TWI500210B - 製造電化電池之方法 - Google Patents

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Description

製造電化電池之方法
電化電池在兩空間上分離的電極(陽極及陰極)處，將燃料及氧化劑轉換成電力、熱量以及水。在電化電池中之能量轉換處理以其相對較高之效率區別於其他能量轉換方法。為此，電化電池對於運輸、行動、固定的、可攜帶的以及微型之應用變得日益重要。
在電化電池之操作期間，燃料在陽極觸媒層處反應以形成質子以及電子。質子通過離子聚合物交換膜遷移至陰極，同時電子在到達陰極之前，在負載中執行外功。在陰極處，含氧反應物(氧化劑)供應與質子和電子結合以形成作為反應產物之水。
本非臨時申請案根據35 U.S.C. §119(e)主張2007年10月1日申請之美國臨時專利申請案第60/976,789號之優先權權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
許多電化電池係多種組分之組合，其通常包含離子聚合物交換膜的某些形式，陽極電化學反應層之某些形式，陰極電化學反應層之某些形式，多孔導電反應物擴散介質之某些形式，以及反應物分配系統之某些形式。此等複雜系統由於多組分系統之固有複雜性，產生許多費用以及製造之問題。例如，在設計電化電池時的一個問題係提供電流收集器，其允許電流通過進入電池或者離開電池，同時允許反應物進入電池並允許反應之產物從電池處移除。
本發明者已經尤其認識到製造為反應物提供改良之至電化學反應位置的通路之電化電池的方法係必須的。此外，本發明者已經認識到至少某些例子中，該方法應能夠適應大量製造技術。對大量製造技術之適應性可藉由增加生產率以及速度來改良製造效率，從而降低生產成本。
為此，論述製造具有電流收集器之電化電池的方法，其至少部分位於電化學反應層(此處稱之為"觸媒層")之下。實例方法包括將電流收集器圖案化成具有至少一個電解質開口，將電解質配置進入或通過至少一開口，以及將觸媒配置至少部分在經配置之電解質上。視情況，方法包括圖案化一基板並且將經圖案化之電流收集器附著於其各側上。電流收集器之圖案化可包括圖案化包含至少第一可分式電流收集器及第二可分式電流收集器的連續薄板。在一個該等實例中，圖案化以無孔材料浸漬或層壓之連續的碳纖維薄板。在另一個該等實例中，圖案化以一或多個導電性粒子浸漬之連續的塑膠材料薄板。可使用大量製造方法，例如捲繞或擠製方法形成電流收集器之圖案。在某些實例中，電流收集器圖案包括擠製之縫或條狀物。在被圖案化時，電流收集器以及視情況之基板可以模框模製或層壓。
本發明之實施例係關於製造電化電池之方法。該方法包括圖案化電流收集器，其包括：在電流收集器之表面形成至少一電解質開口，在至少一電解質開口中配置電解質，以及在經配置的電解質之至少部分上配置觸媒。
實施例亦關於製造電化電池之方法，其包括以下步驟：圖案化基板，其包括在基板中形成至少一電解質開口、圖案化至少一電流收集器、將至少一電流收集器附著於基板之各側上(包括將在電流收集器圖案中的開口對準在基板中的至少一個電解質開口)；在至少一電解質開口中配置電解質；並且在電解質之至少部分上配置觸媒。
本方法提供具有改良之反應物至電化學反應位置的通路之電化電池。至少在某些實例中，本發明能夠適應大量製造技術，其潛在允許提高生產率以及較低之生產成本。本生產方法之此等及其他實例、優點以及特色將在下列實施方式中部分闡明。此概述意圖提供本專利文件之標的之概述。本文並非意欲提供排外或徹底地本發明之說明。實施方式以及相關聯之圖示係包括在內以提供更進一步關於本專利文件之資訊。
