CN101305489A

CN101305489A - 管状燃料电池及其制造方法

Info

Publication number: CN101305489A
Application number: CNA2006800422149A
Authority: CN
Inventors: 今西雅弘; 中西治通; 依田直人
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: EP1949479A1; US20080280181A1; WO2007054794A1; KR20080053524A; DE602006014187D1; CA2627727A1; JP4935054B2; US8361672B2; JP2007134185A; CN101305489B; KR100972269B1; EP1949479B1; CA2627727C

Abstract

提供一种管状燃料电池，它包括：由线材制成的中心支撑部件(1)；在中心支撑部件的外侧上形成的电解质层(5)；设置于中心支撑部件和电解质层之间且由线材制成的外周支撑部件(3)；在外周支撑部件的外周表面上形成且与电解质层接触的催化剂层(4a)；以及设于中心支撑部件和外周支撑部件之间且由线材制成的辅助外周支撑部件(2)。

Description

管状燃料电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及管状燃料电池及其制造方法，并且特别涉及可实现增强的气体扩散的管状燃料电池及其制造方法。

背景技术

为了提高超过其电流平稳状态的每单位面积输出密度等，近期在管状燃料电池方面进行了研究(在下面有时称作“管状PEFC”)。管状PEFC的单体电池(在下面有时称作“管状电池”)主要包括膜/电极组件(MEA)，该膜/电极组件具有中空电解质层和设置于该电解质层的内侧上以及外侧上的催化剂层。并且，由于向MEA内侧和外侧供应反应气体(含氢的气体和含氧的气体)，因此发生电化学反应，并且由这种电化学反应产生的电能经由设置于MEA内侧和外侧上的集电器而被提取到外部(在下面，设置于内侧上的集电器将被称作“内部集电器”，而设置于外侧上的集电器将被称作“外部集电器”)。换言之，利用管状PEFC，可通过向设于每一单体电池中的MEA内侧供应一种反应气体(含氢的气体或者含氧的气体)，同时向它们的外侧供应另一种反应气体(含氧的气体或者含氢的气体)而提取电能。因为，利用管状PEFC，能够使得被供应到两个相邻单体电池的外表面的反应气体是相同类型，因此，不再需要如在传统的平板式PEFC的情形中用于执行气体屏蔽等的分离器。因此，根据一种管状PEFC，可期望以有效方式使单体电池更加紧凑。

作为与管状燃料电池有关的一种技术，例如，在PCT申请的公开的日本国家阶段申请2002-539587中，披露了一种管状类型燃料电池，其中燃料电池元件被设计成管状类型复合部件，该复合部件由包括导电部件和/或线材束，以及设置于其上的离子导电部件的组件制成。根据该技术，披露了输出密度增加并且材料供应和能量排出变得简单且容易。

如上所述，利用管状PEFC，因为使用被供应到MEA内侧和外侧的反应气体产生电能，因此需要确保在MEA内侧和外侧处存在用于反应气体流动的空间。作为一种在其中形成用于引导反应气体的流路和/或间隙的内部集电器的外侧处形成MEA的方法，已经考虑了一种方法，该方法将熔化或溶解的催化剂墨水和/或电解质成分涂敷到内部集电器的外周表面。然而，当熔化或溶解的这种催化剂墨水和/或电解质成分仅仅被涂敷到内部集电器的外周表面时，用于反应气体流动的流路和/或间隙的至少一个部分变得被上述催化剂墨水和/或电解质成分阻塞，并且易于降低反应气体的可扩散性。利用在上述公开的PCT申请的日本国家阶段申请2002-539587中披露的技术难以解决该问题。

发明内容

因此，本发明提供增强气体扩散的管状燃料电池及其制造方法。

根据本发明的一个方面，一种管状燃料电池设有由线材制成的中心支撑部件、在中心支撑部件的外侧上形成的电解质层，以及设置于中心支撑部件和电解质层之间且由线材制成的外周支撑部件。在所述外周支撑部件的外周表面上形成催化剂层，并且所述催化剂层与电解质层接触。由线材制成的辅助外周支撑部件设置于中心支撑部件和外周支撑部件之间。

根据本发明的该方面，预先形成有催化剂层的外周支撑部件被设于中心支撑部件和电解质层之间。因此，在制造期间，催化剂层的成分(例如，熔化或溶解的催化剂层的成分)被防止流入用于反应气体的通过的空间中，从而增强了反应气体的扩散。进而，因为上述外周支撑部件和辅助外周支撑部件被设于中心支撑部件和电解质层之间，因此，在制造期间，电解质层的成分(例如熔化或溶解的电解质层的成分；在下面简称为“电解质成分”)被防止流入用于反应气体的通过的空间中，从而增强了反应气体的扩散。因此，根据本发明的该方面，因为能够确保用于反应气体的通过的适当空间，因此能够供应增强反应气体的扩散的管状燃料电池。

