CN103765631A - 用于将燃料电池连接至外部电路的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的各种实施方式提供了包括互连件或集电器的燃料电池连接部件。燃料电池连接部件包括以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维。燃料电池连接部件提供了从燃料电池的至少一个电极至外部电路或至不同燃料电池的电极的导电通路。本发明的实施方式还提供了包括燃料电池连接部件的燃料电池以及其制造方法，其中燃料电池连接部件包括燃料电池层。

Description

用于将燃料电池连接至外部电路的装置和方法
优先权声明
该PCT申请要求于2011年6月29日提交的系列号为13/172,645的美国专利申请(律师案号2269.134US1)的优先权,前述美国专利申请是于2010年12月28日提交的系列号为12/980,130的美国专利申请的部分连续案并要求其优先权,该12/980,130号美国专利申请根据U.S.C.第119(e)条要求于2009年12月28提交的系列号为61/290,450的美国临时专利申请（律师案号2269.126PRV）的优先权权益；通过引用将这些申请整体并入本文中。
背景技术
燃料电池可以被用作越来越多的大规模应用的电源，这些应用例如：材料处理（例如叉车）、运输（例如电动和混合动力车辆）和离网电源（例如，用于应急电源或电信通讯）。如今正在开发较小的燃料电池以用于便携式消费类应用，例如：笔记本电脑、蜂窝电话、个人数字助理（PDA）以及类似物。
在典型的现有技术的燃料电池堆中，电子从单位燃料电池的膜电极组件（MEA）通过隔板行进至下一单位电池的MEA。通常，在燃料电池堆的每一端处，经由连接部件（包括总线板和连接器）将电流提供给外部电路，或者从外部电路提供电流。传统的燃料电池堆可能需要大量的密封并且施加压缩力以防止燃料和氧化剂泄漏，并且确保隔板、MEA和总线板之间的良好电接触。因此，燃料电池堆可能需要许多零件，并且组件可能十分复杂。
燃料电池也可以以边缘堆积型（edge-collected）配置(例如平面配置)连接。在这些燃料电池系统中，从独立单位电池的边缘收集电流，并且电池在燃料电池的平面中行进。在这些燃料电池系统中，部件的空间布置可能不同于传统燃料电池堆中的部件的空间布置。在这些燃料电池系统中，电子流的主要方向可能不同于传统燃料电池堆中的电子流的主要方向。在这些燃料电池系统中，部件的期望性质可能不同于传统燃料电池堆中的部件的期望性质。
一些边缘堆积型或平面型燃料电池系统不使用压缩力来维持燃料电池层和燃料电池系统的各种其他部件之间的良好接触。在这些燃料电池系统中，可以以其他方式组装各部件并使它们保持接触。因此，用在传统燃料电池堆部件中以连接至外部电路的部件可能对于用在边缘堆积型燃料电池系统并非是最佳的。
在单个燃料电池中，来自部件的较小电阻可能相对来说是无关紧要的。然而，当使用多个燃料电池时，例如在堆叠或平面燃料电池系统中，来自部件的电阻可能累积到在阵列中形成相对较大的内部电阻。大的内部电阻可能降低具有多个电池的燃料电池系统（包括堆叠或平面燃料电池系统）的性能。
发明内容
本发明的各种实施方式提供了包括互连件或集电器的燃料电池连接部件。燃料电池连接部件包括以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维。燃料电池连接部件提供了从燃料电池的至少一个电极至外部电路或至不同燃料电池的电极的导电通路。本发明的实施方式还提供了包括燃料电池连接部件（包括燃料电池层）的燃料电池以及其制造方法。
本发明的各种实施方式提供了其他燃料电池连接部件、燃料电池或燃料电池层所不具备的某些优势，这些优势中的一些是令人惊讶且意想不到的。本领域技术人员一般会认为，通过在燃料电池连接部件中形成最短和最直接的导电路径，能够在使用导电纤维的该部件中实现最高的电导率。在燃料电池传导部件中，这可能涉及布置第一组导电纤维以使得它们与电极形成直角。然而，举例来说，令人惊讶且意想不到的是，在本发明的一些实施方式中，已经发现：通过定向导电纤维以使得它们与电极或电极涂层形成小于90°的角度（例如45°），燃料电池连接部件的电导率可以大于具有定向为与电极或电极涂层成大约90°的的导电纤维的燃料电池连接部件的电导率。此外，对于本领域技术人员而言，为了在燃料电池连接部件中布置导电纤维以实现最短路径，这可能涉及布置第二组导电纤维以使得它们与第一组导电纤维形成大致的直角（例如，第一和第二组导电纤维形成网格），从而第二组导电纤维平行于燃料电池传导部件的长度。这尤其是互连件的情况，其中，电流可以沿着互连件的长度行进至外部电路。然而，在另一实例中，令人惊讶和出乎意料的是，通过在燃料电池连接部件中包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，这两组导电纤维与电极或电极涂层形成小于大约90°的角度，例如45°，并且每组导电纤维彼此之间形成大致90°的角度（例如，第一和第二组导电纤维形成网格），燃料电池连接部件的电导率高于包括第一和第二组导电纤维的燃料电池传导部件（一组导电纤维与电极或电极涂层形成大致90°的角度，每组导电纤维彼此之间形成大致90°的角度）的电导率。在另一实例中，与其他燃料电池连接部件相比，本发明的一些实施方式的导电纤维被更加牢固地粘结且更加难以从燃料电池连接部件中拉出，所述其他燃料电池连接部件包括导电纤维与电极或电极涂层定向成大致90°角度的燃料电池连接部件，并且包括具有与电极或电极涂层定向成大致90°角度的第一组导电纤维以及相对于第一组导电纤维定向成大致90°角度的第二组导电纤维的燃料电池连接部件。在另一实例中，本发明的一些实施方式可以具有比其他燃料电池连接部件更高的强度或耐久性。在另一实例中，可以利用比其他燃料电池连接部件更小的压缩力来得到本发明的一些实施方式。在另一实例中，本发明的不包括定向成大致沿着燃料电池连接部件的长度的导电纤维的一些实施方式可以比其他燃料电池连接部件更加柔韧或刚性更小，包括比那些包括定向为大致平行于部件长度的导电纤维的燃料电池部件更加柔韧。在另一实例中，令人惊讶和出乎意料的是，燃料电池连接部件的一些实施方式可以具有本文描述的优势，包括较高的电导率，导电纤维的更牢固粘结，更大的强度，更好的耐久性，或在制造期间需要的压缩力更小，而不增加复杂度、价格，没有材料的改变或者在制造过程中不出现其他实质性变化。
本发明提供了燃料电池连接部件。该燃料电池连接部件包括不导电的接口区。不导电的接口区具有第一表面和第二表面。该燃料电池连接部件还包括电子传导部件。电子传导部件具有两个表面，并且其长度平行于电子传导部件的两个表面。电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近。电子传导部件包括导电纤维。导电纤维的朝向大致平行于电子传导部件的两个表面。导电纤维适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极。该燃料电池连接部件还包括粘结剂。粘结剂将接口区和电子传导部件保持在一起。燃料电池连接部件适于用在燃料电池中，从而它提供至少一个电极或燃料电池和外部电路之间或燃料电池的至少一个电极和不同燃料电池的至少一个电极之间的导电路径。
本发明提供了燃料电池。该燃料电池包括离子传导部件。燃料电池还包括两个或多个电极涂层。燃料电池还包括一个或多个燃料电池连接部件。燃料电池连接部件包括不导电的接口区。不导电的接口区具有第一表面和第二表面。不导电的接口区的第一表面与离子传导部件接触。燃料电池连接部件还包括电子传导部件。电子传导部件具有两个表面，并且其长度平行于电子传导部件的两个表面。电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近。电子传导部件包括导电纤维。导电纤维的朝向大致平行于电子传导部件的两个表面。导电纤维适于以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个。电子传导部件提供了一个电极涂层和外部电路之间或一个电极涂层与另一燃料电池的电极涂层之间的导电路径。路径沿着电子传导部件的长度延伸。
本发明提供了燃料电池层。该燃料电池层包括复合层。复合层包括第一表面和第二表面。复合层包括多个燃料电池连接部件。复合层包括多个离子传导部件。离子传导部件位于燃料电池连接部件之间。复合层还包括第一多个电极涂层。第一多个电极涂层位于第一表面上以形成阳极。复合层还包括第二多个电极涂层。第二多个电极涂层位于第二表面上以形成阴极。第一和第二多个电极涂层均与离子传导部件中的一个离子接触，并且与燃料电池连接部件中的一个电接触。至少一个燃料电池连接部件包括接口区。接口区具有第一表面和第二表面。第一表面与离子传导部件中的一个接触。该至少一个燃料电池连接部件还包括至少一个电子传导部件。该至少一个电子传导部件具有两个表面以及平行于两个表面的长度。该至少一个电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近。个至少一个电子传导部件包括导电纤维。导电纤维的朝向大致平行于该至少一个电子传导部件的两个表面。导电纤维适于以小于大约90°的角度定向到第一或第二多个电极涂层中的至少一个上。至少一个燃料电池连接部件提供了第一或第二多个电极涂层中的至少一个与外部电路之间，或者第一或第二多个电极涂层的一个与第一或第二多个电极涂层中的另一个之间的导电路径。路径沿着该至少一个电子传导部件的长度延伸。
本发明的实施方式涉及燃料电池，该燃料电池包括离子传导部件、两个或多个电极涂层以及一个或多个互连件。互连件包括不导电的接口区，该接口区具有第一表面和第二表面，其中，第一表面与离子传导部件接触，互连件还包括电子传导部件，该电子传导部件具有两个表面和平行于两个表面的长度，其中，一个表面位于接口区的第二表面附近。电子传导部件提供了一个电极涂层和外部电路之间的导电路径，所述路径沿着电子传导部件的长度延伸。
本发明的实施方式还涉及燃料电池层，该燃料电池层包括具有第一表面和第二表面的复合层，该复合层包括多个集电器和位于集电器之间的多个离子传导部件，位于第一表面上的多个阳极涂层和位于第二表面上的多个阴极涂层，每个涂层与离子传导部件中的一个离子接触，并且与集电器中的一个电接触。至少一个集电器包括具有第一表面和第二表面的接口区，第一表面与离子传导部件中的一个接触；以及，具有两个表面和平行于两个表面的长度的电子传导部件，一个表面位于接口区的第二表面附近；并且其中，至少一个集电器提供一个电极涂层和外部电路之间的导电路径，所述路径沿着电子传导部件的长度延伸。
本发明的实施方式还涉及一种制造用于平面燃料电池的互连件的方法，包括：充分地接触第一导电材料和第二导电材料以形成层状结构，充分地固化层状结构以提供预成型物，可选地充分涂覆预成型物以提供带涂层的预成型物，可选地将填充剂置于预成型物上，可选地激活预成型物，充分地固化预成型物以提供互连板，以及可选地充分切割互连板以形成互连件。
附图说明
在附图中，类似的数字在所有视图中表示大体上类似的部件，这些附图并非一定按照比例绘制。具有不同字母下标的类似的数字表示大体上类似的部件的不同例子。附图以示例而非限制的方式示出了本文中讨论的各种实施方式。
图1A-B是常规现有技术燃料电池堆的横截面示意图；
图2A和2B分别是第一实例的平面燃料电池层和第二实例的平面燃料电池层的横截面视图；
图3A-3D是示例性平面燃料电池层100中的单位燃料电池120的立体示意图和图形图；
图4A-4H是根据若干示例性实施方式的位于单位电池内的互连件的截短的截面图；
图5是根据示例性实施方式的使用图4G的互连件的燃料电池系统的截面图；
图6A和6B是根据示例性实施方式的使用互连件的部分燃料电池系统的顶部立体图；
图7是制备诸如图4E-4G中示出的互连件的互连件的一种可能方法的方框程序图。
具体实施方式