下列詳細說明包括參考附圖，其構成詳細說明之部分。圖式係經由圖解之方式顯示可實踐本發明之具體實施例。此等在此處亦被稱為"實例"之具體實施例係以足夠使熟習此項技術者能夠實踐本發明之細節描述。可組合實施例，可使用其他實施例，並且可在未背離本發明之範圍的情況下做出結構性以及邏輯性的變化。因此，並不能以限制之意義解讀下列詳細說明，並且本發明之範圍係由後附申請專利範圍及其等效物所界定。
在此文件中，術語"一"係用於包括一或大於一，術語"或者"係用於指非獨占之"或"，除非另有陳述。此外，吾人應瞭解的係此處使用且沒有界定之措辭或術語僅係描述而非限制之目的。此外，在本文件中涉及之所有公開案，專利以及專利文件之全文以引用方式併入本文，如單獨以引用方式併入。在此文件與以引用方式併入的該等文件之間存在用法不一致的情況下，應將在引用併入中的用法認為係此文件之補充；對於互相對立的不一致，則以此文件中的用法為準。
定義：
如本文所使用，"電化電池"係指將化學能轉換至電能或將電能轉換至化學能之裝置。電化電池之實例可包括賈法尼電池、電解電池、電解器、燃料電池、電池及金屬空氣電池，諸如鋅空氣燃料電池或電池。根據本發明，可使用之包括燃料電池以及合適材料的電化電池之任何適合的類型包括但不限於：質子交換薄膜燃料電池(PEMFC)、固態氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、鹼性燃料電池、其他適合的燃料電池及其材料。燃料電池之其它實例包括質子交換薄膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、鹼性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池或固態氧化物燃料電池。
如本文所使用，"流體"係指連續的、非晶質物，其分子自由地移動而互相超越並且具有採取其容器之形狀的傾向。流體可係氣體、液化氣、液體或在壓力下的液體。流體之實例可包括流體反應物、燃料、氧化劑、以及傳熱流體。在燃料電池中使用的流體燃料可包括任何適合的流體形式之氫氣或液體及氫載體。流體之實例包括空氣、氧氣、水、氫氣、醇諸如甲醇及乙醇、氨及氨之衍生物諸如胺及肼、矽烷諸如二矽烷、丙矽烷、乙矽丁烷、錯合物金屬氫化物化合物諸如硼氫化鋁、甲硼烷諸如乙硼烷、烴諸如環己烷、哢唑諸如十二氫-n-乙基哢唑、及其他飽和環狀、多環烴、飽和胺基甲硼烷諸如飽和環硼氮六烷、丁烷、氫硼化物化合物諸如鈉及氫化硼鉀，以及甲酸。
如本文所使用，"撓性電化學層"(或其變體)係指完全撓性或部分撓性之電化學層，以便包圍例如具有一或多個與一或多個撓性組分結合之剛性組分的電化學層。"撓性燃料電池層"係指包含一或多個結合至層內的燃料電池之層。
如本文所使用，"撓性二維(2-D)燃料電池組"係指撓性板，其在一尺寸上是薄的，並且其承載許多燃料電池。撓性二維燃料電池組可係撓性燃料電池層之實例。燃料電池具有可自薄板之一側接用的一種類型(例如陰極)之作用區域，以及可自薄板之相對側接用的另一種類型(例如陽極)之作用區域。作用區域可配置成位於薄板之其對應側的區域內(例如，並不強制作用區域覆蓋全部薄板，然而，增加燃料電池的作用區域可增強其效能)。