作为可以制作中心支撑部件的材料的实例，可以采用能够被用作用于制造管状PEFC的内部集电器的材料的材料，例如Cu、Au、Pt、Al、Ti等。制作辅助外周支撑部件和外周支撑部件的材料可以与用于中心支撑部件的上述材料相同。中心支撑部件、辅助外周支撑部件以及外周支撑部件需被赋予能够经受燃料电池的运行环境的足够的耐腐蚀性。特别地，期望中心支撑部件和辅助外周支撑部件由具有优良导电性的材料制成。如果中心支撑部件、辅助外周支撑部件和/或外周支撑部件由Cu制成，则为了使得它们成为被赋予上述耐腐蚀性的部件，期望利用具有高的耐腐蚀性的材料(例如，Ti、Au、Pt等)覆盖它们的表面。进而，可通过使用通常用于管状PEFC中的材料制造根据本发明的上述方面的电解质层和催化剂层。应该理解，在下面的解释中，“线材”是如下概念，它不仅包括不形成任何内部通孔的杆形式的柱形材料，而且包括沿着轴向方向形成通孔的管状形式的材料。

在这种管状燃料电池中，辅助外周支撑部件的直径可以比外周支撑部件的直径小。

因此，在制造期间，能够以简单且容易的方式抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步朝向中心支撑部件(在下面，简称作“内侧”)流动。因此，能够非常简单且容易地增强反应气体的扩散。

在这种管状燃料电池中，可以设置多个中心支撑部件。

因为以此方式能够确保用于反应气体的通过的适当空间，因此，能够以简单且容易的方式增强反应气体的扩散。

在这种管状燃料电池中，可以绕所述管状燃料电池的轴向方向以螺旋形状形成所述中心支撑部件、所述辅助外周支撑部件和所述外周支撑部件中的至少一个支撑部件。

通过“绕所述管状燃料电池的轴向方向以螺旋形状形成所述中心支撑部件、所述辅助外周支撑部件和所述外周支撑部件中的至少一个支撑部件”，意味着，通过扭转中心支撑部件、辅助外周支撑部件和外周支撑部件中的至少一个或更多个支撑部件，该被扭转的部件(线材)相对于管状燃料电池的管状电池的轴向方向形成为螺旋形状。特别地，期望将辅助外周支撑部件和/或外周支撑部件制成为扭转状态，从而使得能够以简单且容易的方式确保用于反应气体的通过的空间。应该理解，在下面的解释中，当未提及“电池的轴向方向”时，指的是每个缠绕部件(线材)的轴向方向，除非特别声明为相反的情形。

如果中心支撑部件被形成为螺旋形状，则该管状燃料电池能够被更方便且容易地把持，这是因为它的弯曲应力耐受性增强。而且，因为如果辅助外周支撑部件和/或外周支撑部件被形成为螺旋形状则能够以简单且容易的方式堵塞在辅助外周支撑部件和/或外周支撑部件之间的间隙，因此能够抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步向内侧流入。因此，利用该结构，能够更进一步地增强反应气体在这种管状燃料电池中的扩散。

在这种管状燃料电池中，中心支撑部件的轴向方向和辅助外周支撑部件的轴向方向可以交叉。而且，辅助外周支撑部件的轴向方向和外周支撑部件的轴向方向可以交叉。

术语“轴向方向”指的是被扭转的部件(线材)的轴线的方向。作为可以使得在径向方向上相互邻接的这种管状燃料电池的两个部件的轴向方向交叉的方式的实例，它们的每单位长度的扭转间距可以变化(例如，一个部件的扭转间距可被设为1，而另一个部件的扭转间距被设为2)，或者部件被扭转的方向可以变化(例如，一个部件可以沿着顺时针方向扭转，而另一个部件沿着逆时针方向扭转)等。

通过制作管状燃料电池使得在径向方向上相互邻接的两个部件的轴向方向交叉，能够以简单且容易的方式抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步朝向内侧流动。

根据本发明的另一方面，提供一种制造管状燃料电池的方法，其中：在由线材制成的中心支撑部件的外侧上缠绕由线材制成的辅助外周支撑部件；在已被缠绕在所述中心支撑部件的外侧上的所述辅助外周支撑部件的外侧上缠绕表面已经形成有催化剂层的外周支撑部件，并且通过在已被缠绕在所述辅助外周支撑部件的外侧上的所述外周支撑部件的外侧上涂敷熔化的或溶解的电解质成分来在所述外周支撑部件的外侧上形成电解质层。

