CN101111960A - 燃料电池的制造方法和制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的方法，包括通过喷涂法在柱状载体外表面上形成第一催化剂层、通过喷涂法在第一催化剂层上形成电解质层、以及通过喷涂法在所述电解质层上形成第二催化剂层。在所述方法中连续地形成这些层。还公开一种制造燃料电池的装置。

Description

燃料电池的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及一种制造燃料电池的方法和一种制造燃料电池的装置，更具体地涉及一种制造柱状燃料电池的方法和装置。
背景技术
作为环境问题和资源问题一个可能的对策，燃料电池吸引了相当大的关注，其通过经电化学反应将化学能转化为电能而发电，该电化学反应使用例如氧气或空气的氧化气体、和例如氢或甲烷的还原气体(燃料气体)或者例如甲醇的液体燃料作为原料。在燃料电池结构中，在电解质膜的一个表面上设置的燃料电极(阳极催化剂层)和在另一个表面上设置的空气电极(阴极催化剂层)经电解质膜相对设置，在将电解质膜夹在中间的这些催化剂层每个的外部设置有扩散层，而这些扩散层被夹在包括原料供应通道的隔离体之间，然后通过对每个催化剂层供应例如氢气和氧气的原料而发电。
在使用燃料电池发电期间，如果供应给燃料电极的原料是氢气，供应给空气电极的原料是空气，那么在燃料电极上由氢气产生氢离子和电子。这些电子在到达空气电极之前从外部端子出发经过外部电路。在空气电极上，所供应空气中的氧气、经过电解质膜的氢离子、和经过外部电路到达空气电极的电子一起反应生成水。这样在燃料电极和空气电极上都发生化学反应，并生成电荷，同时使该结构用作燃料电池。因为用于发电的原料气体和/或液体燃料充裕以及发电所产生的产物为水，所以正在开发这种燃料电池以作为用于各种应用的潜在清洁能源。
管状燃料电池(实心圆柱状、中空圆柱状、和中空燃料电池)是这种燃料电池的常规实例(例如参见日本专利早期公开No.2002-124273、日本专利早期公开No.2002-289220、日本专利早期公开No.2002-260685)。管状燃料电池具有一种结构，其中燃料电极设置在管状聚合物电解质膜的内表面或者外表面上，空气电极设置在另一个表面上，管状燃料电池还具有比平板燃料电池更容易减小尺寸的优点。通常由挤压成型法(参见日本专利早期公开No.2002-124273)、浸没方法(参见日本专利早期公开No.2002-289220)、或化学镀方法(参见日本专利早期公开No.2002-260685)形成在管状燃料电池中使用的组件(空气电极/电解质膜/燃料电极)，从而在管状电解质膜的内表面和外表面上形成催化剂层(燃料电极和空气电极)。
在例如日本专利早期公开No.2002-124273所公开的挤压成型法中，使用适当的溶剂将燃料电极的催化剂、电解质膜的固体电解质聚合物、和空气电极的催化剂每个都转换为流动的流体形式，然后通过实施整体挤压成型处理获得该组件，该处理按由内向外的顺序生成燃料电极催化剂、固体电解质聚合物、和空气电极催化剂的层。通过从挤压喷嘴挤压每种流体获得整体成型产品，然后通过加热所成型的产品使溶剂挥发而固化多层组件。
在例如日本专利早期公开No.2002-289220所公开的浸没方法中，将中空的多孔载体浸入充满包含空气电极催化剂的树脂溶液(浆料)中，然后取出并干燥而形成催化剂层(空气电极)。然后使用相似的过程形成催化剂层和另一个催化剂层(燃料电极)，从而完成所述组件。
在例如日本专利早期公开No.2002-260685所公开的化学镀方法中，使用化学镀通过使空气电极催化剂的水溶液与管形电解质膜接触，而形成管形电解质膜外表面上的催化剂层(空气电极)，然后冲洗整个管，并将悬浮形式的包含燃料电极催化剂的混合物注入管内，从而形成另一层催化剂(燃料电极)并完成所述组件。