如本文所使用，"介電材料"或"離子導電材料"係指顯示出可以忽略的導電性之物質。例如，介電材料可用作基板。介電材料可理解為包括離子導電材料、非離子導電材料及其組合。離子導電材料之實例包括任何適合於應用之離子聚合物或電解質，諸如離子交換聚合物、鹼性溶液、磷酸、鹼金屬碳酸鹽及傳導氧化物離子陶瓷。非離子導電材料之實例包括聚合物，諸如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺、含氟聚合物及其他聚合物薄膜。聚醯亞胺之實例包括KaptonTM 薄膜。含氟聚合物之實例係PTFE(聚四氟乙烯)或TeflonTM 薄膜。其他含氟聚合物包括PFSA(全氟磺酸)、FEP(氟化乙烯丙烯)、PEEK(聚醚酮酮)及PFA(全氟烷氧乙稀(perfluoroalkoxyethylene))。介電材料亦可包括增強之複合材料諸如玻璃纖維，任何適合的非聚合物材料諸如矽或玻璃，及其組合物。介電材料可例如包含電解質。電解質可係固體電解質薄膜。
如本文所使用，"觸媒"或"電化學反應層"係指參與開始或增強反應之速率而本身不被改變或消耗的材料或物質(或係材料或物質之層)。觸媒層可包括適合手邊應用的任何類型之電催化劑。觸媒或觸媒層可包括純鉑、載碳鉑、鉑黑、鉑釕、鈀、銅、氧化錫、鎳、金、碳黑之混合物，以及一或多種黏結劑。黏結劑可包括聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺、含氟聚合物、及其他聚合物薄膜。聚醯亞胺之實例包括KaptonTM 薄膜。含氟聚合物之實例係PTFE(聚四氟乙烯)或TeflonTM 薄膜。其他含氟聚合物包括PFSA(全氟磺酸)、FEP(氟化乙烯丙烯)、PEEK(聚醚酮酮)及PFA(全氟烷氧乙稀)。黏結劑亦可包括PVDF(聚偏二氟乙烯)粉末(例如KynarTM )及二氧化矽粉。黏結劑可包括任何聚合物之組合。碳黑可包括任何適合的細碎的碳材料，諸如一或多個乙炔碳、碳粒子、碳薄片、碳纖維、碳針、碳奈米管及碳之奈米粒子。
如本文所使用之"連續的"係指描述程序之方法，諸如捲盤至捲盤方法，其產生可捲曲成卷或其他大量製造形式的連續薄板。此卷之部分可隨後分離成期望之大小與形狀以在電化學電池中使用。為幫助捲繞處理，期望薄板係具有撓性及抗斷裂的結構。
如本文所使用，術語"統一"、"統一的"、或"統一化"係指尺寸的乾燥或平衡。例如，經配置之電解質的至少一尺寸可為統一的。
如本文所使用，術語"配置"、"經配置"係指將一元件放入特定或適合的位置，並且不暗示任何方向性或要求的動作。
圖1A-1C及2A-2D圖解包含電流收集器102、202之電化電池100、200，電流收集器至少部分在觸媒層104、204之下。包括在下方電流收集器的電化電池之額外實例在McLean等人共同所有之美國專利申請案第11/047,560號中論述，標題為"在電化學反應層之下的具有載流結構之電化電池(ELECTROCHEMICAL CELLS HAVING CURRENT-CARRYING STRUCTURES UNDERLYING ELECTROCHEMICAL REACTION LAYERS)"。根據本發明之電化電池可係撓性的電化學層、撓性燃料電池層，或可形成撓性二維燃料電池組。電流收集器102、202之位於下方的定位提供反應物至觸媒層104、204改良的通路，並且可允許電化電池之構造在尺寸上更薄於具有定位於觸媒層之外表面上的電流收集器之電池。每個電池含有離子交換區域，其具有在其各側上的觸媒層104、204。離子交換區域包括電解質106、206。某些實例允許電化電池層之構造含有複數個單個單元電池，其在薄板內形成並且以串聯或並聯耦合。
