形成燃料电池层的方法.pdf

本发明涉及在平面基板上的电传导路径。各个实施例提供一种在平面基板上形成一个或多个电传导路径的方法，其中在路径的形成过程中实质上不移除基板。在各个实施例中，通过避免在电传导路径的形成的过程中移除基板，可以有利地避免由剩余基板材料引起的问题。在各个实施例中，具有电传导路径的平面基板可以用于制成平面燃料电池阵列。

1.  一种用于形成电传导路径的方法，其特征在于，包含：
获得和/或提供具有第一和第二主面以及第一体积的平面基板，基板包含至少一个离子传导区域；
在平面基板的所述至少一个离子传导区域中形成至少一个孔，孔在第一和第二面之间延伸并且限定具有与第一体积实质上相同的第二体积的刺穿的平面基板；以及
在刺穿的平面基板的孔中设置电传导材料，以提供在第一和第二面之间延伸的电传导路径；
其中，电传导路径密封到基板，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在没有形成一个或多个悬置孔屑的情况下形成孔。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包含制造电化学电池的方法。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子传导区域是质子传导区域。

5.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成和设置实质上同时完成。

6.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，刺穿元件实质上同时完成薄膜的形成和电传导材料的设置。

7.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含压制基板或对基板增加新材料，足以密封基板以使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。

8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，压制基板包括至少在沉积有电传导材料的位置对基板的第一和第二面施加压缩压力。

9.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，压制基板根据达到约15psi的气压密封在第一和第二面之间延伸的电传导路径。

10.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，压制基板包含压滚基板。

11.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置包括涂覆、插入、压制和沉积中的至少一种。

12.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电传导路径电连接邻近的燃料电池的阳极和阴极。

13.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传导材料包括催化剂。

14.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传导材料选自粉末、液态溶液、线、预制结构元件和无孔组分。

15.  根据权利要求14所述的方法，其特征在于，传导材料是线，其中在形成在第一和第二面之间延伸的电传导路径之后，其中在基板外面延伸的线的至少一部分可用于连接至一个或多个电极。

16.  根据权利要求14所述的方法，其特征在于，预制结构元件包含传导材料。

17.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，预制结构元件在平面基板中形成孔。

18.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，预制结构元件包含夹钳。

19.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，预制结构元件进一步包含密封部件。

20.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置之后，选择性地处理基板的一个或多个区域以增加那些区域的离子传导性。

21.  一种用于形成电传导路径的方法，其特征在于，包含：
获得和/或提供具有第一和第二主面的平面基板，基板包含至少一个离子传导区域；
在平面基板的所述至少一个离子传导区域中制成至少一个孔，其中孔在第一和第二面之间延伸，其中在孔形成的过程中实质上不移除平面基板；以及
在孔中设置电传导材料以提供包含电传导材料的电传导路径，其中电传导路径在第一和第二面之间延伸；
其中电传导路径密封到基板，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。.

22.  一种用于形成电传导路径的方法，其特征在于，包含：
获得和/或提供具有第一和第二主面以及第一体积的平面离子传导基板，基板包含至少一个离子传导区域；
在平面基板的所述至少一个离子传导区域中形成至少一个孔，孔在第一和第二面之间延伸并且限定具有与第一体积实质上相同的第二体积的刺穿的平面基板；
在刺穿的平面基板的孔中设置电传导材料，以提供在第一和第二面之间延伸的电传导路径；
其中平面基板包含：包括第一主面的上部第一体积，以及包括第二主面的下部第一体积，并且其中刺穿的平面基板包含：包括该第一主面并对应于上部第一体积的上部第二体积，以及包括第二主面并对应于下部第一体积的下部第二体积，其中第一上部体积与第二上部体积实质上相同，其中第一下部体积与第二下部体积实质上相同；
其中电传导路径密封到基板，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。