在下述说明书中，罗列了具体细节以更加深入地了解本发明。然而，本发明可以在不具有这些详细说明的情况下实施。在其他例子中，公知的元件未被示出或详细描述以避免不必要地使本发明变得晦涩。附图通过展示的方式示出了可以实施本发明的具体实施方式。可以组合这些实施方式，可以利用其他元件，或者可以进行结构上或逻辑上的变化，而不脱离本发明的范围。因此，说明书和附图将被认为是展示性的，而不是限制性的。
通过引用将本文中提及的所有公开物、专利和专利文件整体并入到本文中，如同通过引用独立地并入一样。当本文和通过引用合并的文档之间出现不一致的用法时，合并的引用文档中的用法应该被视为对本文的用法的补充；对于不可调和的不一致，以本文中的用法为准。
在本文中，术语“一种”用于包括一个或不止一个，而不受“至少一个”或“一个或多个”的其他实例或用法的影响。在本文中，术语“或”用于指非排他性的或，因此，除非另有说明，“A、B或C”包括“仅A”、“仅B”、“仅C”、“A和B”、“B和C”、“A和C”以及“A、B和C”。术语“之上”和“之下”用于描述相对于复合材料中心的两个不同方向，并且术语“上”和“下”可以用于描述复合材料的两个不同表面。然而，这些术语仅仅是为了便于描述，而不应该被理解为固定所述实施方式的燃料电池层的朝向。在权利要求的附加方面，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标号，并不意图对这些对象强加数值要求。
本发明的实施方式描述了提供将电路连接到燃料电池层的端部的手段的燃料电池互连部件和燃料电池架构。实施方式还沿着集电器路径长度提供了电流更高的更具导电性的路径。此外，实施方式为燃料电池系统的电化学部件提供了导电且耐腐蚀的接口。本发明实施方式的集电器和互连设计可以包括组合使用的两种不同类型的材料，它们具有不同的传导性和污染特性，从而提供在需要的地方提供高传导性，同时还防止了将腐蚀特性引入到燃料电池层中。
提供了用于将边缘堆积型燃料电池层连接至外部电路的互连件。互连件包括电子传导部件，并且可选地还包括接口区。电子传导部件包括一个或多个电传导材料。电子传导部件可以包括两个或多个具有不同组成的电子传导区。接口区包括一个或多个非导电材料。
提供了包括互连件了燃料电池、燃料电池层和燃料电池系统。互连件可以用在燃料电池、燃料电池层或燃料电池系统中以在平行于燃料电池长度的方向上提供高导电性，同时将燃料电池的活性成分与具有腐蚀产物的污染物相隔离。一些实施方式的互连件可以包括在不使用压缩力来维持燃料电池系统的部件之间的接触的燃料电池系统中。在一些实施方式中，互连件可以更简单地连接到外部电路。
本发明的实施方式已经被描述为质子交换膜（PEM）燃料电池或PEM燃料电池的部件。然而，本发明的实施方式可以利用其他类型的燃料电池来实施，例如碱性燃料电池或固体氧化物燃料电池。本发明的实施方式还可以应用在其他类型的电化学电池中，例如电解槽或氯碱电池。
根据一些实施方式的燃料电池组件可以用作各种应用的电源。例如，燃料电池系统可以用于为诸如笔记本电脑、蜂窝电话或PDA之类的便携式消费类设备供电。然而，本发明的并不限于便携式消费类设备，实施方式可以被实施为为更大型的应用供电，这些应用例如：材料处理应用、运输应用、或离网发电；或者为其他较小的应用供电。
本发明的实施方式可以利用多种不同设计的燃料电池来实施。本文描述是利用平面燃料电池实施的实施方式。然而，相同或其他实施方式可以可选地利用其他类型的边缘堆积型燃料电池来实施。为了便于参考，在说明书全文中，燃料电池和相关技术被称为“平面”燃料电池、“平面”燃料电池组件或“平面”燃料电池层。然而，应该理解，燃料电池可以不是平面的，并且边缘堆积型燃料电池不需要是将利用本发明实施方式的平面型。例如，可能并非所有的单元燃料电池均位于同一平面中（例如，它们可以是柔性的、螺旋的、管状的或起伏的）。
定义
如本文所使用的，“催化剂”指辅助启动反应或增加反应速率的材料或物质，而其自身并不发生变化或被消耗。催化剂可以包括任意类型的、适用于当前应用的电催化剂。催化剂或催化剂层可以包括纯铂、碳载铂、铂黑、铂-钌、钯、铜、氧化锡、镍、金、碳黑和一种或多种粘合剂的混合物。粘合剂可包括：离聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、含氟聚合物以及其他聚合物材料，并且可以是薄膜、粉末或分散体。聚酰亚胺的一个实例包括
Figure BDA0000471042210000081
含氟聚合物的实例是PTFE（聚四氟乙烯）或
Figure BDA0000471042210000091
其他含氟聚合物包括PFSA（全氟磺酸）、FEP（氟化乙烯丙烯）、PEEK（聚乙二醇醚酮）和PFA（全氟烷基乙烯基醚）。粘合剂还可以包括PVDF（聚偏氟乙烯）粉末（例如
Figure BDA0000471042210000092
）和二氧化硅粉末。粘合剂可以包括聚合物或离聚物的任意组合。碳黑可包括任何合适的细碎的碳材料，例如乙炔黑碳、碳颗粒、碳薄片、碳纤维、碳针状物、碳纳米管、碳纳米颗粒中的一种或多种。
如本文所使用的，“涂层”指位于复合层的表面上的传导性薄层。例如，涂层可以是催化剂层或电极，例如阳极和阴极。
如本文所使用的，“复合层”或“复合材料”指包括至少两个表面的具有厚度的层，其中，一个或多个离子传导通道和一个或多个导电通道被限定在表面之间。可以通过限定具有不同尺寸、形状、密度或布置的离子传导通道和导电通道来改变复合材料的不同区域间的复合材料的离子传导性质和导电性质。复合层也可以包括一个或多个接口区。复合层可以是不透流体（例如气体或液体）的，或者大体上不透流体的。
如本文所述，“电子传导部件”指提供导电路径的复合层的部件。电子传导部件可以以提供一个或多个导电路径，举例来说，导电路径始于复合层的一个表面，穿过复合材料，并到达复合层的相对表面。电子传导部件包括一种或多种导电的材料，例如：金属、金属泡沫、含碳材料、导电陶瓷、导电聚合物、它们的组合以及类似物。电子传导部件还可以包括不导电的材料。在本文中，电子传导部件也可以被称为“导电部件”、“集电器”、“互连件”或“燃料电池连接部件”。
如本文所述，“离子传导部件”指提供离子传导通道的部件。离子传导部件可以是复合材料的部件。离子传导部件包括离子传导材料，例如：基于含氟聚合物的离子传导材料或烃基离子传导材料。在本文中，离子传导部件也可以被称为“电解质”或“电解质膜”。
如本文所述，“接口区”指不导电的复合层的部件。例如，接口区可包括离子电导率可忽略不计且电导率可忽略不计的材料。接口区可以连同电子导电区一起使用以形成集电器，并且在这些情况下，接口区可以在电子传导区的一侧或两侧上布置在电子传导区的附近。电子传导区可以嵌入到接口区中以形成集电器。应该理解，接口区（或多个接口区）是集电器中可选的部件，而不是必要部件。当用作集电器的部件时，接口区可以用于促进电子传导区和离子传导部件之间的粘附，并且/或者可以用于提供相邻电化学电池之间的电气绝缘。
如本文所使用的，“燃料”涉及适于用作燃料电池中的燃料的任何材料。燃料的实例包括但不限于：氢、甲醇、乙醇、丁烷、硼氢化物（例如硼氢化钠或硼氢化钾）、蚁酸、氨和氨的衍生物（例如胺和肼）、络合金属氢化物（例如硼氢化铝）、硼烷（例如二硼烷）、烃（例如环乙烷）、咔唑（例如十二氢-N-乙基咔唑）以及其他饱和环状烃、多环烃、饱和氨基硼烷（例如环硼氮六烷）。
如本文所使用的，“平面”指具有确定范围和空间方向或位置的二维假想表面。例如，矩形块可以具有垂直平面和两个水平平面，彼此正交。例如，可以利用大于或小于90度的角度来相对于彼此限定平面。
如本文所使用的，“燃料电池连接部件”指燃料电池互连件或燃料电池集电器，或者直接或间接形成燃料电池的至少一个电极和外部电路之间的电通路的其他连接部件，或者直接或间接形成燃料电池的至少一个电极和燃料电池的至少一个其他电极之间的电通路的其他连接部件。
如本文所使用的，“互连件”指燃料电池连接部件，其中，互连件直接或间接地形成燃料电池的至少一个电极和外部电路之间的电通路。在一些实施方式中，互连件可以形成燃料电池的一个电极和燃料电池的另一个电极之间的电通路，该电通路转而能够允许电流通过其他连接部件流到外部电路；由此，间接地形成燃料电池的至少一个电极和外部电路之间的电通路。在一些实施方式中，互连件可以是集电器。
如本文所使用的，“集电器”指燃料电池连接部件，其中，集电器直接或间接地形成燃料电池的至少一个电极和燃料电池的至少一个其他电极之间的电通路。在一些实施方式中，集电器可以通过其他连接部件形成燃料电池的一个电极和外部电路之间的电通路，这些连接部件转而能够允许电流通过其他连接部件流到燃料电池的另一电极；由此，间接地形成燃料电池的至少一个电极和燃料电池的至少一个其他电极之间的电通路。在一些实施方式中，集电器可以是互连件。
如本文所使用的，“粘结剂”指能够粘结材料或将材料保持在一起的材料。例如，粘结剂可以是不导电的材料，例如聚合物或聚合物混合物，并且能够是可固化的。在一些实施方式中，粘结剂可以是能够将材料粘结在一起的任何适当的环氧或环氧树脂。粘结剂可以是任何合适的热固性或热塑性聚合物。
传统的现有技术燃料电池堆10在图1A中示出。燃料电池堆10具有单位燃料电池20，这些单位燃料电池可以串联布置。例如，燃料电池20可以包括质子交换膜（PEM）燃料电池。每个燃料电池20均包括膜电极组件（MEA）22，该膜电极组件具有阴极、阳极、质子交换膜和气体扩散层（未示出）。在阳极释放的电子行进通过隔板34中的着陆区（landing）32，到达下一单位电池的MEA中的阴极。在最后一个单位电池的MEA中的阳极处释放的电子行进通过连接部件36，到达外部电路38。电子从隔板34行进至总线板40，该总线板40经过连接器42连接至外部电路38。
图1B示出了穿过图1A的燃料电池堆的一部分50的电子流的示意性截面图。燃料（例如氢）行进穿过第一隔板34'，穿过GDL30A'并且在释放电子和质子的阴极26'反应。电子行进穿过下一单位电池的第一隔板34'、穿过GDL30C"和阴极24"。电子以垂直于隔板34'的平面（或垂直于约束其长度的表面）的方向行进穿过隔板34'。在阳极26"释放的电子以垂直于板的平面的方向行进穿过隔板34"，进入总线板40。
由于穿过隔板的电流的主要方向为穿过平面（即，垂直于板的平面，或者垂直于具有最大面积的两个表面），因此传统燃料电池堆中使用的隔板必须具有高的穿过平面的导电率。由于电子行进穿过隔板的面（即，穿过具有最大面积的两个表面），这些面必须是导电的。如可见的那样，在示出的传统燃料电池堆中，质子交换膜并不与连接部件中的任何一个直接物理接触（即，不与隔板34、总线板40或互连件42物理接触）。
图2A是如共有的题为ELECTROCHEMICAL CELLS HAVINGCURRENT-CARRYING STRUCTURES UNDERLYINGELECTROCHEMICAL REACTION LAYERS的美国专利7,632,587中所描述的示例性平面燃料电池层100的横截面视图，通过引用将其全部教导并入本文中。示例性平面燃料电池层100包括复合层124，该复合层具有离子传导部件118和集电器112。在图2B所示的示例性燃料电池层150中，复合层174也具有基板区172。基板区172可以包括不导电的材料，并且也可以是不传导离子的。返回图2A，燃料电池层100可以包括两种类型的电极涂层，即，阴极涂层116C和阳极涂层116A。阴极涂层116C位于复合层124的上侧，并且粘附到复合层124的上表面。（在图2B中分别示出为116C和116A）。阳极涂层116A位于复合层124的下侧，并且粘附到复合层124的下表面。
示例性平面燃料电池层100具有三个单位燃料电池120、121和122。每个单位电池以集电器112为界。集电器112包括内部集电器112a（例如，在两个单位电池之间的燃料电池层100的内部的集电器）和互连件112b（例如，位于燃料电池层100的端部上的集电器）。在示出的示例性平面燃料电池层中，内部集电器112a和互连件112b是相同的。