另一方面，日本专利早期公开No.2003-100314公开了一种制造燃料电池的方法，该燃料电池包括位于平板聚合物电解质膜一个表面上的燃料电极和另一个表面上的空气电极，其中通过采用加热方法而将包含分散在其中的催化剂的树脂溶液浆喷涂在平板聚合物电解质膜的表面上，以形成催化剂层。该喷涂法能够制造其中形成具有良好均匀性的催化剂层的组件。
另外，日本专利早期公开No.H06-29031公开了一种制造圆柱状固体电解质燃料电池的方法，包括通过将包含固体电解质的浆灌入模制模件中而形成电解质模，所述模件具有吸水性并且部分设置有防水或者抗水部件，取出防水或抗水部件随后将含催化剂的浆灌入模制模件中以形成燃料电极，在通过取出防水或抗水部件所形成燃料电极的暴露部分上施加或喷涂浆，从而形成内部连线，进行烘干，然后通过浸没方法在固体电解质膜的外部形成空气电极，从而完成所述组件。
另外，日本专利早期公开No.H06-72787公开了一种制造圆柱状固体电解质燃料电池的方法，包括在圆柱状载体的表面上形成空气电极和固体电解质层，在所述结构上喷涂包含分散催化剂的树脂溶液浆，进行干燥和烘干，然后通过采用浸没方法形成氧化物表面层而形成燃料电极，从而完成所述组件。
发明内容
然而，在例如日本专利早期公开No.2002-124273所公开的挤压成型法中，当分别包含燃料电极催化剂、电解质膜的固体电解质聚合物、以及空气电极催化剂的流体受到整体挤压成型时，所述液体有可能混合在一起，这意味着难于获得所述每层薄膜厚度都均匀的组件。
另外，在例如日本专利早期公开No.2002-289220所公开的浸没方法中，尽管例如粘度的液体特性在催化剂浆料和电解质膜浆料之间变化，但是在产生管形组件的连续形成催化剂层、电解质层、和催化剂层的过程期间必须将载体的行进速度维持在恒定水平。因此，镀覆条件不能对每种不同浆料达到最优，这使得难于连续生产。此外，在浸没方法中，因为将载体直接浸入材料溶液中然后从中取出，所以在不需要催化剂层的位置(例如载体沿)也形成了催化剂层，并且必须在随后的步骤中去除这些不需要的部分的催化剂层。
另外，在例如日本专利早期公开No.2002-260685所公开的化学镀方法中，难于连续生成柱状组件。
而且，在日本专利早期公开No.2003-100314所公开的方法中，尽管可以产生平板组件，但是却难以连续获得柱状组件。
另外，在日本专利早期公开No.H06-29031和日本专利早期公开No.H06-72787所公开的方法中，所述过程是复杂的，并且难于连续地产生柱状组件。
本发明提供一种制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的方法和装置，其中第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的膜厚度均匀性良好，并且可以连续地形成所述每一层。
本发明还提供一种制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的方法，包括通过喷涂法在柱状载体外表面上形成第一催化剂层、通过喷涂法在第一催化剂层上形成电解质层、以及通过喷涂法在电解质层上形成第二催化剂层，其中连续地形成每层。
另外，上述制造燃料电池的方法优选还包括在形成第一催化剂层后干燥所形成的第一催化剂层、在形成电解质层后干燥所形成的电解质层、以及在形成第二催化剂层后干燥第二催化剂层，其中连续地进行每次形成和干燥。
另外，在上述制造燃料电池的方法中，优选通过在柱状载体外表面上多个位置喷涂浆料而实施所述喷涂法。
另外，在上述制造燃料电池的方法中，优选切断其上形成有所述每层的柱状载体以产生多个燃料电池单电池。