形成燃料电池层的方法
要求优先权
本申请要求2011年11月18日提交的名称为“形成燃料电池层的方法(METHODS OF FORMING FUEL CELL LAYERS)”的第61/561,647号美国临时专利申请的权益，该申请以其整体参考结合于此。
技术领域
本发明的主题涉及用于平面燃料电池阵列的制造的方法。
背景技术
例如燃料电池这样的电化学电池包括用于带电化学种类的运输的途径(pathway)。来自电化学反应的离子通过离子交换膜(例如，质子交换膜)运输，并且电子在邻近的燃料电池之间转移。在一些类型的电池中，用于质子传导性的路径(path)集成在燃料电池内，而用于电子传导性的路径在邻近的燃料电池之间产生以从燃料电池装置的正和负电连接部提供电路。
一类燃料电池结构(fuel cell architecture)正出现以用于微型燃料电池应用中，该应用包括在阵列中彼此相邻排列的邻近的燃料电池的薄层燃料电池结构。燃料电池阵列可以包括多个燃料电池，这些燃料电池具有在它们之间的电传导路径。存在对用于产生这样的燃料电池体系的改进的制造方法的需要。
发明内容
各个实施例提供一种用于在平面基板中形成电传导路径的方法。该方 法包括获得和/或提供具有第一和第二主面(major face)和第一体积的平面基板。基板包括至少一个离子传导区域。该方法包括在平面基板的至少一个离子传导区域中形成至少一个孔(aperture)。孔在第一和第二面之间延伸。孔限定具有与第一体积实质上相同的第二体积的刺穿的平面基板。该方法还包括在刺穿的平面基板的孔中设置电传导材料，以提供在第一和第二面之间延伸的电传导路径。电传导路径密封到基板上，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
各个实施例提供一种用于在平面基板上形成电传导路径的方法。该方法包括获得和/或提供具有第一和第二主面的平面基板。基板包括至少一个离子传导区域。基板包括在平面基板的至少一个离子传导区域中制成至少一个孔。孔在第一和第二面之间延伸。在孔形成的过程中实质上没有移除基板。该方法包括在孔中设置电传导材料以提供包括电传导材料的电传导路径。电传导路径在第一和第二面之间延伸。电传导路径密封到基板上，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
各个实施例提供一种用于在平面基板上形成电传导路径的方法。该方法包括获得和/或提供具有第一和第二主面以及第一体积的平面离子传导基板(ion-conducting substrate)。基板包括至少一个离子传导区域。该方法包括在平面基板的至少一个离子传导区域中形成至少一个孔。孔在第一和第二面之间延伸。孔限定具有与第一体积实质上相同的第二体积的刺穿的平面基板。该方法包括在刺穿的平面基板的孔中设置电传导材料，以提供在第一和第二面之间延伸的电传导路径。平面基板包括：包含第一主面的上部第一体积，以及包含第二主面的下部第一体积。刺穿的平面基板包括：包含该第一主面并对应于上部第一体积的上部第二体积，以及包含第二主面并对应于下部第一体积的下部第二体积。第一上部体积与第二上部体积实质上相同。第一下部体积与第二下部体积实质上相同。电传导路径密封到基板上，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
在产生通过基板的传导路径的传统方法中，可以移除基板材料以形成孔口(orifice)，并且传导材料可以放置在孔口中，导致少量可能成问题的剩余基板材料。例如，剩余材料会在一个或多个点保持与基板的连接，引 起不平坦或变形的表面。在另一示例中，剩余材料会堵塞或以其它方式妨碍工具或装置。在另一示例中，剩余材料会积累在基板上或机器上的其它位置，并且会导致各种问题。在一个示例中，基板的表面上的剩余材料会在压制步骤之后变得融合到基板表面上，消极地影响基板的性能。在产生通过基板的传导路径的另一传统方法中，可以利用例如激光消融这样的方法移除基板材料。然而，与激光处理关联的大量的热会消极地改变基板的局部性能，例如机械或电特性。
本发明的各个实施例提供优于其它燃料电池层或在基板中形成传导路径的其它方法的某些优点。出乎意外地，本发明的实施例在没有移除基板材料的情况下完成通过基板的平面的传导路径的形成。因此，本发明的各个实施例允许避免当移除材料时会出现的问题，从而形成通过基板的传导路径。在一些示例中，实施例允许避免剩余材料(例如“孔屑(chad)”)堵塞工具或装置，或者在各个位置中的剩余材料的积累。在一些示例中，实施例允许避免形成的孔的附近区域中基板的性能的改变。通过避免与基板材料的移除关联的问题，各个实施例提供与其它方法相比，在基板中形成传导路径的更为简单且更有效的方法。通过不移除材料，各个实施例消耗比其它方法更少的材料。在一些实施例中，通过不移除材料，其更简单地实现具有传导路径的密封的基板，其中基板密封住液体或气体泄漏。在一些实施例中，传导材料，或包括传导材料的夹钳或预制结构可以在薄膜上提供压缩或密封力。在一些实施例中，支承传导材料的预制结构可以允许使用更多种的传导材料。
在某些实施例中，在总体上连续的基板片上形成传导途径可以避免不相似材料与大的接合界面的接合，如其它方法需要的那样。例如，一些类型的电解质材料难以与其它材料很好地接合，当从电解质材料片组装燃料电池时会有严重问题；在一些示例中，通过利用本发明的实施例在基板中形成传导路径，可以避免这些困难。
附图说明
