CN103339292A

CN103339292A - 多层水分解装置

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Publication number: CN103339292A
Application number: CN2011800591627A
Authority: CN
Inventors: 格哈德·弗雷德里克·斯维格尔斯; 戴维·莱斯利·奥菲瑟; 戈登·乔治·瓦利亚塞
Original assignee: University of Wollongong
Current assignee: Akuhai Injection Co Ltd
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: RU2013131783A; US10428431B2; MX2013006459A; JP2014508213A; JP2017095804A; CA2819060A1; EP2649221A1; JP6377711B2; EP2649221A4; RU2602079C2; AU2017202551A1; EP2649221B1; BR112013016564A2; US20170200561A1; MX356022B; KR20130135885A; US20140048423A1; AU2011340809A1; US9708719B2; CN103339292B

Abstract

公开了水分解装置以及用于制造水分解装置或太阳能电池的方法。所述方法试图提供一种相对高容量低成本的批量生产的方法。在一个实例中，所述方法有助于同时共同组装一个或多个子单元以及两个或更多个聚合物薄膜或薄片，以便形成水分解装置。根据另一个方面，提供了一种改进的水分解装置。在一种实例形式中，提供了一种水分解装置，其包括用于从水中产生氧气的第一电极以及用于从水中产生氢气的第二电极。所述第一电极和所述第二电极位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间，并且至少一个间隔层位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间。

Description

多层水分解装置

技术领域

本发明大致涉及水分解装置，诸如，太阳能电池，并且在一个具体方面，涉及在制造水分解装置时的改进。

背景技术

与光相互作用的电气装置是众所周知的。实例包括发光二极管（其发射光）、太阳能电池模块（其捕获光并将光转换成电）、以及显示屏（其可改变其反射的光）。大部分这种装置将一种或另一种形式的玻璃用作关键的透明衬底材料。然而，由于玻璃通常易碎、较重、昂贵并且通常不太适合于进行高容量低成本的批量生产，所以这通常具有问题。为此，人们在这种装置中使用更便宜的透明聚合物材料代替玻璃的兴趣越来越浓。理想地，这与装置本身简单廉价的制造技术相结合，比如，利用商业印刷工艺。

在这方面，一个问题是将透明的聚合物衬底整合到柔性电气装置的制造中。已经试用并且正在使用几种方法。常见的一种方法（由EP0348229中所公开的柔性触摸屏例证）是使用透明的聚合物薄片，该薄片已经在一侧上涂有透明的导电层。薄片用作该装置的其余部分置于其上的透明电极，通常用作多层结构。

另一种方法（由DE19846160中所描述的光伏装置例证）是在非透明的柔性聚合物薄膜上制造该装置，并且然后在装置上涂覆透明聚合物薄膜，从而防止蒸气、氧气或灰尘进入该装置。

虽然上述那些技术在技术上较为成功，但是这些技术通常不能进行高容量低成本的批量生产制造，尤其在与光相互作用的装置方面。然而，制造这种装置的成本可能是被社会实际接纳的关键因素。实际上，在很多情况下，仅仅制造这种装置的成本和复杂性就会终止其一般用途和应用。

目前以柔性低档格式制造了各种电气装置。这包括使用柔性聚合物基底或封装元件的电池、电容器以及超级电容器。例如，JP7037559、JP11086807、EP0499005、KR20010029825、JP3034519、以及US5650243描述了通过将这种装置层压在两个或更多个聚合物薄膜之间而制造的电池、电容器以及超级电容器。与光调制装置相比，电池、电容器以及超级电容器通常具有远远更低的制造要求，这是因为它们在柔性聚合物元件中不需要具有光学透明性，并且它们的层状设置通常在更大程度上容许层厚度发生微小的变化。光调制装置对这种变化非常敏感，这种变化通常完全破坏其效用。为了防止蒸气、氧气或灰尘，或者为了使这种装置更坚固，因此主要包含上述电池、电容器以及超级电容器内的层压聚合物。

在相关的领域中，已经将氢气（H₂）视为未来理想的燃料。在存在氧气（O₂）的情况下进行燃烧时，氢气产生水（H₂O），作为唯一的废产物。因此，氢气提供了化石燃料的清洁无污染的替换物。

氢气增添了以下优点：在称为燃料电池的固态装置中，氢气可与氧气发生反应，该燃料电池将所产生的能量用作电流，而非热量或压力。与例如内燃机中所采用那种简单的燃烧相比，燃料电池提供更大的固有能量效率。一种方便的氢气源是将水太阳能分解成氢气（H₂）和氧气（O₂）。

利用阳光从水制成的氢气期望提供一种充足的可再生清洁能源。然而，不存在任何实用经济的装置或其制造方法来进行这种反应。因此，从未实现太阳能产生氢气的可能性。

需要改进的水分解装置和/或改进其制造的方法，这解决或至少改善了现有技术中固有的一个或多个问题。

在本说明书内引用任何现有出版物（或源自现有出版物的信息）或者引用任何已知材料，并非并且不应视为确认或承认或通过任何形式暗示，现有出版物（或源自现有出版物的信息）或已知材料构成本说明书所涉及的人们进行努力的领域中的公共常识部分。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种制造（即，制作）水分解装置或太阳能电池的方法。在一个特定的形式中，该方法提供了一种相对高容量低成本的批量生产的方法。

在一个示例性实施例中，该方法有助于同时共同组装一个或多个子单元和两个或更多个聚合物薄膜或薄片，以形成水分解装置。

根据另一个方面，提供了一种改进的水分解装置，诸如，水分解太阳能电池。

在一个实例形式中，提供了一种水分解装置，其包括用于从水中产生氧气的第一电极以及用于从水中产生氢气的第二电极。第一电极和第二电极位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间。至少一个间隔层位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间。

在各种其他实例中：两个或更多个间隔层位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间；所述至少一个间隔层或至少一个其他间隔层位于第一电极和第二电极之间；和/或第一外部聚合物层形成用于氧气的一个通道的至少一部分，并且第二外部聚合物层形成用于氢气的另一个通道的至少一部分。

在另外的其他实例中：第一外部聚合物层和第二外部聚合物层为具有肋条的挤压式双壁薄片的壁部；具有肋条的至少一个双壁薄片在内表面的至少一部分上具有金属涂层；金属为镍；至少一个双壁薄片的第一壁部为导电聚合物，并且至少一个双壁薄片的第二壁部为非导电透明聚合物；和/或第一电极位于第一双壁薄片内，并且第二电极位于第二双壁薄片内。

在一个实例形式中，提供了一种水分解装置，其包括水分解太阳能电池，该电池位于第一透气层和第二透气层之间，并且第一聚合物薄膜和第二聚合物薄膜连接在一起时，封装第一透气层和第二透气层。

在另一个实例形式中，提供了一种水分解装置，其包括一种水分解装置，包括：第一外部聚合物薄膜；第二外部聚合物薄膜；太阳能电池，其位于第一外部聚合物薄膜和第二外部聚合物薄膜之间；以及至少一个垫片，其位于第一外部聚合物薄膜和第二外部聚合物薄膜之间。

可选地，第一透气层位于第一外部聚合物薄膜和太阳能电池之间，并且第二透气层位于第二外部聚合物薄膜和太阳能电池之间。

在另一个实例形式中，提供了一种制造水分解装置的方法，作为单层压工艺，所述方法包括：将水分解太阳能电池至少部分放置在位于第一聚合物薄膜内的凹槽内；以及将第二聚合物薄膜固定到第一聚合物薄膜中，以便覆盖水分解太阳能电池。

根据又一方面，使用一组容易组装的坚固的子单元，制造水分解装置，在聚合物层压工艺的过程中，这些子单元然后在层状设置内相结合。优选地，虽然并非必然，但是至少一个凹槽位于专门设计成容纳所组装的子单元的一个或多个层压聚合物内。在一个特定的实例形式中，层压聚合物不仅用作坚固的封装装置，而且对于组装工艺本身而言，必不可少。在另一个特定的实例形式中，包括至少一个层压聚合物或者至少一个层压聚合物有助于操作该装置。