另外，在上述制造燃料电池的方法中，柱状载体优选是导电多孔部件。
本发明还提供一种制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的装置，其中所述装置包括传送柱状载体的传送单元、在柱状载体外表面上喷涂第一催化剂层的浆料以形成第一催化剂层的第一喷涂单元、干燥所形成第一催化剂层的第一干燥单元、在所干燥的第一催化剂层上喷涂电解质层的浆料以形成电解质层的第二喷涂单元、干燥所形成电解质层的第二干燥单元、在所干燥电解质层上喷涂第二催化剂层的浆料以形成第二催化剂层的第三喷涂单元、以及干燥所形成第二催化剂层的第三干燥单元。
另外，上述制造燃料电池的装置中的每个喷涂单元优选包括多个喷涂器。
另外，在上述制造燃料电池的装置中，柱状载体优选为导电多孔部件。
在根据本发明制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的方法中，通过连续地形成所述膜，其中每次形成包括在柱状载体外表面上进行喷涂，则可以连续产生第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层，而每层具有良好的膜厚度均匀性。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的燃料电池结构实例的视图；
图2是示出根据本发明实施例的用于制造燃料电池的装置实例的视图；
图3是示出通过切断从根据本发明实施例方法获得燃料电池而获得单电池的方法实例的视图；以及
图4是示出在根据本发明实施例制造燃料电池的方法中定位喷涂器的视图。
具体实施方式
下面是对使用根据本发明实施例制造燃料电池的方法和装置所制造的燃料电池的说明。
根据本发明实施例的燃料电池包括第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层。
图1示出根据本发明实施例的燃料电池1一个实例的略图。下面描述该燃料电池1的结构。燃料电池1包括电解质层10、用作燃料电极12(阳极催化剂层)的第一催化剂层、和用作空气电极(阴极催化剂层)14的第二催化剂层、以及集流部件16。另外，可在第二催化剂层的空气电极14外表面上形成附加的集流层。
在图1所示的燃料电池1中，在用作集流部件16的圆柱状载体外表面上设置用作第一催化剂层的燃料电极12，在燃料电极12的外表面上设置电解质层10，以及在电解质层10的外表面上设置用作第二催化剂层的空气电极14，从而形成柱状组件(MEA：膜电极组件)18。在燃料电池1的可选结构中，可在圆柱状集流部件16的外表面上形成用作第一催化剂层的空气电极14，然后将电解质层10设置在空气电极14的外表面上，将用作第二催化剂层的燃料电极12设置在电解质层10的外表面上。然而，燃料电极12通常用作第一催化剂层，而空气电极14用作第二催化剂层。
在这种类型的燃料电池1中，如果集流部件16和第二催化剂层的空气电极14或者集流部件16和在第二催化剂层的空气电极14的外表面上形成的集流层电连接到外部电路，并且然后通过向燃料电极12和空气电极14供应原料而开始操作，那么该结构可用作燃料电池。
只要电解质层10是由对离子例如质子(H+)和氧离子(O2-)具有高离子传导性的材料制成，则对其没有特别的限制。合适的材料包括固体聚合物电解质膜和稳定的氧化锆膜，优选使用固体聚合物电解质膜，例如全氟磺酸基膜。可以采用材料的具体实例包括全氟磺酸基固体聚合物膜，例如日本Goretex公司制造的Goreselect(注册商标)、DuPont公司制造的Nafion(注册商标)、Asahi Kasei公司制造的Aciplex(注册商标)、或Asahi Glass有限公司制造的Flemion(注册商标)。电解质层10的膜厚度通常处于10到200μm的范围内，并优选从30到50μm。