在附图中，附图没有必要按比例绘制，全部若干个视图中，相同的附 图标记描述实质上类似的组件。具有不同字母后缀的相同附图表示实质上类似的组件的不同情况。附图总体上作为示例而非作为限制对本发明中讨论的各个实施例进行说明。
图1A-1D表示本发明方法的实施例的顺序描述(sequential depiction)。
图2A-2C表示本发明方法的实施例的顺序描述。
图3A表示由本发明方法的实施例形成的传导线路(conductive line)。
图3B表示由本发明方法的实施例形成的一系列传导路径。
图4表示具有由本发明方法的实施例形成的传导线路的离子传导层。
图5A-5B表示本发明方法的实施例的顺序描述。
图6A表示本发明方法的实施例。
图6B表示应用到包括性能增强层的离子传导薄膜的本发明方法的实施例。
图6C表示包括由本发明方法的实施例形成的预制结构性组件的离子传导层。
图7A-7B表示本发明方法的实施例的顺序描述。
图8表示本发明方法的方框流程图。
具体实施方式
在以下说明中，为了提供对本发明更加全面的理解，阐明具体细节。然而，本发明可以在没有这些详情的情况下得到实践。在其它例子中，为了避免不必要地影响对本发明的理解，公知的部件尚未示出或尚未详细描述。附图通过说明的方式示出具体实施，可以在这些具体实施例中实践本发明。在不背离本发明的范围的情况下可以组合这些实施例，可以利用其它元件或者可以进行结构性或逻辑性改变。因此，说明书和附图被视为是说明性意义而非限制意义。
本发明中提及的所有出版物、专利或专利文献，即便通过参考分别进 行结合，但都以它们的整体参考结合于此。倘若如此参考结合导致本发明与那些文献之间存在不一致的使用，在结合参考中的使用应该当作对本发明的使用的补充；对于不可调和的不一致，本发明中的使用控制。
在本发明中，术语“一”独立于任何其它情况或“至少一个”或“一个或多个”的用法，用于包括一个或超过一个。在本发明中，除非另有说明，术语“或”用于指非排他性的，或者，使得“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“上面”或“顶部”以及“下面”或“底部”用于描述相对于复合物的中心的两个不同方向，并且术语“上部”和“下部”可以用于描述复合物的两个不同表面。然而，这些术语仅用于便于说明而不能理解为固定描述的实施例的燃料电池层的取向。在附加的方面或权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等等仅用作标签，目的不是对它们的对象赋予用数字表示的要求。应当理解的是本发明中明确公开的任何数值范围应当包括明确公开的范围的任何子集，就如同这样的子集范围也明确公开；例如，1-100的公开范围，或者小于或等于100但大于或等于1，应当也包括范围1-80、2-76或落入1和100之间的任何其它数值范围。
在2009年02月27日提交的名称为“电化学电池和与其相关的薄膜(ELECTROCHEMICAL CELL AND MEMBRANES RELATEDTHERETO)”、公开号为2011/0003229、PCT申请号为PCT/CA/09/00253的共同受让的美国专利申请中描述了包括例如燃料电池层这样的可以服从本发明方法用作复合层的电化学电池的阵列的复合层结构的多个示例，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。
可以通过提供包括多个离子传导组件和多个电传导组件的复合基板构造包括多个单位电池的燃料电池层。可以例如通过从离子传导薄膜片中明确地移除材料以形成一个或多个孔提供这样的基板，之后利用传导材料填充孔以产生通过薄膜片的一个或多个分离的电路径。在2010年03月25日提交的名称为“燃料电池层、燃料电池系统和用于制造燃料电池层的方法(FUEL CELL LAYER,FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FORFABRICATING THE FUEL CELL LAYER)”的公开号为2011/0236785的共 同受让的美国专利申请中描述了这样的方法的示例，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。就微型燃料电池而言，孔总体上需要很小，以便填充材料不需要跨越大的间隔。电传导通道可以用作互连，从而电连接邻近的单位燃料电池。可以需要这些路径从一个主要表面到相对的表面穿透基板。
本发明方法允许通过刺穿片材(sheet material)在连续的片材中形成贯穿平面的传导路径。这与从基板中移除材料，在后面留下明确的洞的现有技术中的方法不同。连续的片材可以是均匀的质子传导材料、质子传导和介电材料的复合物，或者具有设置在材料的表面上或表面附近的电传导性的区域的质子传导和介电材料的复合物。通过最小化单位电池互连需要的面积，可以使燃料电池的总有效面积最大化。
本发明方法避免了小孔屑的产生，当机械冲压机用于移除材料时，小孔屑会堵塞工具或产生平面外变形。本发明方法还避免了表面和区域效应的产生，当消融技术用于材料移除时，表面和区域效应会改变连续的片材的机械特性。这样的结果使得例如压制(pressing)这样的随后的处理步骤难以完成。因此，本发明方法使连续片材的变形或其机械特性的改变最小化。
定义