在一个实例形式中，提供了一种制造水分解装置的方法，该方法包括：将水分解单元至少部分放置在位于第一聚合物薄膜内的凹槽内；以及将光学上透明的聚合物薄膜固定到第一聚合物薄膜中，以便覆盖水分解单元。

在另一个实例形式中，提供了一种水分解装置，其包括：水分解单元，其至少部分位于凹槽内，所述凹槽位于第一聚合物薄膜内；以及光学上透明的聚合物薄膜，其固定到第一聚合物薄膜中，以便覆盖所述水分解单元。

在一个特定的实例中，在单层压工艺中形成该装置。

在另一个示例性实施例中，提供了一种用于制造（即，制作）水分解装置的方法，所述方法以下步骤：将水分解单元（其可包括已经预先层压的多个子单元）和位于水分解单元的顶部的第一聚合物薄膜以及位于水分解单元的底部的第二聚合物薄膜同时组装在一起。

在另一个示例性实施例中，提供了一种用于产生水分解装置的方法，所述方法包括：在双壁薄片的内表面的至少一部分上沉积一层金属；使双壁薄片和至少一个其他双壁薄片相结合，以便在水分解装置中提供电极。

在另一个示例性实施例中，提供了一种用于制造（即，制作）水分解装置的高容量低成本的批量生产方法，所述方法包括同时共同组装：

（1）一个或多个不同的子单元，当以层状布置组装时，这些子单元附加地包括水分解单元；以及

（2）两个或更多个聚合物薄膜或薄片，其中：

（i）至少一个聚合物薄膜或在光学上透明的薄片，并且

（ii）至少一个聚合物薄膜或薄片压印（即，刻印）有至少一个凹槽，一个或多个子单元至少部分地装配在该凹槽内；

其中，一个聚合物薄膜或薄片层压或放置在该单元的顶部，并且另一个聚合物薄膜或薄片层压或放置在该单元的底部。

在另一个示例性实施例中，提供了一种水分解装置，其包括：

（1）一个或多个不同的子单元，其组装在层状设置内，以便形成水分解单元；以及

（2）两个或更多个聚合物薄膜或薄片，其中：

（i）至少一个聚合物薄膜或薄片在光学上透明，并且

应注意的是，引用压印（即，刻印），以便提供至少一个凹槽，也应视为提供至少一个凹口、凹陷、腔体等等的引用。

在一个特定的实例中，一个或多个子单元可为电极，通过该电极，可从水分解装置中获得电流或者可将电流输入水分解装置中。

优选地但并非排外地，聚合物薄膜具有弹性或者半刚性。

优选地但并非排外地，可单独地优化、制备并且制造要共同组装的子单元，以便适合于水分解装置内。优选地但并非排外地，共同组装的子单元可定制成容易容纳在外壳内，该外壳由聚合物层压板内的一个或多个凹槽提供。

优选地但并非排外地，共同组装的子单元可包括一个或多个“垫片”（即，间隔元件或“间隔层”），这些垫片在已经或即将分层的其他子单元或元件之间保持适当的距离。这种垫片（比如，形成间隔层）的实例包括但不限于肋条、压印结构、珠子、球体等等。在甚至更具体的但并非限制性的实例中，垫片可为Cellgard PP或PE分离器薄膜（Celgard LLC）、由3M制造的那种玻璃泡（3M^TM玻璃泡iM30K）、或挤压式双壁薄片的内部肋条或波纹。

优选地但并非排外地，在高速连续的卷筒工艺内，可组装子单元和聚合物薄膜或薄片。

优选地但并非排外地，共同组装的子单元内的电极层可具有单独的电连接装置，其可包括在聚合物层压板和外面之间传送的导线或调整片。

根据各种实例方面：水分解单元包括两个或更多个子单元，并且至少部分形成为单层压工艺或先前的层压工艺的一部分；子单元为层状薄膜；至少一个子单元为电极；和/或至少一个子单元为间隔层或垫片。

根据一个实例应用，提供了一种水分解单元，在通过太阳光照明时和/或在应用一种合适的电压时，其从水中产生氢气和氧气。

水分解太阳能电池优选地但并非排外地包括共同层压多个透明的聚合物阻挡膜和夹入水分解单元的透气（但是不透水）薄膜，在一个示例性实施例中，已经共同组装该水分解单元。

水分解太阳能电池优选地但并非排外地包括背面接触式太阳能电池。

在一个实例形式中，背面接触式染料敏化太阳能电池优选地但并非排外地包括共同层压夹入多层联合组件的两个透明聚合物薄膜。多层联合组件优选地包括但不限于将以下物品共同组装到多层结构内，在该多层结构内，电极彼此不接触：

（I）多孔薄钛箔电极，已经在该电极上沉积和烧结一层TiO₂，随后，一种合适的捕光染料（比如但不限于3（2,2'-联吡啶）钌（II）高氯酸盐）已经吸入TiO₂层内，

（II）垫片，其可包括Cellgard PP或PE分离器薄膜（Celgard LLC）或由3M制造的那种玻璃泡（3M^TM玻璃泡iM30K），以及

（III）薄钛箔反电极。

整个组件优选地但并非排外地层压在三个侧边上，并且然后倒填充有包含I^-/I₃ ^-耦合的合适的溶剂，在染料敏化太阳能电池内需要这种溶剂。该溶剂可为但不限于乙腈、戊二腈、甲氧基丙睛、或戊腈。用于层压板内的聚合物薄片可为但不限于Du Pont（杜邦公司）的Sirlyn、聚碳酸酯和/或聚酯。

然而，在用于水分解太阳能电池内的实例形式中，通过涂有包含立方烷水氧化催化剂的一层聚合物全氟磺酸，已经进一步地精心制作在上面（I）内所描述的工作电极。在题为“Water Oxidation Catalyst（水氧化催化剂）”的国际专利公开号WO2008/116254-A1中描述了一个实例工艺，该案并入本文中，以作交叉引用。

或者，在上面（I）内所描述的工作电极可使用在AngewandteChemie国际版（2008）第47卷第7335页（题为“Sustained Water OxidationPhotocatalysis...”）或美国化学学会会刊（2010）第132卷第2892页（题为“Solar Driven Water Oxidation...”）上刊登的期刊论文内使用的方法、催化剂以及染料，这两个期刊论文并均并入本文中，以作交叉引用。如有必要，可将外部电压施加到该组件的两个电极中。该组件内的反电极优选地但并非排外地包括上面（III）的电极或相似的导电表面，其涂有导电聚合物复合材料，例如，在Advanced Materials（2010）第22（15）卷第1727页（题为“Conducting Polymer Composite Materials for HydrogenGeneration”）上刊登的期刊论文内所描述的那种类型，该期刊论文并入本文中，以作交叉引用。

附图说明

现在仅仅借助非限制性实例并且参照附图来描述本发明的实施例，附图中：

图1为示出嵌入式元件可压印或刻印到聚合物薄片或薄膜内的方式的示意图；

图2为示出一个示例性实施例的共同元件和通用方法的示意图；

图3为电致变色装置（electrochromic device）的示意图；

图4为背面接触式染料敏化太阳能电池的示意图；

图5包括三个示意图（a）-（c），这些示意图示出了用于组装固态染料敏化太阳能电池的方法。图5（a）示出了在组装电池之前工作电极的制备。图5（b）示出了在组装之前反电极的制备。图5（c）示出了组装各个子单元的方式，以便在层压工艺中形成最终的固态染料敏化太阳能电池；

图6示出了两个示意图，其示出了：（a）（图4中所示类型的）背面接触式太阳能电池中的工作电极的改进，以便包含能够将水氧化成双氧O₂的催化剂，以及（b）这种电池中的反电极的改进，以便包含能够将水还原成二氢H₂的催化剂；