例如由通过在树脂(例如固体聚合物电解质，如Nafion(注册商标))中分散催化剂制成的膜来形成燃料电极12，所述催化剂例如是其上负载有铂(Pt)和另一种金属如钌(Ru)的碳。燃料电极12的膜厚度通常处于1到100μm的范围内，并优选从1到20μm。
例如由通过在树脂(例如固体聚合物电解质，如Nafion(注册商标))中分散催化剂制成的膜来形成空气电极14，所述催化剂例如是其上负载有铂(Pt)的碳。空气电极14的膜厚度通常处于1到100μm的范围内，并优选从1到20μm。
在该实施例中，只要集流部件16是由在组件中发电期间允许传输电子的高导电材料形成，那么对用作在其上形成有电解质层10、燃料电极12、和空气电极14的圆柱状载体的集流部件16没有特别限制。为用作有助于原料例如燃料气体扩散的供应通道，集流部件16优选由导电多孔材料例如粉末烧坯、纤维烧坯、或者纤维泡沫形成。合适的高导电性材料的实例包括导电材料的多孔部件，所述导电材料包括：例如金和铂的金属、碳、和钛、或表面涂覆例如金或铂的金属的碳；以及上述材料的柱状中空部件，其中采用例如冲孔的方法在柱状壁上形成孔。这些材料中，从例如导电性、原料扩散性和耐蚀性的特征的角度而言，优选多孔碳材料。如果集流部件16为中空部件，则部件的膜厚度通常处于0.5到10mm的范围内，并优选从1到3mm。如果集流部件16是实心部件，那么膜厚度通常处于0.5到10mm的范围内，并优选从1到3mm。
在采用例如打孔的方法在中空柱状集流部件16的壁上设置孔的情形中，这些孔的直径通常处于0.01到1mm的范围内。
尽管上述的集流部件16在该实施例中用作柱状载体，但是本发明不限于这样的结构，例如，圆柱形载体，如由具有良好可释放性的树脂如Teflon(注册商标)形成的棒或线、或者涂覆具有良好可释放性的树脂如Teflon(注册商标)的金属棒或线也可代替集流部件16。这样，在形成组件18后，应当从载体上取下完整的组件18。
柱状载体可以是任何的柱形，包括：圆柱形；多边柱体，例如三棱柱、四棱柱、五棱柱、或者六棱柱；或者椭圆柱体，但是通常为圆柱体。在此说明书中，术语“柱状”不仅包括中空部件还包括实心部件。
图2示出根据本发明实施例用于制造燃料电池的装置的实例的略图，下面描述该装置的结构。燃料电池制造装置3包括传送单元例如卷绕装置(图中未示出)、第一喷涂单元22、第一干燥单元24、第二喷涂单元26、第二干燥单元28、第三喷涂单元30、和第三干燥单元32。
在图2所示的燃料电池制造装置3中，沿传送单元移动方向顺序设置第一喷涂单元22、第一干燥单元24、第二喷涂单元26、第二干燥单元28、第三喷涂单元30、和第三干燥单元32。传送单元的传送方向可以是垂直的或水平，但是为获得良好的涂覆均匀性，优选垂直传送。
下面说明根据本发明的制造燃料电池方法和燃料电池制造装置3的操作。如图2所示，通过传送单元将作为柱状载体的集流部件16依次传送经过第一喷涂单元22、第一干燥单元24、第二喷涂单元26、第二干燥单元28、第三喷涂单元30、和第三干燥单元32。在传送单元所提供传送方向为垂直的情形，以垂直方向传送集流部件16，而在传送方向是水平的情形，以水平方向传送集流部件16。
首先，第一喷涂单元22用于将包含燃料电极催化剂的燃料电极浆料喷涂在所传送集流部件16的外表面上，从而形成用作燃料电极12的第一催化剂层。
然后连续地将其上形成有燃料电极12的集流部件16送入第一干燥单元24中，在干燥燃料电极12后，连续地向第二喷涂单元26传送所述集流部件。
接着，第二喷涂单元26用于将包含全氟磺酸基固体聚合物电解质等的电解质层浆料喷涂在形成于所传送集流部件16上的燃料电极12的外表面上，从而形成电解质层10。