这里使用的“催化剂”指在没有更改或消耗其本身的情况下帮助开始或增加反应的速率的材料或物质。催化剂层可以包括适合考虑中的应用的任何类型的电催化剂(electrocatalyst)。催化剂或催化剂层可以包括纯铂、碳载铂、铂黑、铂钌、铂-钴、钯、铜、氧化锡、二氧化硅、镍、金、石墨、碳黑和一种或多种粘合剂的混合物。粘合剂可以包括离聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、含氟聚合物和其它聚合物材料，并且可以是膜、粉末或分散质。聚酰亚胺的示例包括卡普顿含氟聚合物的示例是PTFE(聚四氟乙烯)或特氟隆其它含氟聚合物包括PFSA(全氟磺酸)、FEP(全氟乙丙烯)、PEEK(聚乙烯醚酮(polyethylene ether ketones))和PFA(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)。粘合剂还可以包括PVDF(聚偏二氟乙烯)粉末(例如，)和二氧 化硅粉。粘合剂可以包括聚合物或离聚物的任何组合。碳黑可以包括任何合适的精细区分的碳材料，例如乙炔碳黑、碳粒子、碳片、碳纤维、碳针、碳纳米管和碳纳米粒子中的一种或多种。
这里使用的“涂层”指设置在复合层的表面上的传导薄层。例如，涂层可以是催化剂层或电极，例如阳极和阴极。
这里使用的“复合层”或“复合物”指包括至少两个具有厚度的表面的层，其中在表面之间限定一个或多个离子传导通道和一个或多个电传导通道。复合层的离子传导性能和电传导性能可以通过限定具有不同的尺寸、形状、密度或布置的离子传导通道和电传导通道在复合物的不同区域内变化。可以例如通过选择性地处理非离子传导片以形成离子传导区来形成复合层，例如在2005年02月02日提交的名称为“薄膜和包含这样的薄膜的电化学电池(MEMBRANES AND ELECTROCHEMICAL CELLSINCORPORATING SUCH MEMBRANES)”的第7,378,176号共同受让的美国专利中描述的那样，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。复合层可以是对流体(例如，气体或液体)不可渗透的，或者实质上不可渗透的。复合层可以包括介电材料。复合层能够在复合层的整个空间范围提供期望的电传导性、离子传导性、透气性和机械强度特性或能够改变复合层的不同区域的程度。复合层可以用作基板。可以应用本发明方法所针对的合适的复合层包括在这里描述的复合层以及任何复合层，该任何复合层在参考结合于此的任何专利文献中描述、并且包括或可以包括设置在复合层的主要表面之一或两个主要表面上的涂层或设置在邻近复合层的主要表面之一或两个主要表面的涂层。
这里使用的“介电材料”指呈现微不足道的电传导性的物质。例如，介电材料可以用作基板。介电材料可以理解为包括离子传导材料、非离子传导材料或它们的组合。离子传导材料的示例包括任何离聚物或适合于给定应用的电解质，例如离子交换聚合物(即，全氟磺酸(Nafion^TM))、碱性溶液、酸性溶液、磷酸、碱金属碳酸盐和氧化物离子传导陶瓷。非离子传导材料的示例包括聚合物，例如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醚酮(poly ethylene ether ketones)、聚酰亚胺、聚酰胺、含氟聚合物和其它聚 合物膜。聚酰亚胺的示例包括卡普顿(Kapton^TM)膜。含氟聚合物是PTFE(聚四氟乙烯)或特氟隆(Teflon^TM)膜。其它含氟聚合物包括PFSA(全氟磺酸)、FEP(全氟乙丙烯)和PFA(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)。介电材料还可以包括例如玻璃纤维这样的增强复合材料、例如硅或玻璃这样的任何合适的非聚合物材料以及它们的组合。介电材料可以包括电解质。电解质可以是固态电解质薄膜。
这里使用的“电化学反应层”指电化学反应发生所在的区域。电化学反应层可以包括在电化学反应中充当阳极、阴极或阳极和阴极的材料或组件。电化学反应层可以包括电极材料、催化剂材料、电传导材料、气体渗透材料和水活性材料(即，亲水和疏水材料)，并且可以包括结构性添加剂以提供机械耐久性。可以使电化学反应层的构成最优化以促进反应。
这里使用的“电极区域”、“电极材料”或“电极”指在电化学反应中充当阳极、阴极或阳极和阴极的材料或组件。电极区域可以包括催化剂。电极区域可以包括纯铂、铂黑、碳载铂、钯、铜、镍、金、机织和非机织碳纤维纸、复写纸、碳黑的混合物、碳粉、石墨粉、膨胀石墨、例如石墨填充环氧树脂这样的传导胶粘剂、例如石墨填充Nafion^TM这样的传导引物、Nafion^TM或它们的组合。电极区域还可以包括多微孔层。多微孔层是这样一种组分：其功能是促进电极中的热、水和电运输以及提供电极中的结构性支承。多微孔层可以包括石墨粉、碳粉、碳针、碳纳米管、石墨片、石墨针、氧化锡、二氧化硅和粘合剂。粘合剂可以包括离聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、含氟聚合物和其它聚合物材料，并且可以是膜、粉末或分散质。聚酰亚胺的示例包括Kapton^TM。含氟聚合物是PTFE(聚四氟乙烯)或Teflon^TM。其它含氟聚合物包括PFSA(全氟磺酸)。粘合剂还可以包括PVDF(聚偏氟乙烯)粉末(例如，)和二氧化硅粉。粘合剂可以包括聚合物或离聚物的任何组合。这样的多微孔层的示例包括那些商业可用的、采用碳素复写纸和涂布碳纤维纸的形式。电极区域可以包括如2010年12月23日提交的名称为“燃料电池的性能增强层(PERFORMANCE ENHANCING LAYERS FOR FUEL CELLS)”的公开号为第WO 2011/079378的共同受让的PCT申请中描述的性能增强 层，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。电极区域可以以涂层的形式设置在复合层的表面上。“电极区域”和“电极”在这里将可交换地使用。