图7为示出用于制造水分解的染料敏化太阳能电池的实例方法的示意图；

图8为可使用的电触头的几个实例的示意图；

图9为可用于在电池内移动液体或气体的微流体管道的几个实例的示意图；

图10提供了在通过化学镀镍进行涂覆之前和之后的一个实例波纹状（即，双壁）塑料薄片的示意图；

图11为包括镀镍的双壁薄片结构的电解模块的示意图；

图12为可制造密封的聚合物电解器的一个实例工艺的示意图；

图13为聚合物电解器的一部分的可选实例的示意图；以及

图14示意性描述了任何制造用于太阳能驱动的或太阳能辅助的水电解中的包括透明壁的双壁型单元。

具体实施方式

描述仅仅通过实例提供的以下模式，以便更准确地理解一个或多个优选实施例的主题。在图中，在阐述示例性实施例的特征时所包含的相似参考数字用于表示所有图中相似的部件。

实例1：通用实施方法

图1示出了一种通用方法，通过该方法，合适的凹槽可压印或刻印到聚合物薄膜内。如120中所示，聚合物薄膜110在包含合适的表面凹凸结构或突出部分的压花辊之间穿过，从而在高压下并且可能在高温下在压印或刻印的聚合物薄膜130上提供至少一个凹槽132、凹口、凹陷、腔体等。对于特定的应用而言，必要时，可在聚合物薄膜130中提供多个凹槽。应注意的是，凹槽的特定几何形状或剖面可变化，仅仅通过实例阐述凹槽132的特定剖面。

在凹槽的一部分内可提供特征或者这些特征可作为凹槽的一部分，例如，在压印或刻印工艺中形成。这种特征可包括支柱、井、其他的凹槽、壁部、突出部分和/或凸出物等。这些特征可用于协助将单元或子单元保持、保留或放置在凹槽中。

图2示意性示出了一个示例性实施例的通用方法。通过在层压辊之间穿过的同时共同层压以下物品和子单元，以便形成层压板170：

（1）（层1）：透明聚合物层110，其（可选地）不包含任何凹槽，因此具有横截面剖面（profile）111；

（2）（层2）：薄电极140，其具有横截面剖面141，可包括但不限于：

a.金属箔，诸如，Ti、Pt、Al、或Au箔；或者

b.印刷导电层，诸如，由NorCote公司（美国）制造的导电的、透明或不透明的ELG类油墨；或者

c.沉积的金属导电层，诸如，Al、Pt、或Au层；或者

d.沉积的透明导电层，诸如，铟锡氧化物层（ITO）；或者

e.印刷或沉积的导电层，诸如，导电聚合物层；

（3）（层3）：间隔层或垫片150，其用于分离电极140和160，从而防止短路。这种垫片的实例包括但不限于肋条、压印结构、珠子、球体等。在甚至更具体的但非限制性的实例中，垫片可为Cellgard PP或PE分离器薄膜（Celgard LLC）或由3M制造的那种玻璃泡（3M^TM玻璃泡iM30K）；

（4）（层4）：薄反电极160，其具有横截面剖面161，可包括但不限于在以上（2）a-e中所描述的任何相同的材料；

（5）（层5）：聚合物薄膜130，已经压印或刻印该聚合物薄膜，以便具有至少一个凹槽；聚合物薄膜130具有示例性横截面剖面131，以上（2）-（4）中的电极和垫片可容纳在该横截面剖面内。

因此，提供了一种制造光调制电气装置的方法，诸如，水分解装置。作为单层压工艺，该方法包括将光调制电气单元（例如，由作为薄电极140、间隔层150、薄反电极160的子单元形成）至少部分地放置在设置于聚合物薄膜130（即，第一聚合物薄膜）中的凹槽内。作为单层压工艺的一部分，将透明聚合物薄膜110（即，光学上透明的聚合物薄膜）固定于聚合物薄膜130，以便覆盖光调制电气单元。

图2的右上角的细节示出了将这些层中的每个层组合成单层压装置或产品的物理方法。每层通常连续地脱离其自身的辊子，并且组合（即，层压）成单个层压板170。层压或固定层的方法可包括任何已知的方法，包括：（i）将上部和下部聚合物薄片有效地熔入彼此之内（即，通过应用热辊层压技术），或（ii）将上部和下部聚合物薄片有效地粘合到彼此中（即，通过应用和介入一种合适的粘合剂；可通过压力、热、光或任何其他合适的方法激活该粘合剂）。在粘合剂用于进行层压的情况下，要理解的是，在本文中所提供的这个实例以及其他实例中所描述的所有技术通常适合于在层压过程中所涉及的相关聚合物薄膜和子单元之间包含粘合剂涂层。

在层压工艺之后，最终薄膜具有示例性横截面剖面180。通过实例说明，最终薄膜的横截面剖面180包括上部透明层111的横截面剖面，在嵌入式横截面剖面131中，通过间隔层150与下部电极161分离的上部电极141位于上部透明层的下面。一个电极为光调制装置的工作电极，另一个电极为光调制装置的反电极。

可选地，包含电极140、间隔层150、以及反电极160的嵌入式腔室可包含液体电解质，在层压工艺之前、在层压工艺的过程中或者在层压工艺之时，该液体电解质被引入由或至少部分由凹槽形成的腔室内，或者被引入凹槽自身内。

在各种实例中，透明薄膜和压印（即，刻印）薄膜的顺序可改变，例如，压印薄膜可定位成上部层，而透明薄膜可定位成下部层。而且，任一个或这两个薄膜可压印，以便均提供至少一个凹槽。因此，光调制电气单元（诸如，水分解电池）也可至少部分地装配到设置在透明聚合物薄膜中的另一个凹槽内，从而这两层具有容纳电气单元的凹槽。而且，这两个薄膜可以是透明的。

虽然密封在聚合物层压板内，但是由于在层压板内存在延伸到外面的电气连接装置，所以上部和下部电极140和160通常设置成与外部电路电连接。

可选地，嵌入式腔室可具有定制的剖面，以便包含内置式间隔元件，从而防止一个或多个上部或下部电极粘附在层压的聚合物薄膜上，从而允许液体电解质移动到那个电极。

实例2：电致变色装置的制造

这个实例描述了一种制造电致变色装置的改进方法，例如，在题为“Charge Conducting Medium（充电导电介质）”的国际公开号WO2007002989中所描述的那种方法，该案通过引用并入本文中。

图3描述了制造电致变色装置的方法。PVDF薄膜1911在任一侧上涂有导电层，诸如，Ag、Pt或ITO。上部导电层1913为工作电极，而下部导电层1914为反电极。上部导电层1913（工作电极）然后在顶侧上叠印（over-print）有导电聚合物层1912，其可为PPy、PEDOT或PANI。下部导电层1914（反电极）叠印有不同的导电聚合物1915，诸如，PEDOT。所产生的子组件在图3中表示为190。子组件190与具有横截面剖面111的透明聚合物薄膜110以及具有横截面剖面131的压印聚合物薄膜130共同组装并且受到层压，以便产生层压板170。所产生的薄膜200具有所示的示例性横截面结构。薄膜200包括透明上部聚合物薄膜111，该薄膜夹有具有横截面剖面131的下部嵌入式聚合物薄膜，其中，该凹槽包含PVDF薄膜1911，该薄膜夹有上部工作电极1913和下部反电极1914，导电聚合物层1912沉积在上部工作电极上，第二导电聚合物1915沉积在下部反电极上。通过使用和具有各种连接器，上部和下部电极能够连接至外部电路。

在电极上施加适度的电压（例如，1-2V）时，根据以下方面，导电聚合物改变颜色：

PPy：黄变蓝，或反之；

PEDOT：蓝变天蓝，或反之；

PANI：蓝变绿，或反之。

实例3：背面接触式染料敏化太阳能电池的制造

图4中的顶部顺序描述了预处理背面接触式染料敏化太阳能电池中的工作电极的方法。图4中的下部示意图描述了组装背面接触式染料敏化太阳能电池的过程。

参看图4中的顶部顺序：

如步骤214中所示，将具有横截面211的多孔薄钛箔140浸涂或印制TiO₂层。然后，在步骤215中，通过加热而烧结涂覆箔上的TiO₂。在烧结之后，箔具有横截面剖面211，涂有TiO₂层212。然后，在步骤216中，将箔卷起，垫片放置在连续的层之间，从而产生卷起但分离的箔217。在步骤219中，将这个分离的箔217放置在包含一种合适的染料溶液（诸如，钌（II）3（2,2'-联吡啶）高氯酸盐）的容器218内，并且允许这个分离的箔浸泡。在浸泡一段时间之后，例如24个小时，TiO₂层已经吸收了大量的染料。然后，从容器218中去除箔217，清洗、干燥并且展开箔，以便提供具有横截面结构191的工作电极210，包括涂有TiO₂层212的钛箔211，该TiO₂层上吸收有一层染料213。