图3A是单位燃料电池120的示意性立体图。在所示实施方式中，燃料和氧化剂分别是氢和氧。然而，应该理解，本发明的实施方式可以与利用其他燃料和氧化剂的组合的燃料电池一起使用。氢接触阳极涂层116A并解离成质子和电子。电子以平行于燃料电池120的平面的方向行进穿过阳极涂层116A，并且进入并穿过集电器112a，该集电器112a由相邻的单位电池共享。电子以垂直于燃料电池120的平面的方向行进穿过集电器112a，到达下一单位电池的阴极涂层。质子行进穿过离子传导部件118，到达阴极116C中的反应区域。
单位燃料电池120位于（图2A中的）燃料电池层100的外侧边缘上。质子从外部电路（未示出）以平行于燃料电池120的长度（进入页面内）的方向行进穿过互连件112b，并且沿着互连件112b的长度行进，随后，以垂直于燃料电池120的平面的方向行进，并且进入阴极涂层116C的非活性部分115。由于非活性部分115不与离子传导部件118接触，因此非活性部分115不支持氧化剂和质子之间的反应，但它作为连接部件。因此，非活性部分115和互连件112b一起形成了连接部件126。电子以平行于阴极涂层116C、燃料电池层100和互连件112b的平面的方向从非活性部分115行进到阴极涂层116C的活性部件117。氧接触阴极涂层116C并且行进到化学反应的区域。氧减少，并且产生了产物水，水可以扩散到周围大气中，或者留在阴极涂层116C中。
图3B是流经连接部件126的电流的截短示意性立体图，该连接部件126包括互连件，并且可选地还包括电极涂层的非活性部分。图3C和3D是分别作为沿着连接部件126的长度“L”和宽度“W”的距离“D”的函数的电流“i”的图表（宽度W可以与或可以不与互连件112b的宽度相同）。电流以平行于“y”轴的方向从电极涂层的活性部分流过电极涂层的非活性部分或互连件。如果电极涂层具有比互连件高的电导率，则电流的路径可以主要经过电极涂层的非活性部分。如果互连件具有比电极涂层高的电导率，则电流的路径可以主要经过互连件。如图3C所示，以该方向行进的电流在宽度W上是恒定的（并且相应地，电流密度沿W是恒定的）。
电流也流过互连件112b的整个长度，流向外部电路。如图3D所示，电流沿着互连件112b的长度L增大。类似地，电流密度沿着长度L增大，直到与外部电路的连接处。如可见的那样，电荷在长度L上行进的距离明显长于其在宽度W上行进的距离。由于电流沿着互连件的长度聚积，并且与在单位电池的情况下穿越宽度相比，电流沿着互连件的长度行进相对较长的距离，因而互连件的电阻率可以是电气性能损失的主要来源。因此，期望互连件112b沿其长度L具有高的电导率。
在设计平面燃料电池层的互连件时，需要权衡考虑。一方面，期望互连件具有高的电导率，尤其是沿其长度。然而，具有高电导率的许多材料要么昂贵，要么在氧化条件下产生腐蚀产物（例如：铜离子），这些腐蚀产物能够污染燃料电池的活性部件（例如：离子传导部件）。因此，可能期望互连件具有高的电导率，并且期望它被设计成不会将燃料电池的活性部件暴露给腐蚀产物。
在一些平面燃料电池层（例如，平面燃料电池层100）中，离子传导部件位于集电器之间，这些部件的边缘与集电器的边缘物理接触。期望平面燃料电池层能够防止燃料或者氧化剂在燃料电池层间泄漏。本发明实施方式的集电器（例如互连件）能够利用形成离子传导部件的材料形成防漏粘结。例如，这种粘结可以能够承受大约5psi或大约15psi的气体压力，而不会泄漏可检测量的流体，例如燃料。在一些实施方式中，层可以大体上不能渗透一些流体，但可以渗透其他流体。例如，层可以大体上不能渗透由燃料施加的气体压力；然而，水可以能够移动穿过离子传导部件。
一些平面燃料电池被设计用于便携式消费类应用，例如：笔记本电脑、蜂窝电话、个人数字助理（PDA）以及类似物。在这些应用中，可用于燃料电池组件和系统的空间很小。一些平面燃料电池需要夹持或压缩力来将电子互连件保持为与外部电路相接触。夹具以及用于压缩的其他装置可能占据便携式消费设备中的宝贵空间。被夹持的燃料电池的部件（例如，气体扩散层、催化剂层、流动通道）必须能够承受夹持力，而不会变形或被压碎。此外，夹具和其他压缩装置的使用可能限制燃料电池组件的设计和组装方法。本发明实施方式的平面燃料电池不需要对它们使用夹持或压缩力来维持与外部电路的接触。
图4A-4G示出了根据若干示例性实施方式的位于单位电池内的互连件的截短的截面图。为清楚起见，省略了电极涂层，图中仅包括了离子传导部件202的一部分。互连件210、220、230、240、250、260、260a、270均具有电子传导部件218、228、238、248、258、268、268a、278，这些电子传导部件包括一种或多种类型的一个或多个电子传导区。互连件210、230、250、260、260a、270包括一个或多个第一电子传导区212、232、252、262、262a、272。互连件210、220、230、240、250、260、260a、270包括一个或多个第二传导区214、224、234、244、254、264、264a、274。互连件220、240、250、260、260a、270还包括接口区226、246、256、266、266a、276。
第一传导区212、232、252、262、262a、272可包括具有中等电导率并且耐腐蚀的材料。例如，第一传导区可以包括碳质材料，例如：碳纤维、碳针、无定形碳、碳针状物、碳泡沫材料、碳布、类似物或其组合。可选地或此外，第一传导区可包括非碳材料，例如：导电陶瓷、导电聚合物、类似物或它们的组合。
在燃料电池层中，第一传导区可提供从电极涂层至第一传导区（如果存在的话）的适度导电的路径，反之亦然。在包括第二传导区的互连件中，第一传导区可以辅助将燃料电池的活性部件与腐蚀产物相隔离。在这种互连件中，第二传导区可以位于第一传导区附近（例如，图4A、4E），或者可以位于第一传导区的两个部分之间，或者嵌入到第一传导区中（例如，图4C、4F、4G、4H）。在不包括第二传导区的互连件中，第一传导区可以提供至外部电路或始于外部电路的适度导电的路径。
第二传导区214、224、234、244、254、264、264a、274包括具有极高电导率的材料（例如，电导率高于第一传导区中的材料的电导率的材料）。例如，第二传导区可以包括金属或合金。在示例性实施方式中，第二传导区包括铜，例如铜网。然而，在其他实施方式中，第二传导区可以包括具有高电导率的其他材料。在燃料电池层中，第二传导区可提供至或始于外部电路的沿着互连件的长度（或长度的大部分）的高导电路径。
接口区226、246、256、266、266a、276包括一种或多种材料，这些材料可以是不导电的、不传导离子的，或者二者。例如，接口区以其固化或未固化形式：可以作为粘结剂；是化学惰性的；提供用于与离子传导部件的材料粘结的良好表面；或者这些的组合。可选地或此外，接口区可以包括作为填充剂或增强剂的不导电材料。例如，接口区可以包括纤维玻璃、环氧树脂、聚合物、热固性聚合物、塑料、二氧化钛、氧化铁、碳酸钙、类似物或它们的组合。
在燃料电池层中，接口区可以起众多功能中的一个或多个。接口区可以通过提供用于终止电极涂层的不导电表面而辅助隔离单位电池。接口区可以提供能够形成与离子传导部件的中等强度的粘结的表面。根据使用的材料和方法，接口区可以促进互连件和形成离子传导部件的离子传导材料之间的粘附。利用包括第二电子传导区但不包括第一电子传导区的互连件，接口区可以将离子传导部件隔离以不与第二传导区直接物理接触，由此降低被腐蚀产物污染的可能性。
图4A示出了根据第一示例实施方式的互连件。互连件210具有电子传导部件218，其包括一个第一传导区212和一个第二传导区214。在燃料电池层中，互连件210可以提供高电导率（即，经由第二传导区214），同时隔离燃料电池的活性部件，使之不暴露给腐蚀产物。由于第二传导区214不与离子传导部件202直接物理接触，腐蚀产物直接浸入或迁移到离子传导部件202中的可能性可以被降低。相关的电极涂层的位置可以使得其不与第二电子传导区214直接物理接触（例如，其可以在第一传导区212而不是第二传导区214之上或之下延伸）。在这样的实施方式中，在燃料电池系统的寿命期间，腐蚀产物间接浸入或迁移到离子传导部件中（例如，经由电极涂层的非活性部分）的可能性可以被大大降低。
图4B示出了根据第二示例实施方式的互连件。互边件220具有电子传导部件228，其包括一个第二电子传导区224和接口区226。由于第二传导区224不与离子传导部件202直接物理接触，腐蚀产物直接浸入传导部件202中的可能性可以被降低。接口区226可以提供促进离子传导部件202和互连件220之间的粘附的表面。
第一传导区和/或接口区也可以为互连件提供强度和硬度。图4C和4D分别示出了互连件230和240。互连件230具有一个第二传导区234，其夹在两个第一传导区232之间。互连件240具有一个第二传导区244，其夹在两个接口区246之间。在第二传导区234、244的两侧上的第一传导区232或接口区246的包括可以为互连件230、240提供额外的强度或硬度。
图4E示出了根据第五示例实施方式的互连件。互边件250具有电子传导部件258，其包括一个第一传导区252和一个第二传导区254。互连件250还具有一个接口区256。在燃料电池层中，第一传导区252可提供从电极涂层至第二传导区254的路径，反之亦然。第一传导区可以使第二传导区和电极涂层能够形成电接触，而不是物理接触，由此降低离子传导部件202在燃料电池系统的寿命期间被污染的可能性。第二传导区254可以提供至或来自单位燃料电池的高导电路径。接口区256可以提供促进离子传导部件202和互连件250的材料之间的粘附的表面。
图4F和4G分别示出了根据第六和第七示例实施方式的互连件。互连件260和270均是先前描述的实施方式的变体。如所见的那样，互连件260、270均具有电子传导部件268、278，电子传导部件268、278包括夹在两个第一传导区262之间的一个第二传导区264。互连件260、270的区的功能可以类似于根据先前描述的实施方式的互连件的区。
图4H示出了根据第八示例实施方式的互连件。互连件260a是图4F中所示的互连件260的实施方式的变体，然而，该变体可以应用到示例实施方式的任一个中，其中，第二传导区夹在两个第一传导区或两个接口区的中间。在图4H中，第二传导区264a以非对称的方式夹在两个第一传导区262a的中间。这样的实施方式可以允许第二传导区和燃料电池的活性区之间的距离最大化，并且在第二传导区264a嵌入或夹在两种其他材料之间的实施方式中对互连件260a的总宽度的影响最小。
如所见的那样，互连件230、240、270均相对于其长度对称-例如，它们均具有夹在每侧上相同的两个区或两个区组之间的第二传导区234、244、274。在燃料电池系统中，互连件230、240、270可以不太可能弯曲或包裹，这是因为第二传导区234、244、274的每侧上的区都具有相同的热膨胀系数。
一些燃料电池系统使用液态（例如直接甲醇燃料电池系统中的甲醇）或加湿气体（例如PEM燃料电池系统中的加湿氢）的燃料。在不使用液态和加湿气体形式的燃料的燃料电池系统（例如，使用非加湿氢的PEM燃料电池系统）中，在阴极产生的水可以汇合到燃料室（plenum）中。在任意的这种存在水或液体的燃料电池系统中，包括金属的互连件的使用可能导致通过使腐蚀产物浸入到离子传导部件中而污染离子传导部件。
图5是根据示例性实施方式燃料电池系统280的横截面视图，示出了图4G中所示的互连件（端集电器）。燃料电池系统280具有燃料电池层282，燃料电池层282具有复合层，复合层包括互连件284、阴极涂层286和阳极涂层288。互连件284具有第一传导区283和第二传导区285，第一传导区283包括非腐蚀性导电材料，第二传导区285包括可能易受腐蚀的导电材料，例如金属。在一些实施方式中，第二传导区285可以具有比第一传导区283高的电导率。在一些其他实施方式中，第二传导区285和/或第一传导区283可以具有各向异性导电，并且可以在一个方向上比其他方向更导电；例如，第一传导区283可以在跨越其宽度方向（例如，如图5所示，跨越页面）上更加导电，而第二传导区285可以沿其长度（例如，如图5所示，进入页面方向）方向更加导电。在所示实施方式中，燃料电池系统280包括与燃料电池层282连接的燃料分配歧管290，限定了燃料室292。在所示实施方式中，燃料分配歧管290经由间隔物294附接到燃料电池层282。然而，在替代实施方式中，燃料分配歧管290可以直接连接到燃料电池层282，或者可以利用例如布置在燃料电池层282和燃料歧管290之间的流场或多孔层（未示出）而间接连接到燃料电池层282。额外的支撑结构可以布置在燃料歧管290和燃料电池层282之间，例如描述在题为FUEL CELL SYSTEMS INCLUDING SPACE-SAVING FLUIDPLENUM AND RELATED METHODS的共有美国专利申请No.2009/0081493中的支撑结构，通过引用将该申请全文并入本文中。