參考圖1A，其顯示電化電池100之平面圖。在此實例中，基板108承載第一電流收集器102A及第二電流收集器102B(圖1C)、電解質106及觸媒層104。適合作為基板108之材料的實例包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺或聚酯，諸如該等由E. I. DuPont以商標MYLAR銷售的。基板108亦可包括離子聚合物樹脂、諸如全氟前驅物樹脂(例如，由E. I. DuPont以商標NAFION銷售的樹脂)或離聚性材料。例如，離子聚合物樹脂可經圖案化。在基板108包含離子聚合物樹脂之實例中，材料可以經由水解方法處理以成為至少在一部分中係離子導電型。例如，離子聚合物樹脂之至少部分可轉換為傳導離子的電解質形式，其包括以水解方法處理基板108之至少一部分。
圖1A圖解電流收集器102可包括一或多個相鄰配置之條狀構件的圖案。在相鄰之條狀構件之間存在間隔並且間隔係與在基板中的電解質開口對準。在此方式中，觸媒層104之部分可配置在電解質開口中的電解質106上。適合用作電流收集器102A、102B的材料包括但不限於石墨、碳、碳纖維、導電塑膠諸如但不限於聚苯胺、或金屬諸如但不限於銅、鎳、銀或金。電流收集器材料可係任何適合的導電構件。使用之材料亦可以貴金屬或以耐腐蝕層塗覆之金屬製造，諸如自INEOS ChlorTM Americas Inc.,Wilmington,DE之PEMCoatTM ，或以導電的非金屬製造。電流收集器可以金屬、泡沫金屬、碳質材料、石墨合成物、導電環氧樹脂、碳、石墨、碳纖維、碳奈米管、導電陶瓷、電力導電性聚合物或其組合製造。電解質106可藉由遮罩、塗刷、刮削、砂磨、拋光、機械加工或蝕刻電流收集器102A、102B之部分中的至少一種防止覆蓋電流收集器之部分。
圖1B係電化電池100之截面視圖，諸如沿圖1A之線1B-1B。圖1C係電化電池截面之部分的放大圖，並且圖解附著於基板108之對應側的第一電流收集器102A及第二電流收集器102B。
參考圖2A，其顯示電化電池200之平面圖。在此實例中，電流收集器202承載電解質206、觸媒層204及可視需要之釋放層210(圖2C)。例如，電流收集器202可包括一或多個細縫之圖案。一或多個細縫形成電解質開口，在其中可配置電解質206。(請注意電解質206相對於電流收集器202之厚度可隨設計而變化，及/或作為用於配置電解質進入開口及/或細縫之方法的結果。)釋放層210可圍繞細縫附著以暫時固定經配置之電解質在其位置上，直至電解質固化。適用作電流收集器202之材料包括但不限於石墨、碳、碳纖維、導電塑膠諸如但不限於聚苯胺、或金屬諸如但不限於銅、鎳、銀或金。在電解質206上配置觸媒層204，觸媒層204包括催化性活性材料，諸如但不限於鉑、鉑黑、載碳鉑、鉑釕、鈀、鎳、金及其組合。
圖2B係電化電池200之截面視圖，諸如沿圖2A之線2B-2B。圖2C係電化電池截面之部分的放大圖，並且其圖解電流收集器202之實例細縫圖案。
圖2D係包括導電性通孔207之替代性電化電池實施例200之放大截面視圖。圖2D顯示三個串聯配置之微型燃料電池201。此外，電流收集器202包括適當開口及/或細縫，在其中配置電解質206。陽極觸媒204a及陰極觸媒204b係儲存在薄板的相對側，以產生單獨的燃料電池201。在此實施例中，電絕緣基板203被用作支撐體。連同電解質206之適當開口及/或細縫，基板203亦具有用於導電性通孔207之開口，其用於將電流收集器202之陽極側連接至陰極側。此包含具有導電性通孔之電流收集器之實施例，可根據在共同所有之美國專利申請案第US2008/0149371號中描述的方法製造，其標題為"撓性電路(FLEXIBLE CIRCUIT)"，其中之揭示內容係以引用方式全部併入本文。
