權利要求55至67中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括: 將碳化學氣相滲透到所述多孔骨架介質的所述表面上。
69.如權利要求55至68中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括: 增加每單位表面積的電化學反應點的數量。
70.如權利要求69所述的方法，包括進行液態化學改性以改變所述多孔骨架介質的所述表面的化學性的步驟。
71.如權利要求69或70所述的方法，包括對所述多孔骨架介質的所述表面進行氧化的步驟。
72.如權利要求71所述的方法，其中所述氧化步驟是通過使用如硝酸或硫酸的強酸，和/或如過硫酸銨的強氧化劑進行的。
73.如權利要求55至72中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括氣相化學改性。
74.如權利要求73所述的方法，其中所述氣相化學改性是通過氧等離子處理而造成的。
75.如權利要求55至74中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括等離子蝕刻。
76.如權利要求75所述的方法，其中所述等離子蝕刻包括: 將微多孔蝕刻到所述多孔骨架介質的所述表面中。
77.如權利要求55至76中任一項所述的方法，其中對所述多孔骨架介質的所述表面進行改性的步驟包括熱處理。
78.如權利要求55至77中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質的構建或布置能包括壓縮所述電極。
79.如權利要求78所述的方法，其中所述壓縮顯著超出推薦的壓縮率。
80.如權利要求55至79中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質是可壓縮的。
81.如權利要求55至80中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的80%。
82.如權利要求55至81中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的70%。
83.如權利要求55至82中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的60%。
84.如權利要求55至83中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質被壓縮至小於其原始厚度的50%。
85.如 權利要求55至84中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括軟纖維類結構。
86.如權利要求55至85中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括碳布。
87.如權利要求86所述的方法，其中所述碳布是梭織或針織的。
88.如權利要求87所述的方法，其中所述碳布是梭織的。
89.如權利要求55至85中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括碳紙。
90.如權利要求55至85中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括碳罩。
91.如權利要求55至85中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括碳/PTFE複合介質。
92.如權利要求55至85中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括碳氣凝膠。
93.如權利要求55至88中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括活性炭布。
94.如權利要求55至85中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括經壓縮的碳氈。
95.如權利要求55至77中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括剛性碳結構。
96.如權利要求95所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括網狀玻璃碳。
97.如權利要求55至96中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有不大於2mm的厚度。
98.如權利要求55至97中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有小於Imm的厚度。
99.如權利要求55至98中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有小於0.4mm的厚度。
100.如權利要求55至99中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有小於0.25mm的厚度。
101.如權利要求55至100中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質呈一個或多個板的形式。
102.如權利要求101所述的方法，其中所述一個或多個板具有250mmx250mm的尺寸。
103.如權利要求55至102中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質的所述表面是對陰極液反應的。
104.如權利要求55至103中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有600至30000cm2/cm3的比表面積。
105.如權利要求55至104中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有3000cm2/cm3的比表面積。
106.如權利要求55至105中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有不大於17mQcm2的貫通面電阻。
107.如權利要求55至106中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有不大於5mQcm2的貫通面電阻。
108.如權利要求55至107中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在80°C中穩定在pHO的氧化環境中。
109.如權利要求55至108中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在95°C中穩定在pHO的氧化環境中。
110.如權利要求55至109中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在120°C中穩定在pHO的氧化環境中。
111.如權利要求55至110中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料在升高的壓力中為穩定的。
112.如權利要求111所述的方法，其中所述升高的壓力大於大氣(或周圍環境)壓力，但小於5bar的絕對壓力。`
113.如權利要求55至112中任一項所述的方法，其中通過所述多孔骨架介質的所述表面被改性，所述多孔骨架介質和/或材料具有至少5xl011m2的孔隙結構滲透性。
114.如權利要求55至113中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質包括碳或金屬中的至少一種。
115.如權利要求55至114中任一項所述的方法，其中所述多孔骨架介質是自支承。
116.如權利要求55至115中任一項所述的方法,其中所述表面改性、布置或構建導致所述陰極電極的可溼性增加。
117.一種燃料電池，所述燃料電池具有根據權利要求1至54中任一項所述的陰極電極。
118.—種根據權利要求1至54中任一項所述的陰極電極在燃料電池中的使用。
119.一種根據權利要求1至54中任一項所述的陰極電極在用於行動電話天線杆的後備電源應用中的使用。
120.—種根據權利要求1至54中任一項所述的陰極電極在需要大約2至IOkW功率的計算機系統應用中的使用。
121.—種根據權利要求1至54中任一項所述的陰極電極在固定電源應用中的使用,所述固定電源應用包括替代離網應用的柴油發動機組或更大的後備電源。
122.—種根據權利要求1至54中任一項所述的陰極電極在包括汽車的交通應用中的使用。
123.—種基本如本文中參照附圖所描述的且如附圖中所圖示的燃料電池的陰極電極。
124.—種製造基本如本文中參照附圖所描述的且如附圖中所圖示的燃料電池的陰極電極的方法。
125.—種具有基本如本文中參照附圖所描述的且如附圖中所圖示的陰極電極的燃料電池。
126.—種基 本如本文中參照附圖所描述的且如附圖中所圖示的陰極電極的使用。
【文檔編號】H01M4/96GK103733402SQ201280030919
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年6月22日 優先權日:2011年6月22日
【發明者】安迪·克瑞斯, 尼克·貝尼斯, 安迪·波特, 克雷格·P·多森, 克萊爾·路易斯·當斯 申請人:Acal 能源公司