根据本发明的上述方面，在中心支撑部件的外侧上缠绕辅助外周支撑部件之后，在辅助外周支撑部件的外侧上进一步缠绕已经预先形成有催化剂层的外周支撑部件，因此，在制造期间，能够防止催化剂层的成分(例如溶解或熔化状态的催化剂层成分)流入用于反应气体的通过的空间中。进而，因为在已经在中心支撑部件的外侧上缠绕辅助外周支撑部件和外周支撑部件之后涂敷已熔化或溶解的电解质成分，因此，能够抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步向内侧流入。因此，能够提供一种增强反应气体扩散的用于管状燃料电池的制造方法，因为能够确保用于反应气体的通过的空间。

这里，术语“缠绕”是如下概念，它不仅包括一种部件(辅助外周支撑部件或已经形成有催化剂层的外周支撑部件；以下同样)绕另一种部件(中心支撑部件或中心支撑部件和辅助外周支撑部件；以下同样)的缠绕，而且还包括定位多个一种部件从而它们接触另一种部件的外周表面，或者扭转多个所述一种部件从而在中心处留出空间，并且将另一种部件插入该空间，从而该一种部件接触该另一种部件。作为可以制作中心支撑部件的材料的实例，可以采用能够被用作用于制造管状PEFC的内部集电器的材料的材料，例如Cu、Au、Pt、Al、Ti等。而且，制作辅助外周支撑部件和外周支撑部件的材料可以与用于中心支撑部件的上述材料相同。中心支撑部件、辅助外周支撑部件和外周支撑部件需被赋予能够经受燃料电池的运行环境的足够耐腐蚀性；并且，特别地，期望中心支撑部件和辅助外周支撑部件由具有优良导电性的材料制成。如果中心支撑部件、辅助外周支撑部件和/或外周支撑部件由Cu制成，则为了将它们制成被赋予上述耐腐蚀性的部件，它们的表面可以用具有高耐腐蚀性的材料(例如，Ti、Au、Pt等)覆盖。进而，可通过使用通常用于管状PEFC中的材料制造根据本发明的电解质层和催化剂层。

在制造管状燃料电池的这种方法中，辅助外周支撑部件的直径可以比外周支撑部件的直径小。

因此，在制造期间，能够以简单且容易的方式抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步朝向内侧流动。因此，在以这种方式制造的这种管状燃料电池中，能够简单且容易地增强反应气体的扩散。

在制造管状燃料电池的这种方法中，辅助外周支撑部件可被缠绕成使得所述辅助外周支撑部件的轴向方向和所述中心支撑部件的轴向方向交叉。

因此，在制造期间，能够以简单且容易的方式抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步朝向内侧流入。

作为一种用于缠绕辅助外周支撑部件使得它们与中心支撑部件的轴向方向交叉的方法，例如，如果中心支撑部件不被扭转，则还可接受的是布置为在将它们扭转时在辅助外周支撑部件上缠绕。进而，如果中心支撑部件被扭转，则还可接受的是布置为：采用将辅助外周支撑部件以与中心支撑部件的扭转间距不同的间距扭转的结构，或者采用将辅助外周支撑部件以与中心支撑部件的扭转方向(例如，顺时针方向)不同的方向(例如，逆时针方向)扭转的结构等。

在制造管状燃料电池的这种方法中，外周支撑部件可被缠绕成使得外周支撑部件的轴向方向和辅助外周支撑部件的轴向方向交叉。

作为缠绕外周支撑部件使得它们与辅助外周支撑部件的轴向方向交叉的方法的一个具体实例，可以采用如上参考用于缠绕辅助外周支撑部件从而与中心支撑部件的轴向方向交叉的方法相同的方法，其中用辅助外周支撑部件替代中心支撑部件，并且用外周支撑部件替代辅助外周支撑部件。