圖3圖解製造電化電池或電池組之實例方法300(例如，在圖2D中描繪者)。在302處，電流收集器可藉由在其表面形成至少一電解質開口而圖案化。電流收集器之至少一電解質開口可承載電解質或提供至電解質之通路，電解質配置在基板之電解質開口中，可在304處圖案化基板。圖案化電流收集器可包括連續電流收集器薄板之圖案化，諸如以卷形式儲存的連續薄板。連續電流收集器薄板至少包括第一電流收集器及第二電流收集器。在一實例中，連續電流收集器薄板包括以無孔材料浸漬或層壓之碳纖維薄板。在另一實例中，連續電流收集器薄板包括以一或多個導電性粒子浸漬的塑膠材料。在上述兩個實例中，連續電流收集器薄板可使用大量製造方法形成，諸如模製、擠製或捲盤至捲盤方法。在各種實例中，圖案化電流收集器薄板包括圖案化石墨基底、碳基底、金屬基底、導電塑膠基底、或其他的導電性耐腐蝕基底的材料。在一實例中，圖案化電流收集器薄板包括圖案化具有厚度約125微米(μm)的膨脹石墨卷。
許多不同的製造方法可用於圖案化電流收集器。例如，諸如模製、擠製或衝壓之大量製造技術可被用於形成圖案。除擠製及衝壓外，可使用雷射圖案化方法、水噴注圖案化方法、磨料噴注圖案化方法、化學浸蝕方法、機械加工方法(即，鋸、研磨等等)，或模衝方法。在一實例中，形成電流收集器圖案包括形成一或多個相鄰配置之條狀構件。在另一實例中，形成電流收集器圖案包括形成一或多個細縫區域，各細縫區域經組態以承載經配置之電解質。諸如條狀構件及細縫區域之圖案提供比諸如流明網之更複雜結構更低的耐受度以及更少的精密度。因此，可以更快之速率執行電流收集器之圖案化。
在304處，視需要藉由形成期望之電解質開口及在基板之表面的導電性通孔之開口來圖案化基板。若存在，則基板之電解質開口可用於承載配置的電解質。基板之材料選擇包括但不限於：聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺或其組合。在一實例中，基板之圖案化包括圖案化具有厚度約25微米(μm)之聚酯卷。
許多不同的製造方法可用於圖案化基板。例如，諸如模製或衝壓之大量製造技術可用於形成圖案。除模製及衝壓外，可使用雷射圖案化方法、水噴注圖案化方法、磨料噴注圖案化方法、化學蝕刻方法、機械加工方法或模衝方法。
在305處徹底清洗基板。清洗可藉由使用機械或化學方法實現，諸如但不限於肥皂、水、酸、鹼、或醇。
在306處，對準經圖案化之電流收集器並且將其附著於經圖案化之基板的各側。電流收集器與基板之間的校直可包括對應之電解質與導電性通孔開口之間的校直。在308處，使用黏合或層壓方法中的至少一種(例如，軸向層壓、等壓層壓或膠合)將經圖案化之電流收集器固定至經圖案化之基板的各側。層壓及黏合方法可在加熱及壓力之至少一種下執行。在使用加熱及壓力兩者用於層壓及黏合方法之實例中，該等動作可同時執行或連續執行。在某些實例中，在層壓及黏合方法期間施加之熱係與基板之軟化或玻璃轉移溫度(Tg)近似相等。在一實例中，軸向加壓係預熱至約140℃並且電流收集器與基板之夾層裝配係在大約3000psi下壓製約6分鐘。熱量及壓力亦在各側擠壓電流收集器，以使得在通孔207處製造連接(即，如在上述之US 2008/0149371中描述的)。
在310處，外圍電流收集器部分，諸如過量之石墨部分，可被修正以防止在個別電化電池之間的短路。視需要，在312處，將聚酯層(例如，MYLAR)或其他具有反映電流收集器之圖案的圖案之合適材料附著於其外表面。例如，此聚酯層對電流收集器之部分提供電解質遮罩。