这里使用的“电子传导组件”或“电传导组件”指提供电传导路径的复合层的组件。电子传导组件例如可以提供通过复合层从复合层的一个表面到复合层的相对表面的一个或多个电传导路径。电子传导组件包括一个或多个材料，该一个或多个材料是电传导的，例如金属、金属泡沫、碳质材料、电传导陶瓷、电传导聚合物、石墨、石墨填充环氧树脂、金属填充环氧树脂、膨胀石墨、碳、碳填充环氧树脂、它们的组合等等。
这里使用的“电解质薄膜(electrolyte membrane)”指提供离子传导途径的复合层的一种组分。离子传导组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基于碳氢化合物的离子传导材料。在这里电解质薄膜还可以称为“电解质”或“离子传导组件”。离子传导路径必须是间隔的，使得质子沿每一条路径流动而不是从一条路径跳到另一条路径，以便具有在分离的离子传导路径中流动的效果。
这里使用的“平面”指具有确定的广度和空间方向或位置的二维假设表面。例如，矩形块可以具有相互垂直的三个平面。例如平面可以利用大于或小于90度的角度相对于彼此进行限定。
这里使用的“燃料电池阵列”指多个单个的单位电池。多个电池可以在一片离子交换薄膜材料或其它基板上形成，或者可以通过以特定方式组装多个组件形成。阵列可以形成任何合适的几何形状。燃料电池阵列中的各个单位电池可以凭借传导通道电连接。例如，传导通道可以连接单位燃料电池的阳极和邻近的单位燃料电池的阴极以产生串联电连接。燃料电池的平面阵列的示例在2005年02月02日提交的名称为“具有位于电化学反应层下面的载流结构的电化学电池(ELECTROCHEMICAL CELLSHAVING CURRENT CARRYING STRUCTURES UNDERLYINGELECTROCHEMICAL REACTION LAYERS)”的公开号为2005/0250004的共同所有的美国专利申请中进行描述，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。阵列中的燃料电池还可以顺延到其它平面表面，例如管(如圆 柱形燃料电池中发现的那样)。供替换地或除此之外，阵列可以包括符合多种多样的几何形状的柔性材料。
这里使用的“实质上”指大多数或大部分，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或至少约99.999％。
这里使用的“离子传导”指离子传导的材料。
这里使用的“质子传导”指质子传导的材料。
图1A-1D表示本发明方法的一个实施例的顺序描述，示出了设置在基板中的电传导材料的横截面图。基板可以是任何合适的基板。基板可以是连续的一片。基板可以是离子传导基板。基板可以包括至少一个离子传导的区域。在一些示例中，基板的离子传导区域可以是质子传导的。在一些实施例中，基板可以是复合层，包括离子传导层和另外的一层或多层的混合。离子传导基板或基板的离子传导区域可以小于10μm厚，或约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或约150μm厚或更厚。离子传导基板或基板的离子传导区域可以例如约25至约50μm厚，或约10至约100μm厚。
基板可以包括至少一个离子传导性的区域。离子传导性的区域可以是质子传导性的区域。区域可以是任何合适的区域。基板可以具有第一和第二主面。基板可以具有第一体积。基板可以是平面基板。平面基板是在一维中很薄的基板。平面基板可以是柔性或刚性的，其可以是平的或弯曲的。平面基板可以具有平面的变形并依然视为平面基板。
图1A表示包括第一侧120(主面)和第二侧122(主面)的基板102的一部分。图1B表示由机械工具110形成的基板102的破损区域或孔104。孔可以是任何合适的孔。机械工具110可以在基板102的表面产生不规则开口，例如在底部附近具有小洞的像凹部的形状，而不是产生具有顶部到底部对称的开口。任何合适的工具可以用于形成开口。用于产生这样的开口的工具的截面的直径可以例如小于约50μm、100μm、200μm、300μm、 400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm或大于约1000μm。在一些示例中，制成开口的工具不具有恒定直径，而是锥形的或以其它方式在表面上图案化为具有凹槽表面或螺旋形凸起。在各个示例中，工具可以是固定的或可以绕轴转动。
可以在基板上形成一个或多个开口。可以一次形成一个开口，或可以同时形成若干个开口。在一些实施例中，可以同时形成约2、5、10、20、50、100、200、300、500或约1000或更多个孔。各种各样的机械工具可以用于形成开口，例如那些用在片转换中以制成穿孔的片的那些机械工具等等。其它示例包括钢带模(steel rule die)、穿孔模和插脚模(pin die)。具有多个插脚的模具可以在基板102中产生多个不规则的开口。可以形成具有每英寸多达约50个插脚的插脚间距的典型的模具。可以产生具有在单排中排列的插脚或在多排中排列的插脚从而每次产生超过一组开口的这样的模具。在示例中，包括例如图4所示的那样的多个单位燃料电池的燃料电池阵列可以包括约1000到约4000个开口。