附图说明

从下面参考附图对优选实施例的说明可以清楚本发明前面的和其它的目的、特征与优点，在附图中相似的数字被用于代表相似的元件并且其中：

图1是概略地示出本发明管状燃料电池的一个实施例的截面视图；

图2是示出本发明管状燃料电池的制造方法的一个实施例的示意图；和

图3是示出相关技术管状燃料电池的一个部分的放大截面视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，首先大体解释根据相关技术的管状燃料电池。图3是示出这种相关技术管状燃料电池的一个部分的放大截面视图。如该图所示，在该相关技术管状燃料电池90中，包括内部催化剂层94a、电解质层95和外部催化剂层94b的MEA96形成在其中形成反应气体流路97的内部集电器91的外侧上；并且外部集电器(未示于图中)被设置于该MEA96的外侧上。作为制造在这种管状燃料电池中的包括的MEA96的方法，例如，一种本质上已知的方法，该方法向内部集电器91的外侧涂敷和干燥已经溶解或熔化的催化剂层成分(例如墨水形式的物质，其中内部催化剂层94a的构成材料或者成分被溶解于溶剂中)，并且然后在已经涂敷和干燥已经溶解或熔化的电解质成分(例如墨水形式的物质，其中电解质层95的构成材料或者成分被溶解于溶剂中)之后，涂敷和干燥已经溶解或熔化的催化剂层成分(例如墨水形式的物质，其中外部催化剂层94b的构成材料或者成分被溶解于溶剂中)。利用该过程，当在内部集电器91的外侧上形成MEA96时，上述催化剂层成分和/或电解质成分流入在内部集电器91上形成的反应气体流路97中，从而这些反应气体流路97的一些部分或者整体被堵塞，并且由此降低反应气体的扩散，从而降低这种管状燃料电池的性能。为了增强燃料电池的性能，有必要增强反应气体的扩散，并且，为此，期望提供一种管状燃料电池，其中催化剂层成分和/或电解质成分并不流入反应气体流路97中。

因此，根据在下面解释的本发明的实施例，通过确保用于反应气体扩散的足够空间，提供一种由此增强反应气体扩散的管状燃料电池及其制造方法。

现在将参考附图具体解释根据本发明的管状燃料电池及其制造方法的实施例。应该理解，在下面的解释中，更加靠近管状燃料电池的轴向中心的部分将被称为“内侧”，而更加远离那里的部分将被称作“外侧”；并且比电解质层更加向内的部分被称作“内部”，而更加向外的部分被称作“外部”。进而，在图1中，中心支撑部件、辅助外周支撑部件和外周支撑部件以预定间距扭转，并且，如果中心支撑部件被扭转的间距被称作X，辅助外周支撑部件被扭转的间距被称作Y，并且外周支撑部件被扭转的间距被称作Z，则X≠Y并且Y≠Z。而且，辅助外周支撑部件的直径(R1)比外周支撑部件的直径(R2)小。

图1是概略地示出本发明管状燃料电池的该实施例的截面视图，并且以放大视图示出管状燃料电池的一个部分。如该图所示，该实施例的管状燃料电池10包括由多个线材制成并且用作内部集电器的中心支撑部件，以及在其外侧上形成的电解质层5；并且在它们之间，从内侧向外，布置由多个线材制成的辅助外周支撑部件2的层，以及由多个线材制成的外周支撑部件3的层。在该管状燃料电池10中，通过在铜线表面上涂布Ti制成中心支撑部件1、辅助外周支撑部件2，以及外周支撑部件3。另外，中心支撑部件1的表面被制作成是亲水的(在下面称为亲水处理)，并且辅助外周支撑部件2的表面被制作成是拒水的(在下面称为拒水处理)。辅助外周支撑部件2缠绕中心支撑部件1，并且外周支撑部件3缠绕中心支撑部件1和辅助外周支撑部件2，其中内侧催化剂层4a在它们的外周表面上形成。并且进一步在内侧催化剂层4a的外侧上形成的电解质层5的外侧上形成外侧催化剂层4b，其中外部集电器(未示于图中)被设于该外侧催化剂层4b的外侧上。以此方式，利用该实施例的管状燃料电池10，通过形成其中在自身设置于中心支撑部件1的外侧上的辅助外周支撑部件2和外周支撑部件3的外侧上进一步形成电解质层5的状态，因此，在制造该管状燃料电池10期间，可防止已经熔化或溶解的电解质成分比辅助外周支撑部件2进一步向内流动。因为不存在已经熔化或溶解的电解质成分比辅助外周支撑部件2进一步向内的这种流动，因此，能够防止在辅助外周支撑部件2的内侧处存在的间隙7被堵塞。因此反应气体(含氢的气体或者含氧的气体)扩散到这些间隙7中，从而增强这种管状燃料电池10的气体扩散。

如图所示，根据该实施例的中心支撑部件1由多个线材制成。如果中心支撑部件1以此方式由多个线材制成，则可以容易地和简单地形成在线材之间的间隙7，并且也可简单地和容易地形成在中心支撑部件1和辅助外周支撑部件2之间的间隙7；并且因此，能够保证用于反应气体的扩散路径。换言之，根据这种结构类型，在这种管状燃料电池10中的反应气体的扩散可被增强。