在314處，在電流收集器或基板之至少一電解質開口中配置電解質。為充填電解質開口，可將電流收集器或電流收集器/基板裝配件放置於至少部分包含離子聚合物分散液的槽中。除了其它之外，離子聚合物分散液可包含全氟磺酸、苯乙烯及二乙烯基苯的共聚物、或聚伸芳磺酸之至少一者。例如，離子聚合物分散液槽可包括20%全氟磺酸分散液，諸如以商標NAFION銷售的，並且允許電流收集器或電流收集器/基板裝配件放在該處直至完全浸沒。在一實例中，電流收集器或電流收集器/基板裝配件係完全浸沒約4-8小時，但其可能有變更。在另一實例中，藉由注射模製離子聚合物樹脂，將電解質配置在電解質開口中。將電解質配置在開口內之其他可能的方法包括浸漬澆鑄、細縫模鑄、薄膜澆鑄、注射管注射、噴墨式印刷或網版印刷。
在316處，將電流收集器或電流收集器/基板裝配件自電解質槽或其他電解質處理技術中移出。在某些實例中，在318處，在移出電流收集器或裝配件時將其塗刷或者清
洗。(視需要，此清洗步驟可在步驟321處之遮罩層的移除後執行。)此清洗防止電解質覆蓋電流收集器之部分。在某些實例中，在320處，藉由將電解質曝露於流體的加熱流(諸如空氣)而統一經配置之電解質的至少一尺寸。視需要，在統一化時，在320處可使用熱量乾燥在至少一電解質開口中的經配置電解質。將承載電解質的電流收集器或電流收集器/基板裝配件放入設定在大約30-120℃之間的熱烘箱中約5-60分鐘。視需要，在321處，可移除在312處施加之遮罩層，從而同時移除在電流收集器上之不必要的電解質。取決於選擇，在322處，在統一或乾燥之任一者之後，藉由將承載電解質的電流收集器或電流收集器/基板裝配件放入設定在大約120-140℃之間之熱烘箱中約10-60分鐘，可將至少一電解質開口中的經配置電解質固化。固化溫度及時間可視使用之電解質材料而變化。在一些實例中，允許電解質固化所需的加熱及應用時間取決於所使用的離子聚合物。在固化電解質後，任何殘留在電流收集器上的電解質可藉由刮削、砂磨、拋光、機械加工或蝕刻方法移除。
在一實例中，在324處，將裝配件的第一側對著顯示觸媒圖案的模板壓按。在某些實例中，觸媒圖案覆蓋經配置之電解質的全部並且至少部分重疊在電流收集器上。在一實例中，將裝配件之第一側對著具有約75微米(μm)厚度之不銹鋼模板使用約1.5-3.0psi壓按。在326處，一旦模板係抵靠電流收集器之側而固定，催化性活性材料就配置在電解質上。在電解質上配置觸媒包括配置觸媒以使得其接觸電解質之至少部分，並且接觸電流收集器之至少部分。在觸媒與電解質或電流收集器之間的接觸可建立其間的連接。在一實例中，在觸媒與電解質之間的接觸建立其間的離子連接。在另一實例中，在觸媒與電流收集器之間的接觸建立其間的電連接。在完成第一電化電池側上的觸媒配置時，可翻轉電池，並且對第二電池側重複處理324及326。在某些實例中，觸媒可同時配置在電池的雙側上，或在一側後繼續另一側而無需對電池重定向。
可使用許多不同的製造方法配置觸媒。例如，可使用大量製造技術以形成觸媒層，諸如噴霧、網版印刷、噴墨式印刷、或印花轉印。在一種此類實例中，使用噴槍直接將觸媒油墨噴至電解質上，其確保觸媒至少部分重疊在324處使用模板施加之電流收集器上。觸媒油墨可由(例如)1重量份的鉑黑，2重量份的10%含水全氟磺酸分散液及1重量份的水之混合物製備。在使用之前此油墨可滾動混合至少24小時。緊接著催化作用，在328處可將電化電池放入軸向加壓機並且以約25-50psi按壓約1分鐘以將觸媒層結合至電池。