工具可以从一个主面到相对表面刺穿基板。工具可以被推动穿过基板任何合适的深度。在一些实施例中，尖端以上的工具的直径可以增加、保持不变或它们的组合；根据工具的形状，可以选择进入基板的深度以实现孔的期望尺寸。在其它实施例中，工具还兼作插入开口中的电传导材料，例如夹钳或以下描述的其它实施例。在其它实施例中，工具带有传导元件(例如，传导线)，使得可以选择工具插入的深度，从而在移除工具之前传导元件被承载穿过孔进入到合适的深度。
在各个实施例中，为了生成开口，在实质上没有材料从基板上移除的同时形成在基板中形成的孔。尽管非常少量的材料的移除会发生在孔形成的过程中，但该孔并不是通过从该孔中移除核心形成的，因此移除的材料都不是核心形小块(“孔屑”)。在一些实施例中，通过利用圆锥或针形器具用于洞成形，以此完成避免材料的移除，其中器具的尖端刺破基板，并且器具的较宽部分跟随尖端使孔变宽。当尖端移动通过基板时，在正在形成孔的时候，孔内部的侧面会被刮掉少量的材料：然而，少量材料的移除使得在开口的产生过程中实质上没有材料从基板中移除。此外，平面基板 可以通过刺穿的力移开，引起凹部形状围绕孔形成。在其它实施例中，通过刺穿的力最低限度地移开平面基板，使得形成很少或者没有凹部形状。
在表达在孔形成的过程中缺少材料的移除的一种方式中，在孔形成之前，基板具有第一体积，并且在孔形成之后，基板具有第二体积，其中第二体积与第一体积实质上相同。在一些实施例中，可以以任何合适的方式限定第一体积，围绕基板的整个总体积的任何部分，只要该体积围绕制成孔所通过的基板的部分的整体。类似地，只要第二体积对应于第一体积，可以以任何合适的方式限定第二体积。当从近似垂直的方向观看时，第二体积可以通过将基板的相同横截面面积表示为第一体积对应于第一体积。在一些实施例中，可以围绕形成孔所处的面积严格限定体积。在另外的实施例中，可以围绕形成孔所处的面积大体限定体积。当孔的形成包括基板的平面的凹部或其它变形的形成时，体积可以包括变形的整体。在一些实施例中，第二体积是第一体积的约90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.9％、99.99％、99.999％、99.9999％、99.99999％或更多，或约100％。
在各个实施例中，由孔的形成移除的材料的总量可以很少或实质上没有；然而，在一些示例中，在孔的形成以及第一体积和第二体积的实质相等之后，基板的性能的改变可以导致其收缩或膨胀，使得总体体积大于或小于原始体积。此外，在各个实施例中，电传导材料向基板的增加可以导致比原始(第一)体积或第二体积更大的全部总体积。第一和第二体积之间的比较可以描述由孔形成引起的体积改变，其中可以稍后测量第二体积，例如在孔形成和刺穿仪器的撤出之后立即测量第二体积；需要理解的是例如体积的增加这样的基板的体积或总体积中的另外的变化可以发生在孔的形成之后。
本发明的各个实施例还避免了“悬置孔屑(hanging chad)”的产生，例如，孔的边缘或电传导路径的边缘上悬置的基板材料的剩余量。悬置孔屑总体上包括通过基板的洞的移除的核心，其中核心依然连接在形成的洞的边缘附近的基板的一些部分上。可以通过移除核心以在基板中产生洞来产生悬置孔屑。各个实施例通过如上所述的避免核心的移除避免了悬置孔屑的产生。相反，使用尖端刺穿基板，这避免了将核心推出其可以在洞的 边缘悬置的基板外。
如上所述，洞的形成可以移开基板材料，在平面基板内导致像凹部的形状。通过仅仅使基板变形但不移除材料或移开材料到洞的外面作为悬置孔屑，由悬置孔屑产生的问题可以得到避免。在描述孔形成的过程中的材料的可能移开但没有核心移除和移开的一种方式中，可以预期基板在孔形成之前和之后都具有上部和下部体积，其中上部和下部体积在洞形成之前和之后实质上相同。洞形成之前基板的上部和下部体积对应于洞形成之后的基板的上部和下部体积。为了“对应”，上部和下部体积之间的分界线会出现在近似贯穿基板的厚度的相同比例，除了孔的位置以外；对于因孔的形成而变形的平面基板，孔附近的上部和下部体积之间的分界线可以弯曲。相比之下，对于具有被孔形成移除的材料的基板，由于失去的材料，上部和下部体积在孔形成之后不同。对于洞形成之前和之后将实质上相同的基板的上部和下部体积，洞形成之后的上部和下部体积可以是洞形成之前的上部和下部体积的90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.9％、99.99％、99.999％、99.9999％或约99.99999％或更多，或约100％。
基板可以凭借任何合适的方式保持在适当位置。在一些示例中，基板102可以保持在固定装置中的适当位置，同时模具与之对齐。固定装置可以包括装配特征(mating feature)以限制或阻止例如当基板被刺穿时的基板的偏移。图1C表示位于基板102的第一侧120、第二侧122或两侧的电传导材料106(其可以包括催化剂材料)。传导材料可以例如是悬浮液的形式。传导材料可以每次设置在一个开口中，或者可以同时设置在多个开口中。
由于材料已经被开口的形成移开，压制经处理的片将倾向于推动移开的材料回到其原始位置。这允许基板的再密封更加容易实现。可以利用例如轴向压力机、液压机、机械压力机、肘杆式压力机或旋转压力机这样的任何合适的压力机完成压制，并且可以在例如约50至约200psi这样的任何适合的压力下压制例如1-10分钟这样的任何合适的时间。在压制片的同时可以施加热，温度取决于基板的熔点和使用的传导材料的特性。例如，施加的热可以在约50℃和约200℃之间，或者在约80℃和约160℃ 之间，或者在约130℃和约180℃之间，或者在约80℃和约130℃之间。