在所示实施方式中，间隔物294的布置使得它覆盖第二电子传导区285的表面。尽管存在从阴极涂层286延伸到第一传导区285的电通路（经由第一传导区283或阴极涂层286的非活性部分），但燃料不会与第一传导区285接触（既不直接也不间接经由阴极涂层286接触）。相应地，互连件284提供了进入和离开燃料电池层282的高导电通路，但不会将燃料电池层282的活性部件暴露在燃料电池运行时可能产生腐蚀产物的材料中。
当用在燃料电池系统中时，根据实施方式的互连件可以简化至外部电路的连接。图6A和6B是根据示例实施方式的采用图4G的互连件306、346的燃料电池层302、342的顶部立体图。部分燃料电池系统300、340包括燃料电池层302、342。燃料电池系统300还包括连接部件304。为清楚起见，省略了燃料歧管组件。燃料电池层302、342具有阴极涂层314、354和布置在包括内部集电器305、345和互连件306、346的复合层上的阳极涂层（未示出）。在所示实施方式中，互连件306a、346a部分地由阴极涂层314、354覆盖，而互连件306b、346b被示出为完全暴露（并且将与燃料电池层302、342的未示出的阳极涂层接触）。在所示实施方式中，互连件306a、306b、346a、346b具有包括金属的第二传导区316、356。燃料电池层302、342还包括接口区318a、318b、358a、358b，这些接口区位于内部集电器305、345的两侧上以在相邻单位燃料电池之间提供电间断的区域。
使用具有第一传导区316、356的互连件306a、306b、346a、346b，人们可以将焊接做为连接燃料电池层300、340和外部电路的方法。参考图6A，在燃料电池系统300中，创建了焊盘308，并且焊盘308与互连件306a、306b的第二传导区316接触。焊盘308可以提供较大的表面以与突起310接触。在所示实施方式中，突起310是螺丝。然而，可以使用其他突起，例如销（例如弹簧销）、旋钮、饰钉或类似物。突起310可以通过各种手段连接到外部电路。在示例实施方式中，突起310与电路板接触。
外部电路也可以直接连接到互连件。参考图6B，在燃料电池系统340中，外部电路350的线可以分别在点348a、348b处直接焊到互连件346a、346b上。因此，使用根据一些实施方式的互连件的燃料电池系统可以不需要夹持或压缩力来维持与外部电路的接触。根据这些实施方式的燃料电池系统可能在设备（例如便携式消费应用）中需要较小的空间。
在其他实施方式中，互连件本身可以提供方便的垫片或表面来与外部电路连接。例如，螺丝、销（例如弹簧销）或其他突起可以放置成直接与互连件接触，而不需要焊盘。在其他实施方式中，可以通过将燃料电池层塞到卡-边缘连接器中而将互连件放置成与边缘-卡连接器的端子接触。
上文描述了根据本发明的一种或多种实施方式的互连件，用于图2A的示例平面燃料电池中。然而，互连件可以应用于其他示例平面燃料电池中。例如，互连件可以应用到边缘堆积型燃料电池的许多其他实施方式，例如公开在题为ELECTROCHEMICAL CELL SYSTEM WITHSIDE-BY-SIDE ARRANGEMENT OF CELLS的美国专利No.5,989,741和题为SIDE-BY-SIDE FUEL CELLS且公开号为No.US2008/0299435的美国专利申请No.12/153,764。
图7是根据示例实施方式的制备诸如图4E-4H中示出的互连件的互连件的一种可能方法的方框程序图。在方法400中，第一导电材料402和第二导电材料404经历第一分层阶段410以产生“层状结构”412。层状结构412经历固化阶段420以产生预成型物422。预成型物422可以可选地经历第二分层阶段430以产生涂层的预成型物432，并且可选地，涂层的预成型物432经历第二固化阶段440以产生互连板442。互连板442经历切割阶段450以产生互连件452。
导电材料402、404经历分层阶段410以产生“层状结构”412。分层阶段410可以包括利用一种或多种第二导电材料404分层一种或多种第一导电材料402以形成层状结构412。第一导电材料402可以包括一种或多种具有中等电导率并且耐腐蚀的材料。例如，第一导电材料可以包括碳质材料，例如：石墨、膨胀石墨、碳纤维、碳针、无定形碳、碳泡沫、类似物或它们的组合。在示例实施方式中，第一导电材料402可以包括碳纤维，例如编织碳纤维。第一导电材料也可包括非导电材料，例如，能够将材料粘结到一起的或者可固化的非导电材料，例如热固性聚合物。在示例实施方式中，第一导电材料402可以包括环氧树脂。在另一示例实施方式中，第一导电材料402可以包括预浸渍的编织碳纤维形式的碳纤维和环氧树脂。
第二导电材料404可以包括一种或多种具有非常高电导率的材料（即，一种或多种电导率比第一导电材料402的电导率高的材料）。例如，第二导电材料404可以包括金属或合金。在示例实施方式中，第二导电材料404可以包括铜或铜网。第二导电材料404可以额外地包括非导电材料，例如聚合物或聚合物混合物。第二导电材料404可包括能够将材料粘结到一起的或者可固化的非导电材料。在示例实施方式中，第二导电材料404可包括聚合物混合物，聚合物混合物包括树脂，例如环氧树脂，或者任何热固性或热塑性聚合物，或者任何其他聚合物或具有适当性质的复合材料。
层状结构412可以经历固化阶段420以产生预成型物422。固化阶段420可以包括使层状结构412经受温度、压力或二者一段时间。例如，层状结构412可以经受足以产生期望厚度或平整度的预成型物422的压力。
层状结构412可以可选地经历第二分层阶段430以产生涂覆的预成型物432。第二分层阶段430可以包括利用预成型物422分层接口材料434。接口区材料434可以包括不导电且化学惰性（或者能够呈现化学惰性）的一种或多种材料。在示例实施方式中，接口材料434可以包括填充剂436以及可固化聚合物混合物438。填充剂336可以包括不导电材料，其功能是增加最终接口区的宽度或提供强度或结构支撑，不导电材料例如：玻璃纤维（例如编织玻璃纤维或非编织玻璃纤维）、塑料（例如塑料板材、塑料颗粒、塑料编织绳或多孔塑料）、二氧化钛、氧化铁、二氧化硅、碳酸钙、类似物或它们的组合。可固化聚合物混合物438可以包括化学惰性的、电绝缘的或提供与离子传导材料粘结的良好表面的一种或多种材料。在示例实施方式中，可固化聚合物混合物438可包括作为粘结剂并且能够被固化的不导电材料。在一些实施方式中，在存在热的情况下可以加速或激活固化，例如热固性聚合物。可固化聚合物混合物可以在不加热的情况下被固化。可固化聚合物混合物可包括诸如树脂、硬化剂、增韧剂、催化剂或促进剂的材料。然而，其他实施方式的接口材料可以仅包括这些材料中的一种或不包括这些材料。
第二分层阶段430可以包括利用预成型物422通过将填剂436布置在预成型物422上而分层接口材料434，并且随后应用可固化聚合物混合物438。可选地，第二分层阶段可包括在布置填充剂436之前激活固化的预成型物422的表面。激活可以改进固化的预成型物422的表面和接口材料434之间的粘附。
涂覆的预成型物432（如果存在的话）可以经历第二固化阶段440以产生互连板442。第二固化阶段440可以包括使涂覆的预成型物432经受温度和压力一段时间。例如，涂覆的预成型物432可以在一个温度下被加热，该温度高于可固化聚合物混合物固化的温度但低于其分解的温度。例如，涂覆的预成型物432可以经受压力，例如足以产生期望厚度或平整度的接口板442的压力。可选地，当制备图4G中的互连件时，可以重复第二分层阶段430和第二固化阶段440。
互连板442可以经历切割阶段460以产生互连件452。在切割阶段460，互连板442（或预成型物422）可以被切割以形成独立的集电器452。
可以改变方法400以制备根据其他实施方式的互连件。例如，第一电子传导区可以被省略以产生如图4B和4D中所示的互连件。
导电纤维的朝向
本发明的各种实施方式提供了包括导电纤维的燃料电池连接部件。任何合适成分的导电纤维可以出现在燃料电池连接部件的任何合适的部分中，包括第一和第二电子传导区中的一个或两个中。可以在本发明的燃料电池连接部件中使用任意合适数量、朝向、类型或间隔的导电纤维。例如，导电纤维可以是束。束可以包括搓合的、未搓合的、编织的或任何其他适当布置的纤维。导电纤维可以是分离的不成束纤维。类似对齐的纤维或纤维束可以间隔开以使得它们接近或被压在一起。在另一种实施方式中，类似对齐的纤维或纤维束可以在纤维之间或束之间具有任意适当量或适当格局的间隔。例如，类似对齐的纤维或束可以间隔开大约0.0001mm、0.001mm、0.01mm、0.1mm、1mm或大约10mm。
尤其是当使用多个燃料电池时，例如在堆叠或平面燃料电池系统中，来自部件的电阻可能累积到在阵列中形成相对较大的内部电阻。大的内部电阻可能降低燃料电池系统的性能，包括具有多个电池的燃料电池系统，包括堆叠或平面燃料电池系统。需要一种高度导电的燃料电池连接部件，其强度高并且可固化，其生产简单便宜。
本发明的各种实施方式提供了包括互连件或集电器的燃料电池连接部件。燃料电池连接部件包括以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维。燃料电池连接部件提供了从燃料电池的至少一个电极至外部电路或至不同燃料电池的电极的导电通路。本发明的实施方式还提供了包括燃料电池连接部件（包括燃料电池层）的燃料电池以及其制造方法。
本领域技术人员一般会认为，通过在燃料电池连接部件中形成最短和最直接的导电路径，能够在使用导电纤维的该部件中实现最高的电导率。在燃料电池传导部件中，这可能涉及布置第一组导电纤维以使得它们与电极形成直角。然而，举例来说，在本发明的一些实施方式中，已经发现：通过定向导电纤维以使得它们与电极或电极涂层形成小于大约90°的角度（例如45°），燃料电池连接部件的电导率大于导电纤维以大约90°定向到电极或电极涂层的燃料电池连接部件的电导率。
此外，对于本领域技术人员而言，为了在燃料电池连接部件中布置导电纤维以实现最短路径，这可能涉及布置第二组导电纤维以使得它们与第一组导电纤维形成大致的直角（例如，第一和第二组导电纤维形成网格），从而第二组导电纤维平行于燃料电池传导部件的长度。这尤其是互连件的情况，其中，电流可以沿着互连件的长度行进至外部电路。这样的布置可以提供纤维的朝向，其中纤维平行于传导电子的平面。然而，在另一实例中，令人惊讶和出乎意料的是，通过在燃料电池连接部件中包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，这两组导电纤维与电极或电极涂层形成小于大约90°的角度，例如45°，并且每组导电纤维彼此之间形成大约90°的角度（例如，第一和第二组导电纤维形成网格），燃料电池连接部件的电导率高于包括第一和第二组导电纤维的燃料电池传导部件（一组导电纤维与电极或电极涂层形成大约90°的角度，每组导电纤维彼此之间形成大约90°的角度）的电导率。
不束缚于任何特定的操作原理，通过定向导电纤维使得它们与电极或电极涂层形成小于大约90°的角度，例如45°，本发明的燃料电池连接部件的一些实施方式能够展现出更高的电导率，这是因为在与电极的接口处碳纤维的更大的暴露表面积，例如更大的接口面积。在另一实例中，小于大约90°的角度可以允许每个纤维或纤维束在电极接口的表面积大于纤维或纤维束以大约90°的角度相对于电极或电极涂层定向时的表面积；这可以类似于当以非90°角度截取圆柱的高度时圆柱具有更大表面积的横截面。在一个实例中，独立于每条纤维或每个束的较大面积，小于90°的角度可以允许用于出现在电极接口上的纤维或纤维束的更大空间。即使在一些实施方式中导电纤维的非90°角度可能在燃料电池连接部件内导致电阻增加，但表面积的增加可以大大地弥补这种损失，并且总的来说，燃料电池连接部件可以在燃料电池内具有更大的电导率。