利用如图所示的管状燃料电池10，如果中心支撑部件1被形成为螺旋形状，则该管状燃料电池10的抗弯曲应力性增强。另外，如果辅助外周支撑部件2和外周支撑部件3形成为螺旋形状，则能够简单地和容易地堵塞在辅助外周支撑部件2之间以及在外周支撑部件3之间的间隙。如果这些间隙以此方式被堵塞，则能够防止被涂敷到外周支撑部件3的外侧(更加具体地，到内侧催化剂层4a的外侧)并且熔化或溶解的电解质成分比辅助外周支撑部件2更加地向内侧移动，并且因此，能够避免电解质成分阻塞用于反应气体的通过的间隙7。

进而，利用这种管状燃料电池10，中心支撑部件1被扭转的间距X，辅助外周支撑部件2被扭转的间距Y，以及外周支撑部件3被扭转的间距Z被设定为使得X≠Y并且Y≠Z。当在内侧催化剂层4a的外侧上形成电解质层5时，为了防止上述间隙7被熔化或溶解的电解质成分堵塞，必须至少利用辅助外周支撑部件2截断这种电解质成分的移动。为了截断电解质成分的移动，有效的是减小电解质成分可通过其到达辅助外周支撑部件2的间隙；并且，为了减小这些间隙，有效的是使得辅助外周支撑部件2的轴向方向与外周支撑部件3的轴向方向相互交叉。因此，利用上述结构，电解质成分的移动被截断，从而保证存在用于反应气体流动的间隙7。

进而，如图所示，在该实施例中辅助外周支撑部件2的直径比外周支撑部件3的直径小。即使辅助外周支撑部件2的直径与外周支撑部件3的直径相同，也能够截断电解质成分的移动。然而，如果这些直径如在该实施例中那样，如图所示，则能够进一步减小在辅助外周支撑部件2之间的间隙。因此，由于辅助外周支撑部件2，能够高效率地截断电解质成分的移动。

图2是示出根据本发明实施例的管状燃料电池的制造方法的一个实例的示意图；在该图中，概略地示出在该管状燃料电池中包括的结构部件的截面。在图2中，对于具有与示于图1中的管状燃料电池相同的结构的区域和部件，添加如用于图1中的相同的标记符号，并且适当地简化其解释。进而，在图2中，假设中心支撑部件、辅助外周支撑部件以及外周支撑部件以预定间距扭转，并且，如果中心支撑部件的扭转间距被取作X，辅助外周支撑部件的扭转间距被取作Y，且外周支撑部件的扭转间距被取作Z，则X≠Y并且Y≠Z。而且，辅助外周支撑部件的直径(R1)比外周支撑部件的直径(R2)小。另外，在中心支撑部件的外周表面上执行亲水过程，并且在辅助外周支撑部件的外周表面上执行拒水过程。在下面，将参考图2详细解释用于根据本发明实施例的管状燃料电池的该制造方法。

如图2所示，在用于根据该实施例的管状燃料电池的制造方法中，首先，通过一起地扭转多根铜线制造扭转的中心支撑部件(内部集电器)1，该多根铜线的表面以预定间距(X)利用钛(Ti)覆盖[过程#】。在这之后，包括其表面用Ti覆盖的多根铜线的辅助外周支撑部件2以螺旋形状在该中心支撑部件1的外侧上缠绕(过程#2：第一缠绕过程)。同时，通过在其表面用Ti覆盖的铜线的表面上涂敷并且干燥催化剂墨水(例如，墨水形式的物质，其中例如载铂碳等催化剂扩散到包含已经使用有机溶剂溶解的含氟离子交换树脂等的溶液中；并且在下面相同)，制造外周支撑部件3(在下面简称作“外周支撑部件3”)，在其表面上形成催化剂层4a(过程#3)。并且已经通过该过程#3获得的多个外周支撑部件3以螺旋形状被缠绕在已经通过过程#2缠绕的辅助外周支撑部件2的外侧上(过程#4：第二缠绕过程)。在通过在中心支撑部件1和辅助外周支撑部件2的外侧上以此方式缠绕外周支撑部件3而形成缠绕本体之后，通过在该缠绕本体的外侧上涂敷并且干燥电解质成分(例如，已经使用有机溶剂溶解的含氟离子交换树脂等)而在外周支撑部件3的外侧上形成电解质层5(过程#5：电解层形成过程)。在这之后，通过在已由过程#5制造的该电解质层5的外侧上涂敷并且干燥催化剂墨水而形成外侧催化剂层4b，从而在内部集电器的外侧上形成MEA6(过程#6)；并且，进而，能够通过执行使得外部集电器接触该外部催化剂层4b的外侧的过程等而制造根据本发明实施例的管状燃料电池10。