然后将其上形成电解质层10的集流部件16连续地送入第二干燥单元28中，并且在干燥电解质层10之后，将所述部件连续地向第三喷涂单元30传送。
接着，第三喷涂单元30用于将包含空气电极催化剂的空气电极浆料喷涂在形成于所传送集流部件16上的电解质层10的外表面上，从而形成用作空气电极14的第二电解质层。
最后，将其上形成有空气电极14的集流部件16连续地送入第三干燥单元32，并且干燥空气电极14，从而获得具有组件18的燃料电池1，组件18包括形成于集流部件16外表面上的燃料电极12、电解质层10和空气电极14。
在下面情形中，即在燃料电池1中，将空气电极14作为圆柱状集流体部件16外表面上的第一催化剂层、将电解质层10设置在空气电极14的外表面上、以及将燃料电极12用作在电解质层10外表面上第二催化剂层，则燃料电极12和空气电极14的制造顺序应当与上述制造方法中所采用的顺序相反。
集流部件16可采用长度与用作燃料电池的常规单电池相同(通常从10到200mm)的部件，或者可选地，可以采用长度是常规燃料电池单电池长度数倍的部件。这样，如图3所示，可以在集流部件16的外表面上形成分成多个部分的组件18，而在所述部分之间提供预定间隔，并且在干燥第二催化剂层之后，可以将其上形成有组件18的集流部件16切断成长度与单电池长度相同，从而制造多个燃料电池单电池。
在上述喷涂法中，采用的浆料如下形成：通过将用于燃料电极或空气电极的催化剂粉末分散到溶液中而形成，所述溶液通过将树脂(例如固体聚合物电解质，如Nafion(注册商标))溶解在醇基溶剂中而获得，所述醇基溶剂例如为甲醇、乙醇或异丙醇；或者可选地，通过将用于电解质层的固体聚合物电解质等等溶解在醇基溶剂等中而形成。
可以调整在各种浆料中的催化剂粉末、固体聚合物电解质、或树脂等等各自的浓度水平以保证催化剂层(燃料电极和空气电极)和电解质层的每个都以均匀的膜厚度形成。尽管对这些浓度水平没有特别限制，就催化剂层浆料来说催化剂粉末优选占总浆料重量的10到50重量％，树脂优选占10到20重量％，而就电解质层浆料来说，固体聚合物电解质优选占总浆料重量的5到30重量％。
第一喷涂单元22、第二喷涂单元26、和第三喷涂单元30每个都包括例如具有排放孔的喷嘴、储存浆料并连至喷嘴的浆料罐、和对喷嘴施加压力的压气机。
在该喷涂法中，使用喷涂单元以喷雾形式将浆料喷涂到集流部件16上。由喷嘴喷出的雾化液体形状可以为扇形、实心圆形、或者环形，但是为保证均匀施加，优选扇形或者实心圆形的喷涂。另外，可仅使用对浆料的液压进行喷涂，或者在喷涂时可通过与气体例如空气混合而雾化所述浆料。
另外，如图4所示，为改进所施加薄膜的膜厚度均匀性，优选使用多个喷涂器34，以从集流部件16外表面周围的多个位置喷涂浆料36。在这样的喷涂中，优选确定喷涂器34的数量和位置，从而多个喷涂器34的喷涂不重叠。另外，还可使用一个或多个喷涂器进行浆料喷涂，而集流部件16，优选以恒定的旋转速度，绕其轴旋转。
优选将喷涂距离设置在0.1到300mm的范围内。这里，喷涂距离指从作为喷涂靶的集流部件16的外表面到达喷嘴尖端的距离。如果该喷涂距离小于0.1mm，那么会由于喷嘴尖端太接近集流部件16的外表面而出现喷涂问题，但是如果喷涂距离超过300mm，那么雾化液体在周围区域上会分散得过宽，造成喷涂效率降低。
喷涂压力优选等于0.1到200MPa范围内的液体压力。如果该液体压力小于0.1MPa，那么喷涂会太弱而不能均匀施加浆料，但是如果液体压力超过200MPa，则喷涂会太强，导致雾化液体在周围区域分散宽广并造成喷涂效率降低。