参看图4中的下部示意图：

然后，以下5层联合组件按照下面所提供的顺序（从上到下）形成并且如图4中所示进行层压：

（层1）：上部透明聚合物薄片110，其具有横截面结构111，

（层2）：上部工作电极210，其具有横截面剖面191（包含钛箔211，其涂有在其上已经吸收一层染料213的烧结的TiO₂212），

（层3）：间隔层150，

（层4）：下部反电极220，其包括具有横截面221的纯净的钛箔，

（层5）：下部压印的聚合物薄膜，其包含具有横截面剖面131的凹槽。

层压以上联合组件，以便形成层压板170，同时包括包含所需要的I^-/I₃ ^-耦联的液体电解质，从而产生具有横截面设置230的聚合物薄膜，即：

上部透明聚合物薄膜111，其夹有下部聚合物薄膜131，该下部聚合物薄膜包含压印凹槽，背面接触式太阳能电池装配在该凹槽内。所组装的背面接触式太阳能电池具有以下结构：

上部电极211，TiO₂层212已经涂覆在其上，该TiO₂层本身已经涂有一种合适的染料213；

垫片150，用于分离电极并且防止短路；

下部电极211，其用作反电极；

液体电解质，其位于压印凹槽内部并且位于间隔元件和电极周围。

在通过阳光进行照明时，层压的背面接触式太阳能电池在这两个电极之间产生电压。由于阳光对背面接触式太阳能电池的影响，所以通过连接元件与这两个电极连接的外部电路产生电流。

太阳能电池的层压聚合物结构能够进行高容量低成本的批量生产。层压的聚合物层保护太阳能电池并且延长其寿命。

层压的聚合物薄膜可为例如Du Pont（杜邦公司）的Sirlyn、聚碳酸酯或聚酯。电解质中的液体可为例如乙腈、戊二腈、甲氧基丙睛或戊腈。

层压工艺可包括首先层压该装置的三个侧边，然后引入液体电解质，随后层压第四侧。可选地，在层压之前，可将液体电解质直接引入嵌入式腔体内，以便将液体电解质限制在层压的聚合物薄膜内。

实例4：固态染料敏化太阳能电池的制造

这个实例描述了制造固态染料敏化太阳能电池的方法的改进，例如，在Langmuir（2010）第26（3）卷第1452页上刊登的题为“Flexible andCompressible Gortex-PEDOT Membrane Electrodes for Solid-StateDye-Sensitized Solar Cells（用于固态染料敏化太阳能电池的柔性可压缩Gortex-PEDOT薄膜电极）”的期刊论文中所描述的那种类型，该期刊论文以引用方式并入本文中。

图5（a）描述了在固态染料敏化太阳能电池的最终组装之前其工作电极子单元的制备。涂有透明导电层（诸如，铟锡氧化物（ITO））或NorCote生产的ELK系列的透明导电油墨的聚合物薄片240具有横截面剖面241。在步骤300中，该薄片浸涂或印有专门制定的TiO₂膏。然后，利用热或压力烧结所述膏，以便产生纳米微粒TiO₂涂层2412。然后，卷起所产生的具有横截面剖面242的薄片（在步骤310中），同时确保在卷动中每个连续的薄片之间具有较小的间隙。然后，将所产生的卷起的薄片320放入包含涂料溶液的鼓状容器330内，在容器中，首先通过吸收一种合适的捕光染料涂覆该薄片，然后电泳涂覆PEDOT层。步骤340示出了在进行这种处理的过程中在滚筒330内卷起的薄片320。完成步骤340之后，从滚筒中去除薄片，干燥并展开该薄片。所产生的薄片250现在具有横截面剖面243，其包括具有透明导电层2411的透镜聚合物薄片，该聚合物薄片首先在外面涂有烧结的TiO₂涂层2412，然后涂覆TiO₂染料PEDOT层2413。

图5（b）描述了在固态染料敏化太阳能电池的最终组装之前其反电极子单元的制备。基底衬底251例如为Gortex薄膜，其使用低功率等离子体聚合涂有大约10nm的聚（顺丁烯二酸酐）。所产生的等离子体处理的Gortex薄膜具有横截面剖面2511。然后，在步骤400中，对该薄膜溅射涂覆一层（大约40nm厚）金、钛或镍，以便减小薄层电阻。Gortex电极现在表示为252，并且具有横截面剖面2512。其包括初始的等离子体处理的薄膜2513，该薄膜过涂有一层金、钛或镍2514。在以下步骤410中，薄膜252的一侧经受PEDOT的气相聚合作用。Gortex薄膜253的最终形式具有横截面剖面2515，包括等离子体处理的Gortex基底2513，过涂有一层金、钛或镍2514，通过一层PEDOT2516过涂。

图5（c）示出了最终的固态染料敏化太阳能电池的组装。如下制造和层压4层联合组件（按照从上到下的顺序，如图5（c）中所示）：

（层1）：上部透明聚合物薄片110，其具有横截面结构111，

（层2）：上部反电极253，其具有横截面剖面2515（包含初始的等离子体处理的Gortex基底2513，过涂有一层金、钛或镍2514，其已经进一步过涂有一层PEDOT2516），

（层3）：下部工作电极250，其具有横截面剖面243，包括涂有透明导电层2411的透明聚合物基底，该透明导电层已经过涂有烧结的TiO₂2412，一层染料和PEDOT2413已经沉积在其上，

（层4）：下部压印的聚合物薄膜，其包含具有横截面剖面131的凹槽。

要注意的是，在组件的层2和3之间没有垫片。相反，这些层通过层压工艺在压缩一起。该工艺的主要优点在于Gortex可高度压缩，从而确保在层2和3之间进行良好的电接触。优选地，在完全为固态的组件内没有液体电解质。

最终的组件具有横截面剖面450。该组件包括上部聚合物薄片111，其层压至下部聚合薄片131。固态染料敏化太阳能电池位于下部聚合物薄片内的凹槽内，其包括反电极（等离子体处理的Gortex2513，过涂有导电金属层2514以及一层PEDOT2516，压缩在工作电极上，该工作电极包括透明的导电薄片2411，过涂有烧结的TiO₂2412以及一层染料和PEDOT层2413）。

在通过太阳光进行照明时，层压的固态染料敏化太阳能电池在这两个电极之间产生电压。

太阳能电池的层压聚合物结构能够进行高容量低成本的批量生产。层压的聚合物层提供这两个电极所需要的压缩。层压的聚合物层也保护太阳能电池并且延长其寿命。

实例5：水分解太阳能电池的制造

这个实例描述了制造水分解太阳能电池的方法的改进，例如，在题为“Water Oxidation Catalyst（水氧化催化剂）”的国际公开号WO2008/116254-A1中所描述的那种类型，该案以引用方式并入本文中。这个实例也描述了用于产生氧气的方法的改进，在AngewandteChemie国际版（2008）第47卷第7335页（题为“Sustained Water OxidationPhotocatalysis...”）、美国化学学会会刊（2010）第132卷第2892页（题为“Solar Driven Water Oxidation...”）、以及新闻报导Chemistry andSustainability,Energy and Materials（2010）（题为“A Tandem Water-SplittingDevice Based on a Bio-Inspired Manganese Catalyst”）上刊登的期刊论文中。这个实例进一步描述了用于产生氢气的方法的改进，在Advanced Materials（2010）第22（15）卷第1727页（题为“Conducting Polymer CompositeMaterials for Hydrogen Generation”）上刊登的期刊论文中。

图6（a）描述了优选地用于子单元中的工艺，在水分解太阳能电池的组装之前，这些子单元可用于形成其产生氧气的工作电极。如工艺500中所示，具有横截面剖面191的涂覆的钛箔210叠印有DuPont聚合物全氟磺酸薄层510，在其内已经包含一种合适的水氧化催化剂。