在根据本发明的过程#5中，作为向外周支撑部件3的外侧涂敷电解质成分的方法，存在各种可能的方法，例如将上述缠绕本体浸入含有上述被溶解的含氟离子交换树脂的容器中并且然后将其从中取出的方法，或者通过喷射等向上述缠绕本体的外周表面涂敷上述溶解的含氟离子交换树脂的方法。作为另一种可能，还可接受的是布置成通过在被加热的和熔化的状态中，向外周表面本体压出并且覆盖(挤出覆盖)上述含氟离子交换树脂而涂覆电解质成分。这里，对于这种挤出覆盖，还能够采用与在制造电线的过程中所使用的方法相同的方法。

应该理解虽然在图2的实施例中，示出其中辅助外周支撑部件2的直径比外周支撑部件3的直径小的情形，但是辅助外周支撑部件和外周支撑部件的结构并不限于这种结构。例如，即使辅助外周支撑部件的直径与外周支撑部件的直径相同，也仍然能够利用设于中心支撑部件外侧上的辅助外周支撑部件和外周支撑部件截断电解质成分的移动。

进而，虽然在上述实施例中，描述了一种结构，其中中心支撑部件1的扭转间距X与辅助外周支撑部件2的扭转间距Y满足X≠Y，以使得中心支撑部件1的轴向方向与辅助外周支撑部件2的轴向方向彼此交叉，但是本发明并不限于这种结构。然而期望使得X≠Y，这是因为，如果这样，则辅助外周支撑部件2的用于截断电解质成分的移动的任务变得简单并且容易，并且因此，能够确保用于反应气体的扩散路径。

另外，虽然在上述实施例中，描述了一种结构，其中辅助外周支撑部件2的扭转间距Y与外周支撑部件3的扭转间距Z满足Y≠Z，以使得辅助外周支撑部件2的轴向方向与外周支撑部件3的轴向方向彼此交叉，但是本发明并不限于这种结构。然而期望使得Y≠Z，这是因为，如果这样，则辅助外周支撑部件2的用于截断电解质成分的移动的任务变得简单并且容易，并且因此，能够确保用于反应气体的扩散路径。应该理解，如果X≠Y并且Y≠Z，则X＝Z是可以接受的，或者可替代地X≠Z是可以接受的。

而且虽然在关于用于管状燃料电池的制造方法的以上解释中，示出了一种情形，其中通过改变扭转间距，使得中心支撑部件1的轴向方向、辅助外周支撑部件2的轴向方向以及外周支撑部件3的轴向方向彼此交叉，但是本发明并不限于这种结构。例如还可接受的是，通过改变管状燃料电池的部件中的沿着径向方向彼此相邻的两个部件的扭转方向，以使得这两个部件的轴向方向彼此交叉：如通过例如与沿着顺时针方向扭转中心支撑部件一起，还沿着逆时针方向扭转辅助外周支撑部件，并且进而沿着顺时针方向扭转外周支撑部件。

进而，虽然在上述实施例中，示出了一种情形的实例，该情形中多个中心支撑部件1、多个辅助外周支撑部件2以及多个外周支撑部件3被扭转，但是本发明并不限于这种形式；可以接受的是，这三个部件中的一个或者更多部件不被扭转。然而，从增强抗弯曲应力等的弹性的观点，期望将多个中心支撑部件一起地扭转；并且，从容易地并且有效地截断电解质成分的移动等的观点，期望扭转多个辅助外周支撑部件和/或多个外周支撑部件。

另外，虽然在关于根据本发明实施例的管状燃料电池及其制造方法的以上的解释中，在中心支撑部件1上执行亲水处理，而在辅助外周支撑部件2上执行拒水处理，但是根据本发明的管状燃料电池并不限于这种特征；还可接受的是不执行这种拒水处理和亲水处理。然而，如果采用示于图1和2中的结构，则能够使得在管状燃料电池10运行期间形成的水分以水滴的状态存在于上述间隙7中，并且还能够通过利用流经间隙7的反应气体向外部排放这些水滴而抑制溢流的发生。应该理解，如果在中心支撑部件上执行亲水处理，则因为能够使得上述所产生的水分被中心支撑部件吸收，因此，能够进一步地抑制溢流。

至此，使用附图，已经解释了包括其横截面形状被形成为基本完全的圆的的中心支撑部件1、辅助外周支撑部件2以及外周支撑部件3的管状燃料电池，但是中心支撑部件、辅助外周支撑部件以及外周支撑部件的横截面形状不限于这种构形。中心支撑部件的横截面形状可为椭圆形或者星形(即，具有突起和凹进的形状)等，或者它们可如图3所示那样成形，其中形成反应气体流路。进而，根据本发明的辅助外周支撑部件和外周支撑部件能够以任何方式成形，只要它们能够截断电解质成分的移动；例如，还可接受的是，它们被成形为椭圆形、正方形、长方形、六边形等。