图1D表示已经压制组合之后的基板102和传导材料106。压制或以其它方式处理基板和传导材料是可选择的步骤；在一些实施例中，会发生压制或其它处理，在其它实施例中，不会发生压制或其它处理。在一些实施例中，电传导元件充分地密封到基板上，使得基板在没有压制步骤或其它处理的情况下是实质上不透气的。在其它实施例中，可以压制或以其它方式处理离子传导层，从而密封该层。在例如图1所示的实施例中，压制可以使基板变平，并且将传导材料压到孔中，使得其既平又密封，使得产生的传导途径和周围的薄膜是气密的。在压制过程中，传导材料的微粒被迫进入破损区域。由于破损的本质，可以在产生的电互连中制成足够大到提高需要的贯穿平面传导性的面积。当多个这样的互连以彼此极为接近的方式形成时，可以形成总的低电阻电互连特性。
产生的电传导途径和电传导途径周围的基板是实质上气密的。具有电传导途径的产生的基板的气密性允许气体燃料在各种合适的压力下提供到包括基板的燃料电池中。对于将要实质上气密的薄膜，其无须是100％气密的。例如，一些气体分子可以在足够长的一段时间内、在足够高的压力下通过薄膜泄露。然而，气体泄漏应当是极少的，使得基板可以有效地用在燃料电池中。例如，在约15psig压力下，少于约0.3sccm的气体从基板的一侧泄露至另一侧。例如，在约5psig、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或约60psig压力下，小于约0.001sccm、0.005、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、5、10、20、50、100、500或小于1000sccm的气体从基板的一侧泄露到另一侧；其中为泄露测试的表面面积是约0.001cm²、0.005、0.01、0.05、0.1、1.0、1.5、2、5、10、50、100、150、200、500或约1000cm²。在一些实施例中，泄露率可以是约0.0667sccm/cm²或更少。在一些实施例中，总的泄漏率可以是约0.0032g/h或更少。在一些实施例中，从任何单点的泄漏率可以是约3sccm或更少，或约0.016g/h或更少。
在各个实施例中，形成孔的步骤可以在电极材料(未示出)设置在基 板102之前或之后完成。在一些实施例中，可以在电互连的形成之后在孔104附近的电极材料层上或越过电极材料层施加额外的传导或密封层。可以增加任何合适的材料，以及任何合适的厚度和合适的形状的任何数量的附加层。
在本发明的一些实施例中，电传导组件可以用于穿透基板，例如，电传导组件是穿透工具。在一些实施例中，如上所述，穿透工具可以带有电传导组件，例如，穿透工具可以是针状器具，并且传导组件可以例如以传导线的形式。图2A-2D表示本发明方法的一个实施例的顺序描述，示出了设置有传导线的离子传导层的横截面图。
在图2A中，基板202的一部分与图1A中的基板102的一部分类似。在各个实施例中，例如基板202这样的基板可以是例如离子传导层；在其它实施例中，基板202可以是经过选择性地处理以形成离子传导区域的层，或者是在某些部分选择性地转化为相对更高的离子传导状态的层，例如，通过选择性地水解全氟磺酸先驱体树脂。这样的转化可以在该过程中的任何合适的时间完成，例如在电传导途径嵌入基板之前或之后。在一些实施例中，基板以较少离子传导或非离子传导形式在尺寸上更加稳定，当利用某些制造方法时，这可以在一些实施例中提供优势。基板材料可以利用任何合适的技术转化到相对地离子传导状态以形成离子传导通道。作为非限制性示例，离子传导通道可以通过选择性地使基板片的区域暴露于化学品、辐射、热等等。遮盖物可以用于选择性地使基板片的区域暴露于化学品、辐射、热等等。还可以使用其它平版、蚀刻和/或印刷电路板制造技术。在一个特定实施例中，其中非离子传导材料是对的树脂先驱体，在离子传导通道的选择的位置中的非离子传导材料向离子传导材料的转化可以包含遮盖基板片并通过暴露于水而选择性地水解基板片的区域。可以调整由基板材料的选择性转化形成的离子传导薄膜以提供具有不同离子传导性和/或机械特性的不同空间薄膜区域，从而适合于特定应用。
在图2A中，基板202的一部分与图1A中的基板102的一部分类似。离子传导层202可以具有第一侧220和第二侧222。带有电传导线206的 工具210可以如图2B中所示那样刺穿离子传导层202。传统的缝纫技术可以用于使电传导线设置在孔中，如所属技术领域的技术人员容易领会的那样。具有例如约50至约300μm的直径的针状物可以用于插入传导线中。在这里离子传导层202包括水解树脂，在一些实施例中，可以在其尺寸上稳定的未水解树脂先驱体上完成本发明方法，其中如上所述，该未水解树脂先驱体可以之后水解。在图2C中，线206暴露于离子传导层202的两侧220和222，形成传导路径。传导线可以由任何合适的数量的纤维组成，并且该纤维可以包括任何合适的传导材料。传导线206可以由多个非常薄的纤维组成，并且当压制时可以作为结果地改变其横截面形状。在一些实施例中，电传导元件充分地密封到基板上，使得在没有压制步骤或其它处理的情况下，基板是实质上不透气的。在其它实施例中，可以压制或以其它方式处理离子传导层从而密封该层。可以选择传导线的特性以及缝合的间距以提供电性能和机械耐久性的最佳组合。例如，传导线可以包括碳纤维线、包括例如贵金属这样的金属的线，从而提高传导性等等。