在包括第一和第二组导电纤维的燃料电池传导部件中，其中第一组与电极或电极涂层形成大约90°的角度，每一组彼此之间形成大约90°的角度，第二组纤维允许沿着部件长度的直接传导路径，第一组纤维允许从电极至电极的直接路径；然而，在第二组纤维中，电流必须在纤维间跳跃以在电极间移动，并且在第一组纤维内，电流必须在纤维间跳跃以平行于部件的长度移动，并且在两组纤维内，电流必须从第一组纤维跳跃到第二组纤维以从电极移动到平行于部件长度的方向，上述的任一种情况都可能导致导电损耗。相比之下，在燃料电池连接部件中包含第一组导电纤维和第二组导电纤维的实施方式中，其中这两组导电纤维与电极或电极涂层形成小于大约90°的角度，例如45°，并且每组导电纤维彼此之间形成大致90°的角度（例如，第一和第二组导电纤维形成网格），两组纤维均能够提供既沿着部件的长度又从电极至电极沿着独立纤维的传导路径，并且纤维间的跳跃减少。即使这个角度的纤维的朝向可能意味着发生传导的整个纤维长度对于电极-电极传导和平行于燃料电池连接部件的长度的传导来说较长，导电纤维的更大整体横截面面积可用于电极-电极方向以及平行于部件长度方向上的传导中，这与增加的接口面积一起能够有助于弥补由增加的导电路径长度引起的任何导电损耗。一些实施方式也可以可选地包括大致平行于燃料电池连接部件的长度的纤维。一些实施方式不包括大致平行于燃料电池连接部件的长度的纤维。
不束缚于任何特定的操作原理，通过定向导电纤维使得它们与电极或电极涂层形成小于大约90°的角度，例如45°，本发明的燃料电池连接部件的一些实施方式可以更坚固耐用，并且可以具有更不易被拉出的导电纤维，这是由于与和电极或电极涂层形成大致90°角度的导电纤维的长度相比，燃料电池连接部件内的导电纤维的长度更长。燃料电池连接部件内的导电纤维的更大长度转换为存在于燃料电池连接部件内的导电纤维的更大表面积，这意味着每个导电纤维的更大表面积与粘结剂接触。通过增加纤维与粘结剂接触的表面积，一些实施方式可以具有与纤维的更强粘结。与纤维的更强粘结可以使得纤维的拉出阻力增大。此外，与纤维的更强粘结可以使得燃料电池连接部件的强度和耐久性增加。在一些实施方式中，与纤维的更强粘结可以有助于将具有主要的拉伸分量的纤维拉力转换成燃料电池连接部件内的既具有拉伸分量又具有剪切分量的力，因此将力分布在燃料电池连接部件的较大面积上。在一些实施方式中，改变导电纤维与电极或电极涂层形成的角度可以改变拉伸纤维拉力能够分解成燃料电池连接部件内的拉伸和剪切力分量的程度。在包括与第一组纤维成大致90°角度的第二组纤维的实施方式中，这两组纤维可以具有更大的与粘结剂接触的表面积，这是因为与电极或电极涂层形成的小于90°的角度。在不具有平行于燃料电池连接部件的长度的纤维的实施方式中，由于缺乏平行于燃料电池连接部件的长度的纤维而引起的任何强度损失可以通过由于与电极或电极涂层形成小于90°角度的纤维的增大的表面积而引起的强度增加来大大地弥补。除了与电极或电极涂层形成小于90°角度的纤维之外，其他实施方式也具有大致平行于部件长度的导电纤维。
在另一实例中，可以利用比其他燃料电池连接部件更小的压缩力来制造本发明的一些实施方式。在一些实施方式中，在制造期间大量压缩力的使用可能有助于确保导电纤维在电极接口处足够高的密度。此外，在一些实施方式中，在制造期间大量压缩力的使用可能有助于确保包括纤维间跳跃的电流路径的低电阻。然而，对于包括相对于电极或电极涂层以小于90°的角度定向的导电纤维并且包括较高的接口表面积的实施方式而言，使用高压缩力来在接口处实现较高密度的导电纤维可能不那么重要。在一些实施方式中，在制造期间采用高压缩力的效用可以由较高的接口表面积抵消（由于纤维的朝向），或者由其他优势抵销，包括用于特定方向上传导的较小纤维间跳跃，或者包括更大的整体横截面传导面积。包括相对于电极或电极涂层以小于90°的角度定向的导电纤维的一些实施方式可以利用与其他燃料电池连接部件相同量或更大量的压缩力来制得。
包括相对于电极或电极涂层以小于90°的角度定向的导电纤维的燃料电池连接部件的一些实施方式可能具有本文讨论的优势，包括较高的电导率，导电纤维的更牢固粘结，更大的强度，更好的耐久性，或在制造期间需要的压缩力较小，而不增加复杂度、价格，没有材料的改变或者在制造过程中不出现其他实质性变化。导电纤维的朝向的修正，或者具有不同纤维朝向的导电纤维的添加可以是相对简单的制造规程，该规程在一些实施方式中可以在制造复杂性或成本增加最小的情况下实施。
在各种实施方式中，本发明提供了燃料电池连接部件。该燃料电池连接部件包括不导电的接口区。不导电的接口区具有第一表面和第二表面。该燃料电池连接部件还包括电子传导部件。电子传导部件具有两个表面，并且其长度平行于电子传导部件的两个表面。电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近。电子传导部件包括导电纤维。导电纤维的朝向大致平行于电子传导部件的两个表面。导电纤维适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极。该燃料电池连接部件还包括粘结剂。粘结剂将接口区和电子传导部件保持在一起。燃料电池连接部件适于用在燃料电池中，从而它提供燃料电池的至少一个电极和外部电路之间或燃料电池的至少一个电极和不同燃料电池的至少一个电极之间的导电路径。
在一些实施方式中，适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维可以包括适于以小于大约80°、70°、60°或小于大约50°的角度定向到燃料电池的至少一个电极的导电纤维。在一些实施方式中，适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维可以包括适于以大于大约0°、10°、20°、30°或40°的角度定向到燃料电池的至少一个电极的导电纤维。在一些实施方式中，适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维可以包括适于以大约45°定向到至少一个电极，以大约45°至大约50°定向到至少一个电极，以大约35°至大约55°定向到至少一个电极，或者以大约30°至大约60°定向到至少一个电极，或者以大约22°至大约68°定向到至少一个电极。除了适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极的导电纤维之外，燃料电池连接部件可包括其他导电纤维，例如适于以大约90°的角度定向到至少一个电极的导电纤维，或者适于以大约0°的角度定向到至少一个电极的导电纤维。
在一些实施方式中，燃料电池连接部件可以至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维。第一组和第二组导电纤维可以适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极。第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向可以使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大约45°至大约135°之间的角度。在一些实施方式中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向可以使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大约50°至大约130°之间，大约60°至大约120°之间，大约70°至大约110°之间，大约80°至大约100°之间，大约85°至大约95°之间，或大约90°的角度。在一些实施方式中，第一组和第二组纤维形成网格，其中，网格的纤维与燃料电池的至少一个电极形成大约45°的角度。在一些实施方式中，导电纤维可以包括碳纤维。在一些实施方式中，导电纤维可以包括金属纤维，例如包括铜纤维（例如铜金属纤维），或者例如包括铜金属和碳纤维的复合纤维。
在在一些实施方式中，燃料电池连接部件可以包括接口区和电子传导部件，接口区可包括玻璃纤维，而电子传导部件可包括导电纤维和粘结剂。在一些实施方式中，导电纤维可以包括诸如碳纤维或诸如包括导电金属的纤维的纤维。在一些实施方式中，导电纤维可以包括导电金属纤维，例如铜金属纤维，或者包括金属的复合纤维（例如包括铜和碳纤维的复合纤维）。在一些实施方式中，电子传导部件可以包括碳纤维和包括导电金属的纤维，例如铜金属纤维，或者例如包括铜金属和碳纤维的复合纤维。在一些实施方式中，电子传导部件可以包括接口区附近的碳纤维以及包括碳纤维附近的包括导电金属或其复合材料的纤维。碳纤维以及金属或复合纤维中的一种或两种可以包括以小于大约90°的角度（例如45°）定向到燃料电池的至少一个电极的纤维。碳纤维和包括导电金属的纤维中的一种或两种可以包括第一和第二组导电纤维，每组导电纤维以小于大约90°的角度（例如45°）定向到燃料电池的至少一个电极，并且其中，第一和第二组导电纤维彼此之间形成大约45°和大约135°之间的角度，例如90°。在一个实例中，对于碳纤维和包括导电金属的纤维中的一种或两种来说，第一组和第二组纤维形成网格，其中，网格的纤维与燃料电池的至少一个电极形成大约45°的角度。
在一些实施方式中，燃料电池连接部件是互连件。在一些实施方式中，燃料电池连接部件是集电器。在一些实施方式中，燃料电池连接部件既是集电器，又是互连件。
本发明提供了燃料电池。该燃料电池包括离子传导部件。燃料电池还包括两个或多个电极涂层。燃料电池还包括一个或多个燃料电池连接部件。燃料电池连接部件包括不导电的接口区。不导电的接口区具有第一表面和第二表面。不导电的接口区的第一表面与离子传导部件接触。燃料电池连接部件还包括电子传导部件。电子传导部件具有两个表面，并且其长度平行于电子传导部件的两个表面。电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近。电子传导部件包括导电纤维。导电纤维的朝向大致平行于电子传导部件的两个表面。导电纤维适于以小于大约90°的角度定向到一个电极涂层。电子传导部件提供了一个电极涂层和外部电路之间或一个电极涂层与另一燃料电池的电极涂层之间的导电路径。路径沿着电子传导部件的长度延伸。燃料电池可以包括本文描述的任何燃料电池连接部件。
本发明提供了燃料电池层。该燃料电池层包括复合层。复合层包括第一表面和第二表面。复合层包括多个燃料电池连接部件。复合层包括多个离子传导部件。离子传导部件位于燃料电池连接部件之间。复合层还包括第一多个电极涂层。第一多个电极涂层位于第一表面上以形成阳极。复合层还包括第二多个电极涂层。第二多个电极涂层位于第二表面上以形成阴极。第一和第二多个电极涂层均与离子传导部件中的一个离子接触，并且与燃料电池连接部件中的一个电接触。至少一个燃料电池连接部件包括接口区。接口区具有第一表面和第二表面。第一表面与离子传导部件中的一个接触。至少一个燃料电池连接部件还包括至少一个电子传导部件。该至少一个电子传导部件具有两个表面以及平行于两个表面的长度。至少一个电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近。至少一个电子传导部件包括导电纤维。导电纤维的朝向大致平行于至少一个电子传导部件的两个表面。导电纤维适于以小于大约90°的角度定向到第一或第二多个电极涂层中的至少一个。至少一个燃料电池连接部件提供了第一或第二多个电极涂层中的至少一个与外部电路之间，或者第一或第二多个电极涂层中的一个与第一或第二多个电极涂层中的另一个之间的导电路径。路径沿着至少一个电子传导部件的长度延伸。燃料电池层可以包括本文描述的任何燃料电池连接部件或任何燃料电池。