最後，在330及332處，將至少第一電化電池或第二電化電池自電化電池之連續薄板處分離並且提供模框。在一些實例中，處理330及332可在製造方法中較早執行，諸如在314處配置電解質之前，製造效率可保證類似連續薄板之電化電池的生產直至330。在一實例中，在332處將熱塑模框圍繞分離的第一電化電池注射模製及第二電化電池注射模製。在另一實例中，在332處圍繞第一第二電化電池層壓模框及第二電化電池層壓模框。
電化電池已經被認為是可靠的、有效率的及便利的電力來源。然而，根據輸送之能量的單位成本，目前的電化電池已經被證明是非常昂貴的，其部分係由於其製造之耗時的方法。因此，電化電池的實際效用已經被限制。吾人相信可由本發明之技術主題減輕上述製造性問題，包括圖案化電流收集器以具有至少一電解質開口，將電解質配置進入或通過至少一開口，以及至少部分在經配置之電解質上配置觸媒。除了其它之外，本方法之一或多種處理能夠適應大量製造並且因此可提高生產速度並且潛在地降低生產成本。
100．．．電化電池
102A．．．第一電流收集器
102．．．電流收集器
104．．．觸媒層
106．．．電解質
108．．．基板
200．．．電化電池
201．．．燃料電池
202．．．電流收集器
203．．．電力絕緣基板
204．．．觸媒層
204A．．．陽極觸媒
204B．．．陰極觸媒
206．．．電解質
207．．．通孔
210．．．釋放層
在圖式中，類似數字描述遍及若干個視圖之類似成分。類似數字具有不同之字母後綴代表類似組分之不同的情況。在本文中論述之各種實施例，圖示一般以實例之方式為之，而無限制之意義。
圖1A圖解一至少根據一實施例構造之電化電池之平面圖。
圖1B圖解一電化電池之截面視圖，諸如沿圖1A之線1B-1B。
圖1C圖解一電化電池之一部分的放大截面視圖，諸如圖1B之1C部分。
圖2A圖解一至少根據一實施例構造之電化電池之平面圖。
圖2B圖解一電化電池之截面視圖，諸如沿圖2A之線2B-2B。
圖2C圖解一電化電池之一部分的放大截面視圖，諸如圖2B之2C部分。
圖2D圖解一包含導電性通孔之替代電化電池實施例之放大截面視圖。
圖3圖解一製造一至少根據一實施例構造之電化電池之實例方法。
100．．．電化電池
102．．．電流收集器
106．．．電解質
108．．．基板

Claims (22)

  1. 一種製造一電化電池陣列之方法，其包括：圖案化二個以上的電流收集器，每一電流收集器包含相鄰於二個介電帶構件的一導電帶構件部分；配置該等二個以上的電流收集器以形成至少一電解質開口於連續的電流收集器之間的一空間；在該等二個以上的電流收集器周圍配置一框；當該框配置在該等二個以上的電流收集器周圍時，在該至少一電解質開口中配置一電解質；及在該經配置之電解質的至少一部分上配置一觸媒，其中一施加至該電解質開口之至少一側之釋放層保持該經配置之電解質在其位置上一段時間，使足以允許該經配置之電解質固化，且，其中該經配置之電解質固化後，將該釋放層從該電解質開口之該至少一側移除，且，其中該框配置在該電化電池陣列之一第一及一第二電化電池周圍。
  2. 如請求項1之方法，其中該至少一電解質開口及該等連續的電流收集器共平面。
  3. 如請求項1之方法，其中圖案化該等二個以上的電流收集器包含圖案化電流收集器之一連續薄板，該連續薄板包含至少一第一電流收集器以及一第二電流收集器。
  4. 如請求項3之方法，其中圖案化該連續電流收集器薄板包含圖案化一碳纖維薄板，該碳纖維薄板係以一無孔材料浸漬或層壓。
  5. 如請求項1之方法，其中圖案化該等二個以上的電流收集器包含擠製一塑膠或電傳導材料之至少一者，該材料具有合併於其內之該至少一電解質開口。