如实例3中所述，具有横截面剖面191的涂覆的钛箔210包括多孔薄钛箔基底211，其已经涂有一层烧结的SiO₂212，已经在其上吸收一层合适的捕光染料213。在应用工艺500之后，现在涂覆的钛箔520具有横截面剖面530，其中，早期沉积的层212-213过涂有额外的一层全氟磺酸510，其包含一种合适的水氧化催化剂。合适的水分解催化剂及其相应的捕光染料及其包含在全氟磺酸内的方法的实例包括在AngewandteChemie国际版（2008）第47卷第7335页（题为“Sustained Water OxidationPhotocatalysis...”）上刊登的论文中所描述的仿生含氧锰簇以及在美国化学学会会刊（2010）第132卷第2892页（题为“Solar Driven WaterOxidation...”）上刊登的论文中所描述的催化剂和染料组合，这两篇论文均以引用方式并入本文中。可使用各种其他物理设置的工作电极。

图6（b）描述了优选地用于子单元中的工艺，在水分解太阳能电池的组装之前，这些子单元可用于形成其产生氢气的工作电极。具有横截面剖面211的纯净的薄钛箔220过涂有复合共聚物222，其包括PEDOT和PEG（聚乙二醇），例如，在Advanced Materials（2010）第22（15）卷第1727页（题为“Conducting Polymer Composite Materials for HydrogenGeneration”）上刊登的期刊论文中所描述的那种类型，该期刊论文以引用方式并入本文中。所产生的反电极224现在具有层状结构223，其包括覆盖钛箔221的一层PEDOT-PEG222。

图7描述了在单个太阳能水分解装置内水分解太阳能电池或单元的结合，其包括例如以上工作电极和反电极。在工艺170中层压具有11层的组件（图7），但具有其他数量的层也是可行的。在一个特定的实例中，该组件包括以下单独的层（从上向下按照顺序列出）：

（层1）：上部（即，第一）透明聚合物薄膜130，其包含压印或刻印的凹槽，如横截面剖面131中示出的，

（层2）：间隔层150，用于分离上部聚合物薄膜130和位于间隔层150下面的透气薄膜600，

（层3）：较薄的透气（氧气）但不透水的薄膜或层600，其具有横截面结构610，

（层4）：间隔层150，用于分离上部电极520和位于上部电极520之上的透气薄膜600，

（层5）：涂覆的钛箔工作电极520，已经如图6（a）中所述，制备该电极（即，其具有横截面剖面530，包含已经涂有烧结的TiO₂212的多孔薄钛箔基底211，已经在其上吸收一层染料213，然后，涂覆包含一种合适的水氧化催化剂的全氟磺酸层510）。在正确地进行操作时，工作电极520从水中产生氧气，

（层6）：间隔层150，用于分离工作电极520和反电极224并且防止发生短路，

（层7）：反电极224，其包括具有横截面221的纯净钛箔，该钛箔涂有PEDOT-PEG复合材料，如图6（b）中所示，在正确地进行操作时，反电极产生氢气，

（层8）：间隔层150，用于分离反电极224和位于反电极224之下的透气薄膜600，

（层9）：较薄的透气（氢气）但不透水的薄膜或层600，其具有横截面结构610，

（层10）：间隔层150，用于分离底部聚合物薄膜130和位于间隔层150之上的透气薄膜600，

（层11）：下部（即，第二）聚合物薄膜130，其包含压印或刻印的凹槽，如横截面剖面131中示出的。

层压上述联合组件，以便形成层压板170（图7），同时在中心微流体腔体720内包括的作为电解质水。优选地，导管包含在所产生的层压板的微流体管道内，这允许将连续流动的水送入水分解装置内。优选地，该装置内的水电解质保持在合适的压力下，以便在操作水分解装置的过程中，停止形成氧气（在工作电极处）和氢气（在反电极处）的气泡。虽然理想地防止形成气泡，然而，气体仍将连续地产生，并且这些气体使水电解质饱和，作为溶解的物质。

所形成的层压板170具有示例性横截面结构700，其包含三个不同的微流体腔体：

腔体720，在层压板的微流体管道内，通过一个合适的导管连续地（或可能定期地）将水作为电解质加入该腔体内。

腔体710，输送（通过薄膜610）并且运走在水分解的过程中在上部工作电极520处产生的氧气，优选地，导管包含在层压板的微流体管道内，这允许通过腔体710将连续流动的氧气从该装置中送出，从而收集所产生的氧气。（上部工作电极520包括层211、212、213以及510），

腔体730，输送（通过薄膜610）并且运走在水分解的过程中在下部反电极224处产生的氢气，优选地，导管包含在层压板的微流体管道内，这允许通过腔体730将连续流动的氢气从该装置中送出，从而收集所产生的氢气。（下部反电极224包括层221以及222）。

这样制造的该装置的横截面剖面700因此包括：

（i）上部透明的嵌入式聚合物薄膜131以及下部反向嵌入式聚合物薄膜131，它们夹有两个嵌入式透气薄膜，在这两个薄膜之间已经包含水分解太阳能电池，例如，水分解的背面接触式太阳能电池。合适的间隔层或垫片分离这些元件中的每个。这种间隔层或垫片的实例包括但不限于肋条、压印结构、珠子、球体等。在甚至更具体的但非限制性的实例中，垫片可为Cellgard PP或PE分离器薄膜（Celgard LLC）或由3M制造的那种玻璃泡（3M^TM玻璃泡iM30K）。所包含的水分解的背面接触式太阳能电池的横截面结构为（按照从上到下的顺序）：

上部间隔层，用于分离水分解的背面接触式太阳能电池和其余的元件，

上部工作电极520，在正确地进行操作的过程中，其从水电解质中产生氧气，工作电极520包括多孔钛箔211，其上已经涂有TiO₂层212，该层本身已经涂有一种合适的染料213并且然后涂有包含一种合适的水氧化催化剂的全氟磺酸层510，如图6（a）中所示，

间隔层150，用于分离水分解的背面接触式太阳能电池的工作和反电极并且防止发生短路，

下部反电极224，在正确地进行操作的过程中，其用作反电极并且从水电解质中产生氢气，电极224包括薄钛箔221，在其外面涂有PEDOT-PEG复合材料222，如图6（b）中所示，

下部间隔层，用于分离水分解的背面接触式太阳能电池和其余的元件。

（ii）液体电解质水，位于凹槽或腔体720内，在上面和下面由透气薄膜610包围。

应注意的是，上部（即，第一）和下部（即，第二）聚合物薄膜130可以是透明的。而且，根据另一个实例，上部（即，第一）或下部（即，第二）聚合物薄膜130中仅一个可具有凹槽，而另一个聚合物薄膜并非嵌入式。

实例6：电触头的类型

需要连接至层压板内部的电极的外部电连接装置。图8描述了合适的外部电触头的实例。图8中的上部示意图描述了在各种实例装置中可用于为外部电触头提供下部电极的插入件。图8中的中间示意图描述了在各种实例装置中可用于为外部电触头提供上部电极的插入件。可用作插入件的这些电极的部分表面区域可导电并且部分表面区域可绝缘。

参照图8中的上部示意图：

在待包含在层压板内的该装置中的下部电极为外露金属或导电材料（诸如，在实例1中所述）的情况下，插入件810可包含在组装和层压工艺内，如830和840中所示（其中，800为层压板的上部聚合物薄膜，并且820为下部聚合物薄膜）。插入件810可包括薄金属或导电材料，其中，在每个端部上露出导电表面811，其他区域812通过涂有绝缘体可绝缘。如图8中的上部示意图中所示，当包含在实例1中所述的那种组件中时，需要按压下部露出的导电区域811，以便与包含在下部塑料薄片的凹槽820内的装置的下部露出的导电电极紧密接触。然而，插入件810的上部露出区域811（标有“L”）将位于层压板的外面。因此，在上部露出的导电区域850（标有“L”）和包含在下部聚合物薄片的凹槽830内的装置的下部电极之间可建立外部电接触。绝缘区域812确保这种电连接不会与包含在凹槽830内的装置的上部电极发生短路。