在一些实施方式中，例如在显微镜的帮助下观察根据本发明的实施方式制得的燃料电池连接部件的顶部或侧面截面，可以揭示与具有其他导电纤维布置的燃料电池连接部件的顶部或侧面横截面相比的导电纤维定向方面的有利差异。在包括第一组和第二组导电纤维的燃料电池连接部件的顶部横截面视图中，第一组纤维适于以大约90°的角度与电极或电极涂层对齐，第二组纤维适于定向成大致平行于燃料电池连接部件的长度，其中，第一和第二组纤维彼此之间形成大致90°的角度，可以看出，一组纤维束具有暴露的端部，而另一组纤维束平放在平面中。在这种燃料电池连接部件的侧面横截面中，可以看出，一组纤维具有从顶部到底部表面的可能的最短的导电路径（作为纤维的垂直横截面可见），而第二组纤维不形成从顶部到底部表面的导电路径（作为平行于部件长度的纤维的端部可见）；因此，电流必须发生纤维间跳跃以移动穿过平面，并且电流必须在第二组纤维之间发生纤维间跳跃以在第二组纤维内从顶部表面移动到底部表面。与根据本发明实施方式制得的燃料电池连接部件的顶部和侧面横截面视图相比，在包括第一组和第二组导电纤维的燃料电池连接部件的顶部横截面视图中，第一和第二组纤维适于以大约45°的角度定向到燃料电池的电极或电极涂层，并且第一和第二组纤维彼此之间形成大约90°的角度，可以看出，由于第一和第二组纤维都能够接触电极并且与之形成大约45°的角度，因此与第一组纤维适于以大约90°的角度与电极或电极涂层对齐且第二组纤维定向成大致平行于燃料电池连接部件的长度的燃料电池连接部件（其中，第一和第二组纤维彼此之间形成大约90°度的角度）相比，大约两倍数量的纤维接触顶部表面。在根据本发明的实施方式制得的燃料电池连接部件的侧面横截面视图中，可以看出，没有纤维与电极形成大约90°的角度（如果有的话，将出现为从顶部至底部的纤维的垂直横截面），并且，所有的纤维与电极形成大约45°的角度（作为纤维的端部可见）。
实例
通过参考下文中以示例性方式给出的实例，将可以更好地理解本发明。本发明不限于本文给出的这些实例。
实例1、在各种朝向的导电纤维的情况下的燃料电池连接部件的电压 降测试。
利用各种朝向的导电纤维制备了若干燃料电池连接部件。每个燃料电池连接部件均包括通过环氧树脂粘结在一起的两层玻璃纤维之间的导电纤维的网格。燃料电池连接部件包括具有8束“标准”配置（“8x标准CC”，4束适于与电极或电极涂层成大约90°的角度，4束与燃料电池连接部件的长度大致平行）的碳纤维的两个燃料电池连接部件，具有8束45°配置（“8x45°CC”，全部8束适于与电极或电极涂层成大约45°，其中4束与另外4束形成大约90°的角度）的碳纤维的两个燃料电池连接部件，具有12束“标准”配置（“12x标准CC”，6束适于与电极或电极涂层成大约90°，6束与燃料电池连接部件的长度大致平行）的碳纤维的一个燃料电池连接部件，以及具有12束45°配置（“12x45°CC”，所有的12束适于与电极或电极涂层成大约45°，其中6束与另外6束形成大约90°的角度）的碳纤维的一个燃料电池连接部件。通过下述方法测量每个燃料电池连接部件的阻值：利用大约10psi的压力在两个电极之间压缩燃料电池连接部件，将已知电流通过部件，并且利用DC电阻测定仪测量电压降。较大的电压降对应于较高的阻值。然后，以相同的方式但利用顶部的GrafoilTM垫（5mil，由片状石墨制成）测量每个燃料电池连接部件的电压降。由于在忽略燃料电池连接部件和垫之间的接口表面积时GrafoilTM垫通常具有与燃料电池连接部件之间的较小接触电阻，因此利用GrafoilTM垫测量部件两端的电压降可以有助于区分由部件和电极之间的接触电阻引起的电阻和部件的体电阻。如可以从下文中表1报告的结果看出的那样，45°配置可能导致基于“标准”配置提供大约20%至大约26%的改进。此外，使用GrafoilTM垫测得的90°配置和45°配置之间的较小的阻值测量差异与不利用GrafoilTM垫测得的较大差异相比，证明在这些实施方式中，45°配置具有比90°配置更低的接触电阻（例如，增大的接口面积），并且45°配置具有比90°配置更低的体电阻，但45°配置和90°配置的接触电阻之间的差异大于45°配置和90°配置的体电阻之间的差异。
表1
Figure BDA0000471042210000301
Figure BDA0000471042210000311
上述说明是示例性的，而不是限制性的。例如，本领域内的技术人员在阅读上述说明之后可以使用其他实施方式。同样的，在上述详细说明中，各种特征可以组合在一起以使本公开合理化。这不应该被解释为意图指未要求保护的公开特征对于任何权利要求而言是必不可少的。而且，创造性的主题可以包括特定公开的实施方式的并非所有特征。因此，随附权利要求据此结合到具体实施方式中，每个权利要求本身做为独立的实施方式。应当参考随附权利要求以及这些权利要求所涵盖的等价物的全部范围确定本发明的范围。
提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)的规定，从而允许读者快速地确定技术公开内容的本质。应该理解，摘要的提交不应用于解释或限定权利要求的范围或意义。
额外实施方式
本发明提供了下述示例性实施方式，其编号不应当被解释为指定重要程度：
实施方式1提供了燃料电池连接部件，包括：不导电的接口区，该接口区具有第一表面和第二表面；电子传导部件，该电子传导部件具有两个表面和平行于电子传导部件的两个表面的长度，其中，电子传导部件的表面中的一个位于接口区的第二表面附近，该电子传导部件包括：导电纤维，其定向成大致平行于电子传导部件两个表面，并且适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极；及粘结剂，其中粘结剂将接口区和电子传导部件保持在一起；其中，燃料电池连接部件适于用在燃料电池中，从而该燃料电池连接部件提供燃料电池的至少一个电极和外部电路之间或燃料电池的至少一个电极和不同燃料电池的至少一个电极之间的导电路径，所述路径沿着电子传导部件的长度延伸。
实施方式2提供了如实施方式1的燃料电池连接部件，其中，导电纤维适于以大约22°和大约68°之间的角度定向到燃料电池的至少一个电极。
实施方式3提供了如实施方式1-2中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维适于以大约45°的角度定向到燃料电池的一个电极。
实施方式4提供了如实施方式1-3中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维都适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池的至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致45°至大约135°的角度。
实施方式5提供了如实施方式1-4中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维都适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池的至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致90°的角度。
实施方式6提供了如实施方式1-5中任一项的燃料电池连接部件，其中，粘结剂包括选自环氧或树脂的粘性剂。
实施方式7提供了如实施方式1-6中任一项的燃料电池连接部件，其中，接口区包括玻璃纤维。
实施方式8提供了如实施方式1-7中任一项的燃料电池连接部件，其中，燃料电池连接部件包括集电器，其中，集电器适于用在燃料电池中，从而该集电器提供燃料电池的至少一个电极和不同燃料电池的至少一个电极之间的导电路径。
实施方式9提供了如实施方式1-8中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件包括第一导电材料，其中，第一导电材料包括导电纤维。
实施方式10提供了如实施方式1-9中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维包括碳纤维。
实施方式11提供了如实施方式1-10中任一项的燃料电池连接部件，其中，燃料电池连接部件包括互连件，其中，该互连件适于用在燃料电池中，从而该互连件提供燃料电池的至少一个电极和外部电路之间的导电路径。
实施方式12提供了如实施方式1-11中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件包括两个电子传导区，每个电子传导区被限定在平行于电子传导部件的长度的两个表面之间。
实施方式13提供了如实施方式1-12中任一项的燃料电池连接部件，其中：电子传导部件包括第一电子传导区和第二电子传导区，该第一电子传导区包括第一导电材料，并且该第二电子传导区包括第二导电材料；并且其中，第一导电材料是耐腐蚀的，并且，第二导电材料的电导率大于第二导电材料的电导率。
实施方式14提供了如实施方式13的燃料电池，其中，第二导电材料选自由下述材料组成的群组：金属、金属合金及其组合。
实施方式15提供了如实施方式13-14中任一项的燃料电池连接部件，其中，第二导电材料包括导电纤维，所述导电纤维定向成大致平行于电子传导部件的两个表面，并且适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池的电极涂层中的一个。
实施方式16提供了如实施方式15的燃料电池连接部件，其中，第二导电材料的导电纤维包括铜金属纤维。
实施方式17提供了如实施方式13-16中任一项的燃料电池连接部件，其中，第一导电材料包括导电纤维，所述导电纤维定向成大致平行于电子传导部件的两个表面，并且适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池的该一个电极涂层。
实施方式18提供了如实施方式17的燃料电池连接部件，其中，第一导电材料的导电纤维包括碳纤维。
实施方式19提供了如实施方式13-18中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件包括两个第一电子传导区。
实施方式20提供了如实施方式13-19中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件和接口区粘结在一起以形成复合物。
实施方式21提供了如实施方式13-20中任一项的燃料电池连接部件，还包括第三电子传导区，该第三电子传导区包括第一导电材料。
实施方式22提供了如实施方式21的燃料电池连接部件，其中，第一电子传导区位于第二电子传导区的第一侧上，而第三电子传导区位于第二电子传导区的第二侧上，并且第二电子传导区的第一侧和第二侧彼此相对。
实施方式23提供了如实施方式1-22中任一项的燃料电池连接部件，其中，接口区适于与燃料电池的离子传导部件接触。
实施方式24提供了一种燃料电池，包括：离子传导部件；两个或多个电极涂层；一个或多个燃料电池连接部件，所述燃料电池连接部件包括：不导电的接口区，该接口区具有第一表面和第二表面，其中，不导电接口的第一表面与离子传导部件接触；电子传导部件，该电子传导部件具有两个表面和平行于电子传导部件的两个表面的长度，其中，电子传导部件的表面中的一个位于接口区的第二表面附近，该电子传导部件包括：导电纤维，其定向成大致平行于电子传导部件两个表面，并且以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个；其中，电子传导部件提供了一个电极涂层和外部电路之间或一个电极涂层与另一燃料电池的电极涂层之间的导电路径，所述路径沿着电子传导部件的长度延伸。
实施方式25提供了如实施方式24的燃料电池，其中，导电纤维以大约22°和大约68°之间的角度定向到一个电极涂层。
实施方式26提供了如实施方式24-25中任一项的燃料电池，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维均以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致45°至大约135°之间的角度。