而且虽然在图1和2中，中心支撑部件1包括七个线材，但这并不对本发明构成限制；被包括于根据本发明的管状燃料电池中的中心支撑部件的数目可被设为大于或者等于一个的任何适当的数目。如果被包括于根据本发明的管状燃料电池中的中心支撑部件的数目为一个，则为了以简单且容易的方式保证用于反应气体的扩散路径，期望形成这样的中心支撑部件，例如在其外周表面上具有反应气体流路和/或在它的外周表面上存在凹部和凸部(突起和凹进)(例如，它的横截面形状为星形等)。即使中心支撑部件的数目为一个，如果采用其中辅助外周支撑部件和外周支撑部件被设于中心支撑部件和电解质层之间的形式，则能够提供一种其中反应气体的扩散被增强的管状燃料电池，这是因为能够抑制电解质成分比辅助外周支撑部件进一步向内移动。

更进一步，虽然在图1和2中，示出一个实例，其中由七个线材构成的所有的中心支撑部件1用作内部集电器，但是根据本发明的中心支撑部件并不限于这种特征。如果根据本发明的中心支撑部件具有示于附图中的形式，则期望在外侧催化剂层4b的外部上提供用于冷却介质流动的冷却路径，从而防止在管状燃料电池10运行期间温度过度升高等。相反，还可接受的是通过使得一些或者所有的中心支撑部件(例如，在示于图1中的中心支撑部件中，位于中心的中心支撑部件)成为管，并且通过使得冷却介质流经它们而赋予这些中心支撑部件用作冷却路径的另外功能。

更进一步，虽然在本发明的上述实施例中，披露了一种结构，其中设置多个辅助外周支撑部件和多个外周支撑部件，但是辅助外周支撑部件和外周支撑部件的数目并不限于示于图中的结构。基于对气体扩散和集电器效率等的总体考虑，如果所形成的结构能够截断电解质成分的移动，则可以接受的是提供任何适当数目的辅助外周支撑部件和外周支撑部件。

另外，虽然在图1和2中示出了一种结构，其中当中心支撑部件的直径被取作R3时，关系R3＞R2＞R1成立，进而，在能够以有效方式阻挡电解质成分移动的方面，期望还成立关系0.5×R3≥R1≥0.1×R3。

进而，虽然在以上的解释中，通过使得它们的扭转间距不同而使得沿着该管状燃料电池的径向方向彼此邻接的两个组件(部件)(中心支撑部件和辅助外周支撑部件，以及辅助外周支撑部件并且外周支撑部件)的轴向方向彼此交叉，但是使得这些轴向方向彼此交叉的方法不限于这种结构。例如，还能够通过使得位于内侧上的部件的扭转方向为顺时针方向，并且通过使得位于外侧上的部件的扭转方向为逆时针而使得上述轴向方向彼此交叉。而且虽然至此已经解释了其中中心支撑部件、辅助外周支撑部件以及外周支撑部件被扭转的结构，但是根据本发明的管状燃料电池不限于这种结构；还可接受的是这三个部件中的一个或者更多部件不被扭转。然而，从有效地截断电解质成分的移动的观点，期望扭转辅助外周支撑部件和外周支撑部件；并且，从增强抗弯曲应力的弹性的观点，期望一起地扭转中心支撑部件。

更进一步，虽然至此已经披露了其中中心支撑部件1、辅助外周支撑部件2以及外周支撑部件3由其表面覆盖有钛(Ti)的铜线制成的实例，但是本发明不限于此。如果结合于本发明管状燃料电池中的中心支撑部件、辅助外周支撑部件以及外周支撑部件被赋予足够的耐腐蚀性以经受管状燃料电池的运行环境，而且它们被赋予适当的导电性从而能够具有在管状燃料电池中要求的导电性能，则它们可由某些其它材料制成(例如Au或者Pt等)。

虽然已经参考其示例性实施例描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于该示例性实施例或者构造。相反，本发明旨在涵盖各种修改和等价布置。另外，虽然以示例性的各种组合和构形示出示例性实施例的各种元件，但是包括更多、更少或者仅仅一个元件的其它组合和构形也在本发明的精神和范围中。

Claims

1.一种管状燃料电池，设有由线材制成的中心支撑部件；在所述中心支撑部件的外侧上形成的电解质层；以及由线材制成且设置于所述中心支撑部件和所述电解质层之间的外周支撑部件，其特征在于：