参照图8中的中间示意图：

在待包含在层压板内的该装置中的上部电极为外露金属或导电材料（诸如，在实例1中所述）的情况下，插入件860可包含在组装和层压工艺内，如870和880中所示（其中，800为层压板的上部聚合物薄膜，并且820为下部聚合物薄膜）。插入件860可包括薄金属或导电材料，其中，在每个端部上露出导电表面861，其他区域862通过涂有绝缘体可绝缘。如图8中的中间示意图中所示，当包含在实例1中所述的那种组件中时，需要按压右手边露出的导电区域861，以便与包含在下部塑料薄片的凹槽820内的装置的下部露出的导电电极紧密接触。然而，插入件860的左手边露出区域861（标有“U”）将位于层压板的外面。因此，在外部露出的导电区域890（标有“U”）和包含在下部聚合物薄片的凹槽830内的装置的上部电极之间可建立外部电接触。绝缘区域862确保这种电连接不会与包含在凹槽830内的装置的下部电极发生短路。

参照图8中的上部和中间示意图：

在待包含在凹槽820内的装置的一个或多个电极在层压的过程中不具有直接露出的导电表面的情况下，在层压组件之前，插入件810或860可物理上连接至电极。这种连接将涉及分别在电极的导电层和插入件810或860的内部露出的导电表面811或861之间产生直接电连接的方法。例如，该插入件可使用导电胶粘合至电极的导电表面。可选地，插入件可焊接至电极的导电表面。在连接插入件之后，可按照惯例进行组装。所产生的装置在层压板的一侧上具有露出的电触头850或890。

为了方便起见并且为了避免发生电短路，通常在该装置的与下部电极触头的端部相反的端部上，插入上部电极触头。这两个插入件可例如包含在该装置的顶部和底部或者该装置的左边和右边。

图8中的下部示意图示出了用于连接通过这种方式构成的电池的外部电触头的方法。可通过“从头到脚”的排列（串联）方式布置和连接电池，如图8的底部的左手边示意图中所示。可选地，可通过“并排”的排列（并联）方式布置电池。

实例7：在电池内移动液体和气体的管道的类型

可包含在水分解装置的示例性实施例中的另一个特征为微流体管道，用于在电池内移动气体或液体。图9示出了微流体管道的实例，通过压印或刻印上覆的或下面的聚合物薄片和/或连接外部连接软管、管体、导管、喷嘴等，可形成该微流体管道。

图9中的上部示意图示出了微流体管道，其通常适合于传输液体或气体。已经压印或刻印在层压的聚合物薄片内的凹槽910通过连接软管900连接至层压板的外部。该软管通常单独模制，并且随后贴附在压印凹槽中的孔内，如图所示。该软管可粘合在孔内或机械阻塞在孔内。

图9中的下部示意图示出了微流体管道，其包括压印或刻印的间隔单元920或930，通常适合于仅传输气体。通过使用精心设计的压印染料，可形成这种管道，该染料包含能够形成如同920或930的间隔单元的表面浮雕特征。连接软管940连接层压板的外部和管道。该软管通常单独模制，并且随后贴附在压印凹槽中的孔内，如图所示。该软管可粘合在孔内或机械阻塞在孔内。

实例8：水分解装置的另一实施例

这个实例描述了水分解太阳能电池的另一个实施例。在这个实例中，制造工艺和所产生的装置与图7中所示的制造工艺和所产生的装置不同。在这个实例，使用挤压式双壁塑料薄片，其具有沿着双壁并且在双壁之间周期性地隔开以便将其分开的一系列竖直垫片或肋条（在本文中称为“双壁薄片”）。

该薄片也可由聚合物（优选地，聚丙烯）制成，但也可使用一系列其他塑料。在特定的实例中，该薄片可由聚丙烯共聚物或高密度的聚乙烯制成。在这个应用中，也可以并且可能期望地使该薄片的不同壁部由不同的材料制成，例如，导电聚合物、非导电聚合物、透明聚合物、不透明聚合物、或其组合。在一个特定的非限制性实例中，挤压式双壁塑料薄片可为由Corex Plastics（澳大利亚）Pty公司制成的Corflute

或Fluteboard

双壁薄片或由其他制造商销售的类似产品并且有时称为波形塑料。

在水分解装置的一个额外的实施例中，双壁薄片可用作框架或骨架。双壁薄片的肋条或波纹提供垫片（即，间隔层）。在这个实例中，以下步骤可用于制造水分解装置：

（1）制造或获得双壁薄片；

（2）通过涂覆工艺（诸如，浸涂）处理双壁薄片，该涂覆工艺使用较薄的一层导电金属（例如并且优选地，镍），该导电金属沉积在双壁薄片的内部（内侧）表面的至少一部分上；

（3）沉积的金属层（例如，镍层）在水电解（尤其是碱性水电解）的过程中用作电极。由双壁薄片的内部腔体（可从其中收集气体）引导和限制所产生的氧气或氢气气泡。也可使用各种合适的催化剂，例如LiCo₂O₄，其涂覆在一个合适的沉积的机械导电层上；

（4）通过使如上的两个或更多个双壁薄片相结合，作为平面状电解器中的相反或共同的电极，堆叠的双壁薄片可用作水分解装置。

在另一个变型中，在通过两种不同的聚合物进行制造的过程中，可挤压双壁薄片，作为壁部，一个壁部为“导电”聚合物，金属（诸如，镍）容易涂覆在该聚合物上，另一个壁部为“非导电”透明聚合物，金属（诸如，镍）未镀覆在该聚合物上。这就产生一个单元，该单元的一层（即，外部聚合物层或壁部）透明并且另一层（即，其他外部聚合物层或壁部）为电极。这种单元可用作太阳能电池，其中，光通过透明层进入并且落在内部电极表面上。所产生的气体依然由双壁薄片的内部通道收集。

因此，在双壁薄片实例的水分解装置中，首先制造该装置的框架或骨架（包括用作垫片的肋条或分离器），然后添加或包含内部元件/层。因此，水分解装置的制造顺序可不同，并且在该装置中应用层的顺序也可不同。可在预先组装的框架或骨架上形成电极。

这个实例通常提供一种水分解装置，其包括用于从水中产生氧气的第一电极和用于从水中产生氢气的第二电极。第一电极和第二电极位于第一双壁薄片的第一外部聚合物层（即，壁部）和第二双壁薄片的第二外部聚合物层（即，壁部）之间，这些薄片堆叠在一起。至少一个间隔层为第一双壁薄片或第二双壁薄片中的一系列肋条，位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间。

在这个实例中，也可以说，在第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间具有两个或更多个间隔层（第一双壁薄片中的一系列肋条和第二双壁薄片中的一系列肋条）。第一外部聚合物层（即，壁部）因此形成用于氧气的一个通道的至少一部分，并且第二外部聚合物层（即，壁部）因此形成用于氢气的另一个通道的至少一部分。

所产生的水分解装置依然具有用于进行水分解的多层装置的形式，其具有封闭电极和垫片的塑料或聚合物外壁，即，至少一个间隔层。

根据一个特定的非限制性的形式，现在通过实例说明，更详细地描述利用双壁薄片的另一个实例水分解装置。

购买双壁薄片（由Corex Plastics（澳大利亚）Pty公司制造的所谓的“导电”Corflute

薄片（M/F4.0mm750gsm））的一个实例。根据制造商所提供的规格，双壁薄片包括掺杂重量大约为30%的炭黑的聚丙烯。炭黑的存在使得聚合物的导电性较弱。在需要使静电最小化的应用中（例如，在输送电气元件的过程中），这种类型的“导电”波纹塑料用作封装。还购买了具有类似尺寸的几个非导电的Corflute薄片。

Corflute

薄片为波纹塑料的一个实例，其包括两层聚合物，这两层聚合物由与这两个外部塑料层（即，“双壁薄片”）正交的一系列规则地隔开的塑料肋条分开和分离。肋条形成沿材料长度走向的通道。图10提供了上述“导电”（M/F4.0mm750gsm）Corflute薄片的示意图。可见，在这个示例性材料中，塑料的外层相隔大约3mm，这些层之间的肋条周期性地相距大约4mm。结果，这种材料具有蜂窝状结构，包括一系列线性平行的通道，每个通道具有3mm x4mm的尺寸并且沿该结构的长度走向。