实施方式27提供了如实施方式24-26中任一项的燃料电池，其中，燃料电池连接部件包括集电器，其中，燃料电池连接部件提供该一个电极涂层和另一燃料电池的电极涂层之间的导电路径。
实施方式28提供了如实施方式24-27中任一项的燃料电池，其中，电子传导部件包括第一导电材料，其中，第一导电材料包括导电纤维。
实施方式29提供了如实施方式24-28中任一项的燃料电池，其中，燃料电池连接部件包括互连件，其中，燃料电池连接部件提供该一个电极涂层和外部电路之间的导电路径。
实施方式30提供了如实施方式24-29中任一项的燃料电池，其中，电子传导部件包括两个电子传导区，每个电子传导区被限定在平行于电子传导部件的长度的两个表面之间。
实施方式31提供了如实施方式24-30中任一项的燃料电池，其中，电子传导部件包括第一电子传导区，该第一电子传导区包括第一导电材料，该第一导电材料包括定向成大致平行于电子传导部件的两个表面并且以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个的导电纤维，电子传导部件还包括第二电子传导区，该第二电子传导区包括第二导电材料，该第二导电材料包括定向成大致平行于电子传导部件的两个表面并且以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个的导电纤维；并且其中，第一导电材料是耐腐蚀的，而且第二导电材料的电导率大于第二导电材料的电导率。
实施方式32提供了如实施方式31的燃料电池，其中，第二导电材料选自由下述材料组成的群组：金属、金属合金及其组合。
实施方式33提供了如实施方式31-32中任一项的燃料电池，其中，第二导电材料的导电纤维包括铜金属纤维。
实施方式34提供了如实施方式31-33中任一项的燃料电池，其中，第一导电材料的导电纤维包括碳纤维。
实施方式35提供了一种燃料电池层，包括：具有第一表面和第二表面的复合层，该复合层包括：多个燃料电池连接部件；及位于燃料电池连接部件之间的多个离子传导部件；位于第一表面上以形成阳极的第一多个电极涂层；以及位于第二表面上以形成阴极的第二多个电极涂层，第一和第二多个电极涂层的每一个与离子传导部件中的一个离子接触且与一个燃料电池连接部件电接触；其中，至少一个燃料电池连接部件包括：接口区，该接口区具有第一表面和第二表面，第一表面与离子传导部件中的一个接触；及至少一个电子传导部件，所述电子传导部件具有两个表面和平行于两个表面的长度，所述至少一个电子传导部件的一个表面位于接口区的第二表面附近，其中，所述至少一个电子传导部件包括：导电纤维，其定向成大致平行于至少一个电子传导部件两个表面，并且以小于大约90°的角度定向到第一或第二多个电极涂层中的至少一个；其中，至少一个燃料电池连接部件提供了第一或第二多个电极涂层中的至少一个与外部电路之间，或者第一或第二多个电极涂层中的至少一个与第一或第二多个电极涂层中的另一个之间的导电路径，所述路径沿着所述至少一个电子传导部件的长度延伸。
实施方式36提供了如实施方式35的燃料电池连接部件，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维均以小于大约90°的角度定向到燃料电池的至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大约45°至大约135°之间的角度。
实施方式37提供了如实施方式35-36中任一项的燃料电池层，其中，导电纤维包括碳纤维。
实施方式38提供了如实施方式35-37中任一项的燃料电池层，其中，至少一个电子传导部件包括至少两种电子传导材料，即至少包括第一电子传导材料和第二电子传导材料。
实施方式39提供了如实施方式38的燃料电池层，其中，第一电子传导材料大体上是耐腐蚀的，并且其中第二电子传导材料具有比第一电子传导材料大的电导率。
实施方式40提供了如实施方式38-39中任一项的燃料电池层，其中，第一电子传导材料包括碳纤维，其中，第二电子传导材料包括铜纤维。
实施方式41提供了如实施方式39-40中任一项的燃料电池层，其中，第一电子传导材料与第一或第二多个电极涂层中的一个电接触。
实施方式42提供了如实施方式41的燃料电池层，其中，第二电子传导材料与第一电子传导材料和外部电路电接触，提供电极涂层和外部电路之间的导电路径。
实施方式43提供了实施方式1-42的任意一个或任意组合的装置和方法，可选地配置成引用的所有元件或选项都可以使用或从中进行选择。

Claims (42)

1.一种燃料电池连接部件，包括：
不导电的接口区，该接口区具有第一表面和第二表面；
电子传导部件，该电子传导部件具有两个表面和平行于电子传导部件的两个表面的长度，其中，电子传导部件的表面中的一个位于接口区的第二表面附近，该电子传导部件包括：
导电纤维，其定向成大致平行于电子传导部件的两个表面，并且适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极；及
粘结剂，其中粘结剂将接口区和电子传导部件保持在一起；
其中，燃料电池连接部件适于用在燃料电池中，从而该燃料电池连接部件提供燃料电池的所述至少一个电极和外部电路之间或燃料电池的所述至少一个电极和不同燃料电池的至少一个电极之间的导电路径，所述路径沿着电子传导部件的长度延伸。
2.如权利要求1的燃料电池连接部件，其中，导电纤维适于以大约22°和大约68°之间的角度定向到燃料电池的至少一个电极。
3.如权利要求1-2中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维适于以大约45°的角度定向到燃料电池的一个电极。
4.如权利要求1-3中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维都适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的所述至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致45°至大约135°的角度。
5.如权利要求1-4中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维都适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的所述至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致90的角度。
6.如权利要求1-5中任一项的燃料电池连接部件，其中，粘结剂包括选自环氧或树脂的粘性剂。
7.如权利要求1-6中任一项的燃料电池连接部件，其中，接口区包括玻璃纤维。
8.如权利要求1-7中任一项的燃料电池连接部件，其中，燃料电池连接部件包括集电器，其中，集电器适于用在燃料电池中，从而该集电器提供燃料电池的所述至少一个电极和不同燃料电池的至少一个电极之间的导电路径。
9.如权利要求1-8中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件包括第一导电材料，其中，第一导电材料包括导电纤维。
10.如权利要求1-9中任一项的燃料电池连接部件，其中，导电纤维包括碳纤维。
11.如权利要求1-10中任一项的燃料电池连接部件，其中，燃料电池连接部件包括互连件，其中，该互连件适于用在燃料电池中，从而该互连件提供燃料电池的所述至少一个电极和外部电路之间的导电路径。
12.如权利要求1-11中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件包括两个电子传导区，每个电子传导区被限定在平行于电子传导部件的长度的两个表面之间。
13.如权利要求1-12中任一项的燃料电池连接部件，其中：
电子传导部件包括第一电子传导区和第二电子传导区，该第一电子传导区包括第一导电材料，并且该第二电子传导区包括第二导电材料；并且
其中，第一导电材料是耐腐蚀的，并且，第二导电材料的电导率大于第二导电材料的电导率。
14.如权利要求13的燃料电池连接部件，其中，第二导电材料包括金属、金属合金或其组合。
15.如权利要求13-14中任一项的燃料电池连接部件，其中，第二导电材料包括导电纤维，所述导电纤维定向成大致平行于电子传导部件的两个表面，并且适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池的电极涂层中的一个。
16.如权利要求15的燃料电池连接部件，其中，第二导电材料的导电纤维包括铜金属纤维。
17.如权利要求13-16中任一项的燃料电池连接部件，其中，第一导电材料包括导电纤维，所述导电纤维定向成大致平行于电子传导部件的两个表面，并且适于以小于大约90°的角度定向到燃料电池的所述电极涂层中的一个。
18.如权利要求17的燃料电池连接部件，其中，第一导电材料的导电纤维包括碳纤维。
19.如权利要求13-18中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件包括两个第一电子传导区。
20.如权利要求13-19中任一项的燃料电池连接部件，其中，电子传导部件和接口区粘结在一起以形成复合物。
21.如权利要求13-20中任一项的燃料电池连接部件，还包括第三电子传导区，该第三电子传导区包括第一导电材料。
22.如权利要求21的燃料电池连接部件，其中，第一电子传导区位于第二电子传导区的第一侧上，而第三电子传导区位于第二电子传导区的第二侧上，并且第二电子传导区的第一侧和第二侧彼此相对。
23.如权利要求1-22中任一项的燃料电池连接部件，其中，接口区适于与燃料电池的离子传导部件接触。
24.一种燃料电池，包括：
离子传导部件；
两个或多个电极涂层；以及
一个或多个燃料电池连接部件，所述燃料电池连接部件包括：
不导电的接口区，该接口区具有第一表面和第二表面，其中，不导电接口的第一表面与离子传导部件接触；
电子传导部件，该电子传导部件具有两个表面和平行于电子传导部件的两个表面的长度，其中，电子传导部件的表面中的一个位于接口区的第二表面附近，该电子传导部件包括：
导电纤维，其定向成大致平行于电子传导部件的两个表面，并且以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个；
其中，电子传导部件提供了一个电极涂层和外部电路之间或一个电极涂层与另一燃料电池的电极涂层之间的导电路径，所述路径沿着电子传导部件的长度延伸。
25.如权利要求24的燃料电池，其中，导电纤维以大约22°和大约68°之间的角度定向到电极涂层中的一个。
26.如权利要求24-25中任一项的燃料电池，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维均以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致45°至大约135°之间的角度。
27.如权利要求24-26中任一项的燃料电池，其中，燃料电池连接部件包括集电器，其中，燃料电池连接部件提供该一个电极涂层和另一燃料电池的电极涂层之间的导电路径。
28.如权利要求24-27中任一项的燃料电池，其中，电子传导部件包括第一导电材料，其中，第一导电材料包括导电纤维。
29.如权利要求24-28中任一项的燃料电池，其中，燃料电池连接部件包括互连件，其中，燃料电池连接部件提供该一个电极涂层和外部电路之间的导电路径。
30.如权利要求24-29中任一项的燃料电池，其中，电子传导部件包括两个电子传导区，每个电子传导区被限定在平行于电子传导部件的长度的两个表面之间。