  6. 如請求項1之方法，其中圖案化該等二個以上的電流收集器包含圖案化一基於石墨之材料、一基於碳之材料或一基於金屬之材料。
  7. 如請求項1之方法，其中在該至少一電解質開口中配置該電解質包含以下方法中之至少一者：一浸漬鑄造法、一細縫模鑄法、一薄膜鑄造法、一注射管注射法、一噴墨式印刷法或一網版印刷法。
  8. 如請求項1之方法，其中在至少部分的該電解質上配置該觸媒包含：將該觸媒重疊在一電流收集器之至少一部分上，或以一電流收集器之至少一部分接觸該觸媒以達成二者之間的一連接。
  9. 如請求項8之方法，其中以該電流收集器之至少一部分接觸該觸媒達成一電連接。
  10. 如請求項1之方法，其中在至少部分的該電解質上配置該觸媒包含以下方法中之至少一者：一噴霧法、一網版印刷法、一噴墨式印刷法、或一印花轉印法。
  11. 如請求項1之方法，進一步包含從至少一部份的一電流收集器移除該經配置之電解質，其係藉由一刮削、一砂磨、一拋光、一機械加工或一蝕刻程序之至少之一者。
  12. 如請求項1之方法，進一步包含在該經配置之電解質的至少一部分上配置該觸媒之後，從每一電流收集器周圍 移除該框。
  13. 如請求項1之方法，其中在該至少一電解質開口中配置該電解質包含配置一可固化分散劑。
  14. 如請求項1之方法，其中在該至少一電解質開口中配置該電解質包含注射模製離子聚合物樹脂。
  15. 如請求項1之方法，其中圖案化該等二個以上的電流收集器包含一模製、一擠製、一壓印、一雷射圖案化、一水噴注圖案化、一磨料噴注圖案化、一化學浸蝕、一機械加工或一模衝程序之至少之一者。
  16. 如請求項1之方法，其中圖案化該等二個以上的電流收集器包含藉由一黏合或一層壓程序將該導電帶構件部分附接於該等二個介電帶構件。
  17. 如請求項1之方法，進一步包含藉由一施加應力將該觸媒黏合於至少該經配置之電解質。
  18. 如請求項1之方法，進一步包含圖案化該等二個介電帶構件包括形成至少一電解質開口於該等介電帶構件中。
  19. 如請求項18之方法，進一步包含將該等二個以上的電流收集器附接於該等介電帶構件，包括使該等電流收集器的該至少一電解質開口對準於該等介電帶構件的該至少一電解質開口。
  20. 一種製造一電化電池陣列之方法，其包括：圖案化二個以上的電流收集器，每一電流收集器包含相鄰於二個介電帶構件的一導電帶構件部分；配置該等二個以上的電流收集器以形成至少一電解質 開口於連續的電流收集器之間的一空間；在該等二個以上的電流收集器周圍配置一框；將一釋放層施加至該電解質開口之至少一側；當該框配置在該等二個以上的電流收集器周圍時，在該至少一電解質開口中配置一電解質，及保持該經配置之電解質在其位置上一段時間，使足以允許該經配置之電解質固化；該經配置之電解質固化後，將該釋放層從該電解質開口之該至少一側移除；及在該經配置之電解質的至少一部分上配置一觸媒，及施加一壓力以將該觸媒與該經配置之電解質的該部分黏合，其中該框配置在該電化電池陣列之一第一及一第二電化電池周圍。
  21. 如請求項20之方法，進一步包含圖案化該等二個介電帶構件包括形成至少一電解質開口於該等介電帶構件中。
  22. 如請求項21之方法，進一步包含將該等二個以上的電流收集器附接於該等介電帶構件，包括使該等電流收集器的該至少一電解質開口對準於該等介電帶構件的該至少一電解質開口。
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