Corflute薄片样品受到用于执行化学镀镍的浸涂工艺。已知化学镀镍用来涂覆具有一层较薄的镍的ABS（丙烯睛丁二烯苯乙烯）共聚物，然后可将各种金属饰面电解地沉积在这层镍上。镍层提供高度导电的表面，用于随后的电解质沉积步骤中。化学镀镍的主要优点包括：（1）进行镀覆时没有电流，即，化学镀，这表示仅由于浸入镀覆溶液内而进行镍镀覆（镀层的厚度取决于浸入时间和镀覆溶液的强度），以及（2）镍极其均匀地镀覆在物品上，包括不规则的表面结构。

在上述Corflute

薄片实例中使用的化学镀镍工艺包括两个浸涂程序，第一个程序包括所谓的“钯击打”，其中，钯微晶首先沉积在物品表面上，用作随后进行镍沉积的结晶部位，随后在化学镀镍容器内进行浸涂。

试验表示，标准的“非导电”Corflute

薄片样品使用以上程序完全抵抗镍涂层。使用以上技术，在其表面上没有沉积任何镍。然而，“导电”Corflute薄片样品使用这个实例程序很容易涂有一层镍。而且，通过改变浸入Corflute

薄片的时间，层厚度可容易地变化，该关系如下：通过使用A类金属饰面所使用的化学镀镍涂覆溶液，对于每一分钟的浸入时间而言，大致为1μm厚。

迄今，众所周知，通过使用化学镀，在其表面上不包含任何容易获得的官能团的聚合物（如，聚丙烯），不能涂有镍或其他金属。然而，出人意料地，已经确定，通过在聚合物内包含大量炭黑或其他导电微粒，使用化学镀技术使这种聚合物“可镀覆”。

而且，相关的是，镍用作工业标准的电极材料，用于碱性水电解器内的阴极和阳极。在这种商业电解器内，广泛地使用镍薄片或镍涂覆的不锈钢。在后一种情况下，不锈钢需要具有用于这类电解器内的抵抗高度碱性环境（通常为3-6M KOH）的类型。

也相关的是，聚丙烯（通常用作双壁薄片（诸如，Corflute

薄片和其他波纹塑料）中的聚合物）对强碱性溶液的降解的抵抗性极强。在本技术领域中众所周知，聚丙烯不受到极端的基本环境条件的影响。

因此，镍涂覆的聚丙烯双壁薄片（例如，镍涂覆上述“导电”Corflute

薄片）的组合提供将基于“塑料”的电解器模块用于碱性水电解中的可能性。

为了评估这种可能性，对镍涂覆的Corflute

薄片进行试验，作为碱性水电解中的阴极和阳极。在包含1M水性KOH溶液的玻璃容器内，镍涂覆的Corflute薄片的两个薄片彼此相邻，但是不进行电接触。双壁薄片定向成使内部通道从顶部延伸到底部（而非通过并排的方式）。

图11描述了这个概念证明装置中的试验设置。制备两个镍涂覆的Corflute

薄片1000，并且这些薄片面向彼此，如图11中所示。在每个双壁薄片1000上的正面内钻取一系列小孔1100。需要这些孔，以允许在这两个双壁薄片电极之间移动电解质溶液。在这两个双壁薄片之间引入在一个实施例中包括垫圈状绝缘聚丙烯的垫片1200。垫片1200分离这两个薄片1000并且防止在这两个薄片1000上的镍涂层之间的电接触造成短路。垫片1200热焊至这两个薄片1000，封闭和密封这两个薄片1000之间的空间。在包含0.1-3M KOH的水溶液中，整个组件1300然后一直浸没到1400处所显示的水平。

组件1300中的双壁薄片1000单独地连接至电位计，一个薄片作为阳极进行偏振，另一个薄片作为阴极进行偏振。然后，在这两个薄片之间施加2-4V的电压。应用这个范围内的电压时，可以看见直接开始形成在阴极上的氢气气泡；形成在阳极上的氧气气泡。在24个小时的期间内，只要施加电压，气泡就继续，气体产生的速度或所测量的电流不会明显下降（在恒定的外加电位下）。在切断电压时，立即停止产生气体。在再次接通时，立即重新开始产生气体。

在镍涂覆的双壁薄片1000的外面可容易地观察到上述气泡。然而，从上面观看时，可以看见在双壁薄片电极的内部通道内形成大量气泡，与外部相比，这些内部通道具有大得多的几何形状和电化学区域。这些气泡上升到电解质溶液的表面中，由通道进行引导。在每个通道的顶部，可见形成一层泡沫状气泡。透气但不透水的全氟磺酸薄膜1500在内部通道的顶部上延伸并且连接，从而允许分离气泡内的气体和双壁薄片的内部通道内的水性电解质溶液。所产生的组件1310产生渗透薄膜1500的气体。

因此，双壁薄片1000的内部通道提供间隔层，在这些间隔层内，可形成并且分离气体气泡。单独的试验也表示，可适当地为双壁薄片样品的内部通道加压；即，在双壁薄片状聚合物结构用作电解器单元时，也可能形成并且在适当的压力下收集气体。

因此，提供了用于从水中产生氧气的第一电极以及用于从水中产生氢气的第二电极。第一电极和第二电极位于第一外部聚合物层（即，一个双壁薄片的外壁）和第二外部聚合物层（即，另一个双壁薄片的外壁）之间。任一个双壁薄片的肋条所提供的至少一个间隔层位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间。

为了进一步优化双壁薄片电极的性能，可使用各种催化材料或在相似或更低的碱性条件下提高催化性能的材料，通过电镀涂覆或其他方式涂覆镍涂层本身。在丹麦技术大学（KI/DTU）化学系、丹麦技术大学

国家实验室燃料电池和固态化学系、以及DONG Energy所发布的报告PSO-F&U2006-1-6287中，即，在题为：“Pre-Investigation of WaterElectrolysis”的研究中，描述了这种材料的实例。该调查构成在Energinet.dk下由Danish Public Service Obligation项目（PSO）资助的工程6287“Pre-investigation of Electrolysis”的主要部分。由于发布这份报告，所以已经发现了各种其他有效的催化剂，包括模仿氢化酶和光合体系II光合成酶内的有效部位的一系列催化剂。

根据这些结果，几种形式的聚合物和/或碱性电解器是可行的。图12显示了这样一种电解器的示意图。组件1300具有在双壁薄片通道的顶部上密封的透气薄膜1500。在薄膜的顶部，贴附和密封两个聚合物气体收集管道单元1600。通过排他性地收集阴极中的气体（氢气）1700的方式贴附一个气体收集管道单元1600。通过排他性地收集阳极中的气体（氧气）1700的方式贴附另一个气体收集管道单元。在浸入水性电解质溶液内时，在应用一种合适的电压时，所产生的单元1320产生氢气和氧气。分别收集这些气体。

通过将水和不透气的聚合物基底1900连接和密封至组件1320的底部，可将组件1320转化成密封的电池。如果如图所示地然后也引入水入口1800，那么所产生的单元为密封电池2000，可将水引入（通过入口1800）该电池内，并且在阴极和阳极1700处收集该电池中的氢气和氧气。电池2000不需要浸入电解质溶液内。相反，在其本身内完全包含电解质溶液。

这种密封电池2000为模块化单元，其可彼此串联或并联，以便产生大量氢气和氧气。而且，可将密封的电池加压，以便在适当的压力下产生气体。

图12的密封电池2000的变型示出为图13中的部分电池2090。塑料垫片2010包括一片聚合物，肋条2020在两侧上朝外。垫片2010沿着聚合物薄片的长度向下也可具有小孔。在垫片2010的每个侧边上，对着肋条2020，向上按压两个金属薄膜2030。薄膜2030可由例如镍制成，但是也能够具有其他金属或导体。而且，薄膜2030可为涂有金属（比如，镍）的材料。而且，对于每个薄膜2030而言，可使用不同的金属或导电材料。薄膜2030用作电极。可通过包含其他催化剂的表面涂层装饰薄膜2030。在薄膜2030内部可具有微小的孔，以便允许水在其间移动。外部聚合物外壳2040在一侧上也可为肋状，用于将整个设置夹入密封的电池内。可提供气体收集管道和水入口阀，与图12中所描述的气体收集管道和水入口阀类似。