在所述外周支撑部件的外周表面上形成催化剂层，其中所述催化剂层与所述电解质层接触；并且

辅助外周支撑部件设置于所述中心支撑部件和所述外周支撑部件之间，其中所述辅助外周支撑部件由线材制成。

2.根据权利要求1的管状燃料电池，其中所述辅助外周支撑部件的直径小于所述外周支撑部件的直径。

3.根据权利要求1或权利要求2的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件包括多个中心支撑部件。

4.根据权利要求1到3中任何一项的管状燃料电池，其中绕所述管状燃料电池的轴向方向以螺旋形状形成所述中心支撑部件、所述辅助外周支撑部件和所述外周支撑部件中的至少一个支撑部件。

5.根据权利要求4的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件的轴向方向和所述辅助外周支撑部件的轴向方向交叉。

6.根据权利要求4的管状燃料电池，其中所述辅助外周支撑部件的轴向方向和所述外周支撑部件的轴向方向交叉。

7.根据权利要求2的管状燃料电池，其中所述辅助外周支撑部件的直径等于或大于通过将所述外周支撑部件的直径乘以0.1而获得的值，且等于或小于通过将所述外周支撑部件的直径乘以0.5而获得的值。

8.根据权利要求1到7中任何一项的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件的横截面形状是大致圆形。

9.根据权利要求1到7中任何一项的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件的横截面形状包括突起和凹进。

10.根据权利要求5的管状燃料电池，其中用于扭转所述中心支撑部件的第一间距不同于用于扭转所述辅助外周支撑部件的第二间距。

11.根据权利要求6的管状燃料电池，其中用于扭转所述外周支撑部件的第一间距不同于用于扭转所述辅助外周支撑部件的第二间距。

12.根据权利要求5的管状燃料电池，其中在与扭转所述辅助外周支撑部件的方向不同的方向上扭转所述中心支撑部件。

13.根据权利要求6的管状燃料电池，其中在与扭转所述辅助外周支撑部件的方向不同的方向上扭转所述外周支撑部件。

14.根据权利要求4的管状燃料电池，其中所述辅助外周支撑部件包括扭转的多个辅助外周支撑部件，并且所述外周支撑部件包括扭转的多个外周支撑部件。

15.根据权利要求1到14中任何一项的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件的表面被制作成是亲水的。

16.根据权利要求1到15中任何一项的管状燃料电池，其中所述辅助外周支撑部件的表面被制作成是拒水的。

17.根据权利要求1到16中任何一项的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件包括管，并且冷却所述管状燃料电池的冷却介质流过所述管。

18.根据权利要求1到17中任何一项的管状燃料电池，其中所述中心支撑部件、所述辅助外周支撑部件和所述外周支撑部件由被钛涂布的铜制成。

19.根据权利要求1到18中任何一项的管状燃料电池，其中所述催化剂层包括分散在含氟离子交换树脂中的载铂碳，并且所述电解质层包括含氟离子交换树脂。

20.一种制造管状燃料电池的方法，包括：

在中心支撑部件的外侧上缠绕辅助外周支撑部件，所述辅助外周支撑部件和所述中心支撑部件中的每个支撑部件由线材制成；

在已被缠绕在所述中心支撑部件的外侧上的所述辅助外周支撑部件的外侧上缠绕由线材制成的外周支撑部件，在所述外周支撑部件的外周表面上形成催化剂层；和

通过在已被缠绕在所述辅助外周支撑部件的外侧上的所述外周支撑部件的外侧上涂敷熔化的或溶解的电解质成分来在所述外周支撑部件的外侧上形成电解质层。

21.根据权利要求20的制造管状燃料电池的方法，其中所述辅助外周支撑部件的直径小于所述外周支撑部件的直径。

22.根据权利要求20或权利要求21的制造管状燃料电池的方法，其中所述辅助外周支撑部件被缠绕成使得所述辅助外周支撑部件的轴向方向和所述中心支撑部件的轴向方向交叉。

23.根据权利要求20到22中任何一项的制造管状燃料电池的方法，其中所述外周支撑部件被缠绕成使得所述外周支撑部件的轴向方向和所述辅助外周支撑部件的轴向方向交叉。

24.一种管状燃料电池，包括：

中心支撑部件，所述中心支撑部件包括线材；

在至少一个中心支撑部件的外侧上形成的电解质层；

设置于所述中心支撑部件和所述电解质层之间的外周支撑部件，所述外周支撑部件包括线材；

在所述外周支撑部件的外周表面上形成的催化剂层，所述催化剂层与所述电解质层接触；和

设置于所述中心支撑部件和所述外周支撑部件之间的辅助外周支撑部件，所述辅助外周支撑部件包括线材。