通过喷涂雾化所产生的浆料液滴直径优选处于0.1到10μm的范围内，更优选地处于0.1到2μm的范围内。在施加催化剂材料层时，因为有必要形成尽量小的催化位置，所以液滴的直径优选尽可能的小。如果液滴直径小于0.1μm，那么液滴就会太小，导致薄雾分散并使得喷涂效率降低，但是如果其直径超过10μm，则液滴直径会太大，使得难于获得均匀地施加。
在喷涂期间浆料温度通常处于20到70℃的范围内。
可以根据例如所期望膜厚、喷涂浆料特征等因素确定各种喷涂条件，包括雾化液体喷涂的形状、喷涂器数量、喷涂器位置、喷涂范围、喷涂压力、液滴直径、和浆料温度，而且应当充分考虑各种条件如何相互影响而设置这些条件。可在第一喷涂单元22、第二喷涂单元26、和第三喷涂单元30中采用相同条件，或者在每个单元中采用不同条件。通过适当控制这些喷涂条件，可以在集流部件16的外表面上均匀形成燃料电极12、电解质层10和空气电极14。
只要第一干燥单元24、第二干燥单元28、和第三干燥单元32能够干燥所形成的薄膜，则对其没有特别的限制。适当的干燥单元包括热空气干燥器、吹风干燥器、和加热干燥器。
另外，应当根据例如在形成相应浆料中所使用的溶剂沸点等因素设置第一干燥单元24、第二干燥单元28、和第三干燥单元32中的干燥温度，并且应当将其设定为保证催化剂或电解质膜等不退化的温度。例如，在使用甲醇、乙醇或异丙醇的情形，将温度设置为80到100℃。可在第一干燥单元24、第二干燥单元28、和第三干燥单元32中采用相同的条件，或者在相同的单元中采用不同条件。
在可选的配置中，代替采用第一干燥单元24、第二干燥单元28、和第三干燥单元32，在使用第一喷涂单元22、第二喷涂单元26、和第三喷涂单元30形成膜后的位置设置至少一个干燥单元。例如，可分别使用第一喷涂单元22、第二喷涂单元26、和第三喷涂单元30在集流部件16的外表面上连续形成燃料电极12、电解质层10和空气电极14，然后使用第三干燥单元32在单步操作中进行干燥。另外，可完全省略第一干燥单元24、第二干燥单元28、和第三干燥单元32，从而在集流部件16外表面上连续形成燃料电极12、电解质层10和空气电极14之后使产品自然干燥。
通常将传送单元的行进速度设置在从1mm/分钟到5×104mm/分钟的范围内。从生产效率的角度来说，行进速度优选尽可能地快，但是考虑到喷涂单元所进行的施加均匀性、所施加薄膜的干燥特征等因素，将行进速度设置为超过5×104mm/分钟是不实用的。
在已经以上述方式制造的图1的燃料电池1中，如果集流部件16和第二催化剂层的空气电极14、或者集流部件16和在第二催化剂层空气电极14的外表面上所形成的集流层电连接至外部电路，然后通过向燃料电极12和空气电极14供应原料而开始操作，那么所述结构可用作燃料电池。
供应至燃料电极12的原料实例包括还原气体(燃料气体)例如氢或甲烷或者液体燃料例如甲醇。供应至空气电极14的原料实例包括氧化气体例如氧气或空气。
如果通过将氢气作为供应至燃料电极12的原料、将空气作为供应至空气电极14的原料而操作燃料电池1，那么在燃料电极12上，由氢气(H2)经下式所示的化学反应产生氢离子(H+)和电子(e-)。
2H2→4H++4e-
电子(e-)在到达空气电极14之前自集流部件16出发，经过外部电路，并且如果必要经过设置在空气电极14外表面上的集流部件。在空气电极14，所供应空气中的氧气(O2)、经过电解质层10的氢离子(H+)、以及经过外部电路到达空气电极14的电子(e-)由下式所示反应产生水。
4H++O2+4e-→2H2O
以这种方式，在燃料电极12和空气电极14上都发生化学反应，从而产生电荷并使所述结构用作电池。因为由该系列反应所产生的成分为水，从而得到清洁的电池。