31.如权利要求24-30中任一项的燃料电池，其中，电子传导部件包括第一电子传导区，该第一电子传导区包括第一导电材料，该第一导电材料包括定向成大致平行于电子传导部件的两个表面并且以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个的导电纤维，电子传导部件还包括第二电子传导区，该第二电子传导区包括第二导电材料，该第二导电材料包括定向成大致平行于电子传导部件的两个表面并且以小于大约90°的角度定向到电极涂层中的一个的导电纤维；并且其中，第一导电材料是耐腐蚀的，而且第二导电材料的电导率大于第二导电材料的电导率。
32.如权利要求31的燃料电池，其中，第二导电材料选自由下述材料组成的群组：金属、金属合金及其组合。
33.如权利要求31-32中任一项的燃料电池，其中，第二导电材料的导电纤维包括铜金属纤维。
34.如权利要求31-33中任一项的燃料电池，其中，第一导电材料的导电纤维包括碳纤维。
35.一种燃料电池层，包括：
具有第一表面和第二表面的复合层，该复合层包括：
多个燃料电池连接部件；及
位于燃料电池连接部件之间的多个离子传导部件；
位于第一表面上以形成阳极的第一多个电极涂层；以及
位于第二表面上以形成阴极的第二多个电极涂层，第一和第二多个电极涂层的每个均与离子传导部件中的一个离子接触且与燃料电池连接部件中的一个电接触；
其中，至少一个燃料电池连接部件包括：
接口区，该接口区具有第一表面和第二表面，第一表面与离子传导部件中的一个接触；及
至少一个电子传导部件，所述电子传导部件具有两个表面和平行于两个表面的长度，所述至少一个电子传导部件的表面中的一个位于接口区的第二表面附近，其中，所述至少一个电子传导部件包括：
导电纤维，其定向成大致平行于所述至少一个电子传导部件的两个表面，并且以小于大约90°的角度定向到第一或第二多个电极涂层中的至少一个；
其中，至少一个燃料电池连接部件提供了第一或第二多个电极涂层中的至少一个与外部电路之间、或者第一或第二多个电极涂层中的至少一个与第一或第二多个电极涂层中的另一个之间的导电路径，所述路径沿着所述至少一个电子传导部件的长度延伸。
36.如权利要求35的燃料电池连接部件，其中，导电纤维至少包括第一组导电纤维和第二组导电纤维，其中，第一组和第二组导电纤维均以小于大约90°的角度定向到燃料电池中的至少一个电极，其中，第一组导电纤维和第二组导电纤维的定向使得第一组导电纤维与第二组导电纤维形成大致45°至大约135°之间的角度。
37.如权利要求35-36中任一项的燃料电池层，其中，导电纤维包括碳纤维。
38.如权利要求35-37中任一项的燃料电池层，其中，至少一个电子传导部件包括至少两种电子传导材料，该两种电子传导材料包括第一电子传导材料和第二电子传导材料。
39.如权利要求38的燃料电池层，其中，第一电子传导材料大体上是耐腐蚀的，并且其中第二电子传导材料具有比第一电子传导材料大的电导率。
40.如权利要求38-39中任一项的燃料电池层，其中，第一电子传导材料包括碳纤维，其中，第二电子传导材料包括铜纤维。
41.如权利要求38-40中任一项的燃料电池层，其中，第一电子传导材料与第一或第二多个电极涂层中的一个电接触。
42.如权利要求38-41中任一项的燃料电池层，其中，第二电子传导材料与第一电子传导材料和外部电路电接触，提供电极涂层和外部电路之间的导电路径。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9397351B2 (en) 2009-12-28 2016-07-19 Intelligent Energy Limited Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
CN109075355A (zh) * 2016-05-09 2018-12-21 株式会社Lg化学 燃料电池用多孔隔离件的制备方法和燃料电池用多孔隔离件

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8785077B2 (en) 2009-12-28 2014-07-22 Societe Bic Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
TWI427308B (zh) * 2011-10-18 2014-02-21 Iner Aec Executive Yuan 多功能固態氧化物燃料電池檢測裝置
US9318754B2 (en) 2012-08-28 2016-04-19 Intelligent Energy Limited Enhanced bonding in fuel cells
KR102222610B1 (ko) * 2015-09-14 2021-03-05 삼성전기주식회사 커패시터 부품 및 그 실장 기판
DE102018203827A1 (de) * 2018-03-14 2019-09-19 Robert Bosch Gmbh Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle
US11955675B2 (en) 2022-05-12 2024-04-09 Plug Power Inc. Integrated circuit for diagnostics

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050014049A1 (en) * 2002-01-26 2005-01-20 Hart Nigel T. Fuel cell module
CN1965108A (zh) * 2004-05-04 2007-05-16 埃电源有限公司 具有电化学反应层下的载电流结构的电化学电池
CN101312251A (zh) * 2007-05-23 2008-11-26 三洋电机株式会社 燃料电池

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US479035A (en) * 1892-07-19 Safety device for electric circuits
JPS61269873A (ja) * 1985-05-23 1986-11-29 信越ポリマ−株式会社 コネクタ−
US5861221A (en) 1993-07-28 1999-01-19 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Battery shaped as a membrane strip containing several cells
US5997983A (en) * 1997-05-30 1999-12-07 Teledyneindustries, Inc. Rigid/flex printed circuit board using angled prepreg
US5989741A (en) 1997-06-10 1999-11-23 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell system with side-by-side arrangement of cells
US6790554B2 (en) 1998-10-08 2004-09-14 Imperial Chemical Industries Plc Fuel cells and fuel cell plates
GB0024106D0 (en) * 2000-10-03 2000-11-15 Rolls Royce Plc A solid oxide fuel cell stack and a method of manufacturing a solid oxide fuel cell stack
JP2003123792A (ja) 2001-10-09 2003-04-25 Toray Ind Inc 高分子電解質膜およびその製造方法ならびにそれを用いた固体高分子型燃料電池
US20040081879A1 (en) 2002-10-18 2004-04-29 Mineo Washima Fuel cell bipolarplate
FR2852736B1 (fr) 2003-03-18 2005-04-22 Pile a combustible planaire et procede de fabrication d'une telle pile.
US6956929B2 (en) 2003-09-11 2005-10-18 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling modulation of X-ray tube current using a single topogram
EP1727228A1 (en) * 2005-05-24 2006-11-29 Samsung SDI Co., Ltd. Monopolar membrane-electrode assembly
JP5004489B2 (ja) * 2006-03-31 2012-08-22 株式会社巴川製紙所 燃料電池用セルおよびその製造方法、固体高分子型燃料電池
JP5453274B2 (ja) 2007-09-25 2014-03-26 ソシエテ ビック 省スペース流体プレナムを含む燃料電池システムおよびそれに関連する方法
JP2009187729A (ja) * 2008-02-05 2009-08-20 Hitachi Maxell Ltd 燃料電池
WO2009105896A1 (en) 2008-02-29 2009-09-03 Angstrom Power Incorporated Electrochemical cell and membranes related thereto
US8785077B2 (en) 2009-12-28 2014-07-22 Societe Bic Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
US9397351B2 (en) 2009-12-28 2016-07-19 Intelligent Energy Limited Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
WO2011079377A1 (en) 2009-12-28 2011-07-07 Angstrom Power Incorporated Fuel cells and fuel cell components having asymmetric architecture and methods thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050014049A1 (en) * 2002-01-26 2005-01-20 Hart Nigel T. Fuel cell module
CN1965108A (zh) * 2004-05-04 2007-05-16 埃电源有限公司 具有电化学反应层下的载电流结构的电化学电池
CN101312251A (zh) * 2007-05-23 2008-11-26 三洋电机株式会社 燃料电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9397351B2 (en) 2009-12-28 2016-07-19 Intelligent Energy Limited Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
CN109075355A (zh) * 2016-05-09 2018-12-21 株式会社Lg化学 燃料电池用多孔隔离件的制备方法和燃料电池用多孔隔离件

Also Published As

Publication number Publication date
KR102020075B1 (ko) 2019-09-09
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