基于双壁薄片状或波纹塑料结构的模块化水电解器的另一个变型包括制造这种类型的太阳能驱动或太阳能辅助的水电解装置。

图14示出了如何制造在太阳能驱动或太阳能辅助的水分解时具有效用的双壁薄片的方式。通常通过挤压一片聚丙烯，制造双壁薄片，该聚丙烯包含竖直的肋条（2200），这些肋条与直接在其上挤压的单独的聚丙烯薄片2100紧密相邻。在离开挤压机之后并且同时依然温度较高时，这两个元件薄片2100和2200然后直接层叠在彼此之上。在冷却的工艺中，这两个元件薄片2100和2200彼此焊接，从而生成典型的双层或双壁结构。由于单独挤压这两层，所以在每层或元件薄片内能够使用不同的聚合物原材料。图14描述了以下实例情况：“导电的”聚丙烯（包含30%的炭黑）用于挤压肋状薄片2200，而“非导电的”透明聚丙烯用于挤压上部非肋状薄片2100。在元件薄片2100和2200相结合以便形成双壁薄片2300时，薄片2300的上表面2100透明（并且“不导电”），而下表面和肋条2200为黑色（并且导电）。

因此，双壁薄片2300包括一个透光的表面。在双壁薄片2300受到化学镀镍时，仅“导电”的下部层和肋条2200镀覆有镍（或其他所选择的金属或导体）。上部透明的元件薄片2100依然未涂覆并且透明。光驱动或光辅助的催化剂然后可选择性地连接至下部肋状“导电”表面的镍层，未触摸透明表面。在将水性电解质引入所产生的双壁单元的通道内时，该催化剂可在太阳光的影响下发生作用，以便进行水分解转化。在这种类型2000的密封电池中使用这种双壁单元，可形成光驱动或光辅助的电解器。

例如，通过使太阳能驱动的阳极双壁单元和电气驱动的阳极双壁单元与共同的相互阴极双壁单元相结合，可构成“混合式”电解器。在24小时的操作过程中，这种电解剂能够产生气体，白天在太阳光的辅助下，光驱动的阳极进行操作，并且在晚上，电气驱动的阳极进行操作。共同的阴极可在任何时候进行操作。

可预想电极的各种其他组合。

在制造电解器的过程中，使用双壁薄片或波纹状塑料的主要优点在于，低成本并且容易购买到。而且，通过热焊、熔化以及重新凝固，可容易地修改这些单元的聚合结构。

通过单独或共同地在本文中所引用或所表示的部件、元件或特征中的两个或以上的任意或所有组合，本发明的可选实施例也可更广泛地包括这些部件、元件和特征，并且其中，在本文中提及的特定整体在本发明所涉及的技术领域内具有已知的等同物，诸如，这种已知的等同物被视为包含在其内，犹如单独提出的一样。

要理解的是，上述实施例仅仅旨在用作实例，并且通过本发明的精神和范围，能够具有多个其他实施例。

Claims

1.一种水分解装置，包括用于从水中产生氧气的第一电极以及用于从水中产生氢气的第二电极，所述第一电极和所述第二电极位于第一外部聚合物层和第二外部聚合物层之间，其中，至少一个间隔层位于所述第一外部聚合物层和所述第二外部聚合物层之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，两个或更多个间隔层位于所述第一外部聚合物层和所述第二外部聚合物层之间。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个间隔层或至少一个其他间隔层位于所述第一电极和所述第二电极之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述第一外部聚合物层形成用于氧气的一个通道的至少一部分，并且所述第二外部聚合物层形成用于氢气的另一个通道的至少一部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述第一外部聚合物层和所述第二外部聚合物层为具有肋条的挤压式双壁薄片的壁部。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，具有肋条的至少一个双壁薄片在内表面的至少一部分上具有金属涂层。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述金属为镍。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，至少一个双壁薄片的第一壁部为导电聚合物，并且至少一个双壁薄片的第二壁部为非导电透明聚合物。

9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一电极位于第一双壁薄片内，并且所述第二电极位于第二双壁薄片内。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一外部聚合物层和所述第二外部聚合物层层压在所述第一电极、所述第二电极以及所述至少一个间隔层周围。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，第一透气层位于所述第一外部聚合物层和所述第一电极之间，并且第二透气层位于所述第二外部聚合物层和所述第二电极之间。

12.一种水分解装置，包括：

第一外部聚合物薄膜；

第二外部聚合物薄膜；

太阳能电池，其位于所述第一外部聚合物薄膜和所述第二外部聚合物薄膜之间；以及

至少一个垫片，其位于所述第一外部聚合物薄膜和所述第二外部聚合物薄膜之间。

13.根据权利要求12所述的装置，进一步包括：

第一透气层，其位于所述第一外部聚合物薄膜和所述太阳能电池之间；以及

第二透气层，其位于所述第二外部聚合物薄膜和所述太阳能电池之间。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其中，所述第一外部聚合物薄膜和/或所述第二外部聚合物薄膜为透明的。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其中，所述第一外部聚合物薄膜和/或所述第二外部聚合物薄膜包括凹槽，所述太阳能电池至少部分地装配在所述凹槽内。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，第一垫片位于所述第一外部聚合物薄膜和所述第一透气层之间。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，其中，所述第一透气层和所述第二透气层为不透水的。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的装置，其中，第二垫片位于所述第一透气层和所述太阳能电池的一个表面之间。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的装置，其中，第三垫片位于所述太阳能电池的另一个表面和所述第二透气层之间。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的装置，其中，第四垫片位于所述第二透气层和所述第二外部聚合物薄膜之间。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的装置，其中，所述太阳能电池包括工作电极和反电极。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述工作电极包括覆盖层和涂覆有二氧化钛的钛箔或钛膜，在所述二氧化钛上已经吸收了一层染料，所述覆盖层包括水氧化催化剂。

23.根据权利要求21所述的装置，进一步包括第五垫片，其位于所述工作电极和所述反电极之间。

24.根据权利要求21所述的装置，其中，所述反电极包括涂覆有PEDOT-PEG复合材料的钛箔或钛膜。

25.根据权利要求12至24中任一项所述的装置，其中，微流体管道位于所述一个或多个凹槽内。

26.一种制造水分解装置的方法，作为单层压工艺，所述方法包括：

将水分解太阳能电池至少部分地放置在位于第一聚合物薄膜中的凹槽内；以及

将第二聚合物薄膜固定于所述第一聚合物薄膜，以便覆盖所述水分解太阳能电池。

27.根据权利要求26所述的方法，包括在所述水分解太阳能电池的任一侧上设置第一透气层和第二透气层，作为所述单层压工艺的一部分。

28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，提供至少一个电连接装置，以便将所述电极连接到所述装置的外部。

29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，其中，同时共同组装所述第一聚合物薄膜和所述第二聚合物薄膜，作为所述单层压工艺的一部分。

30.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中，所述第一聚合物薄膜和所述第二聚合物薄膜是柔性的。

31.根据权利要求26至30中任一项所述的方法，其中，使液体电解质进入在所述水分解太阳能电池周围形成的腔体内。

32.一种水分解装置，包括：

水分解电池，其至少部分地位于设置于聚合物薄膜中的凹槽内；以及

光学上透明的聚合物薄膜，其固定于所述聚合物薄膜，以便覆盖所述水分解电池；

其中，在单层压工艺中形成所述装置。

33.一种用于形成水分解装置的方法，所述方法包括：

在双壁薄片的内表面的至少一部分上沉积一层金属；

使所述双壁薄片和至少一个其他双壁薄片相结合，以便在所述水分解装置中提供电极。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述金属为镍。

35.根据权利要求33或34所述的方法，其中，所述双壁薄片的第一壁部为上面沉积有金属的导电聚合物，并且第二壁部为非导电透明聚合物。