如上所述，通过采用根据本实施例的制造燃料电池的装置和制造燃料电池的方法，或者连续地通过喷涂柱状载体外表面而形成每层，或者可选地，通过连续地喷涂和随后的干燥而形成每层。因此，可以对第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层实现良好的薄膜厚度均匀性，并且可以连续地形成每层，这意味着可降低单个单电池之间性能上的波动。此外，通过采用这种制造装置和制造方法，可减少制造燃料电池所需要的步骤数，这可以降低成本。另外，在常规的浸没方法中，因为直接将载体浸入材料溶液然后将其取出，所以在不需要的地方(例如载体沿)也形成了催化剂层，并且必须在随后的步骤中去除这些催化剂层不需要的部分。然而在根据本实施例的制造燃料电池的装置和制造燃料电池的方法中，因为可间隔地进行喷涂，在不需要催化剂层的地方可停止喷涂，因此不再需要去除不必要部分的后续步骤，这表示可以减少步骤数。只有使用喷涂法才可进行这种间隔施加。
另外，通过将集流部件用作柱状载体，可将所述组件制成具有集流部件的整体单元。因此，和其中在制造组件后将碳纤维等作为集流部件插入管内的常规方法相比，没有划伤管内电极的危险，而且可更容易地将集流部件设置在组件上。另外，和在制成组件后将集流部件插入的方法相比，改进了集流部件和组件之间粘接的紧密性，同时降低了发电期间电池中的电阻。另外，在根据本实施例的制造燃料电池的装置和制造燃料电池的方法中，通过连续形成薄膜和干燥每层，可以抑制由于形成薄膜和干燥之间过长时间所造成的浆料渗进集流部件，这意味着可在集流部件上形成均匀组件。
借助本实施例的燃料电池，可通过组合多个单独的柱状燃料电池(单电池)以及将其串联连接而获得期望的电流和电压水平。另外，可以组合和并联连接多个单独的柱状燃料电池(单电池)。
因为根据本发明实施例的燃料电池具有尺寸和重量容易减小的简单结构，所以可将其用作移动设备例如移动电话和便携式计算机的小电源；并且还可用作汽车的电源。

Claims (8)

1.一种制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的方法，包括：
通过喷涂法在柱状载体的外表面上形成所述第一催化剂层，
通过喷涂法在所述第一催化剂层上形成所述电解质层，以及
通过喷涂法在所述电解质层上形成所述第二催化剂层，其中
连续地进行上述每个形成步骤。
2.根据权利要求1的制造燃料电池的方法，还包括：
在形成所述第一催化剂层后干燥所所述形成的第一催化剂层，
在形成所述电解质层后干燥所述形成的电解质层，以及
在形成所述第二催化剂层后干燥所述形成的第二催化剂层，其中连续地进行上述每个形成和干燥步骤。
3.根据权利要求1或2的制造燃料电池的方法，其中
通过在所述柱状载体的外表面的多个位置上喷涂浆料而进行所述喷涂法。
4.根据权利要求1到3中任一项的制造燃料电池的方法，其中
切断其上形成有每个所述层的所述柱状载体，以获得多个燃料电池单电池。
5.根据权利要求1到4中任一项的制造燃料电池的方法，其中
所述柱状载体是导电多孔部件。
6.一种制造具有第一催化剂层、电解质层和第二催化剂层的柱状燃料电池的设备，包括：
传送单元，其传送柱状载体，
第一喷涂单元，其在所述柱状载体的外表面上喷涂所述第一催化剂层的浆料，以形成所述第一催化剂层，
第一干燥单元，其干燥所述形成的第一催化剂层，
第二喷涂单元，其在所述干燥的第一催化剂层上喷涂所述电解质层的浆料，以形成所述电解质层，
第二干燥单元，其干燥所述形成的电解质层，
第三喷涂单元，其在所述干燥的电解质层上喷涂所述第二催化剂层的浆料，以形成所述第二催化剂层，以及
第三干燥单元，其干燥所述形成的第二催化剂层。
7.根据权利要求6的制造燃料电池的设备，其中
每个所述喷涂单元包括多个喷涂器。
8.根据权利要求6或7的制造燃料电池的设备，其中
所述柱状载体是导电多孔部件。
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