图3A-3B表示由图2的实施例形成的电传导线路(electricallyconductive line)的横截面图。通过制成如所示那样的贯穿平面传导路径的线路，贯穿平面连接的总横截面面积可以明显增大，促进了改进的电性能。例如回路306和308这样的图3A中的传导线的一部分可以暴露在基板302的两对侧上。可以切开这些部分以产生具有如图3B所示那样多个暴露的纤维端316的分离的电传导路径，可以通过压平、梳理和压制，使分离的电传导路径在离子传导层302的表面322上弄平。暴露的多个纤维端可以增加传导性。
图4表示具有由本发明方法形成的电传导通道的平面燃料电池阵列的示意图。单线可以横贯离子传导薄膜层的宽度，或者可以实施任何合适的图案。线在基板102中形成回路306。一旦单线已经横贯线路，可以切开回路以暴露多个纤维端。
图5A-5B表示根据本发明方法的一个实施例的顺序说明，示出了被一个或多个具有一个或多个突出(protrusion)530的预制结构性夹紧元件510夹紧的离子传导层502的横截面图，其中突出530具有一个或多个电传导 层506。一个或多个电传导层可以在预制元件的任何合适的部分上，例如，使得在平面燃料电池阵列的合适的电极之间形成有效的电连接。预制结构性元件可以具有近似平行于基板的平面的面，并且可以具有一个或多个近似垂直于基板的平面的突出530。突出可以是任何合适的形状。例如，突出可以在通过基板插入的端部具有尖端形状。例如，突出可以具有总体上圆柱形，使得突出的大部分可以具有实质上相同的直径。在一些实施例中，离子传导层可以包括一个或多个涂层。图5A和5B表示离子传导层502的横截面图，其中离子传导层502具有在其第一侧520上的涂层516以及在其第二侧522上的涂层518。涂层可以包括电极或催化剂材料。涂层可以包括缺口512和514的区域。在一个或多个燃料电池层中的缺口的区域的示例在2008年12月22日提交的名称为“包括缺口的区域的电化学电池总成(ELECTROCHEMICAL CELL ASSEMBLIES INCLUDING AREGION OF DISCONTINUITY)”的公开号为2009/0162722的共同受让的美国专利中描述，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。预制结构性夹紧元件510可以与涂覆的离子传导层或其上的缺口的区域对齐。一个或多个电传导层506可以形成与基板上的邻近的传导层的电连接。因此，预制元件可以提供产生通过基板的电传导途径从而制成平面燃料电池阵列的简单且有效的方式。
预制结构性夹紧元件可以具有足够大且适当地放置的传导表面，使得可以形成与期望的电传导层的良好电连接。在一些示例中，传导表面通过在突出上或在平行面上的涂层形成。在一些示例中，传导表面由突出形成，其中突出从传导材料本身形成或从由传导材料本身形成的平行面形成。在一些实施例中，通过传导涂层和面或由传导材料形成的突出的组合提供传导性。传导表面可以出现在一个或多个突出的任何合适的部分上，或者一个或多个平行面的任何合适的部分上，或者二者上。在一些示例中，平行面的面积或突出的尺寸可以足够产生与其中可以形成气密密封的基板的共界面面积。在一些实施例中，预制元件的两个平行面之间的压力可以帮助提供气密密封，并且在一些示例中可以提供在这里进一步描述的压力的其它优势。在一个示例中，具有传导层506的一个或多个突出530可以刺穿离子传导薄膜502并且在离子传导层的相对侧上与容纳夹钳(receiving clamp)540连接。在一些示例中，容纳夹钳具有可以在基板上接触突出的传导表面或电传导层的合适尺寸的传导表面，而在其它实施例中，容纳夹钳不具有传导表面。在一些示例中，工具可以用于部分或完全形成孔，在此之后突出可以由此通过。在各个实施例中，结构性夹紧元件可以具有突出530，这些突出530是非传导的，但它们纯粹执行结构性功能，例如维持顶部和底部夹紧元件之间的压力。在使用中，在一些示例中，预制结构性夹紧元件可以位于两个燃料电池的阳极和阴极区域之间的重叠部分的区域上，然后进行压制，以便传导突出刺穿离子传导薄膜从而从一个表面到相对表面产生传导路径，例如，从一个燃料电池的阳极到另一个邻近的燃料电池的阴极。突出530可以在顶部结构性组件510和容纳夹钳540之间形成机械连接，当其上的电传导表面可以提供贯穿平面电传导性时将它们保持在适当位置。突出530与对应的容纳夹钳540的配合可以允许在贯穿平面传导突出附近的基板上的静压力载荷。
在一些实施例中，预制结构性夹紧元件可以结合例如离子传导薄膜这样的基板与例如流体歧管(fluid manifold)这样的燃料电池系统的另一组件。这可以消除对结合多个组件的附加胶粘剂的需要。流体歧管的示例在2009年03月26日提交的名称为“包括节省空间的流体室的燃料电池系统和相关方法(FUEL CELL SYSTEMS INCLUDING SPACE-SAVING FLUIDPLENUM AND RELATED METHODS)”的公开号为2009/0081493的共同受让的美国专利中描述，该文献的公开内容以其整体参考结合于此。
预制结构性夹紧元件可以横穿燃料电池层的全宽延伸，或者，如图6C所示，多个较短的夹紧元件610和容纳夹钳元件640可以安装成一排。为了产生适合于特定燃料电池设计的组合的夹紧和电互连构造，夹紧元件可以以被视为适合于具有选择性呈现电传导的夹紧元件区域的总电化学电池系统设计的任何合适的和传统的样式设置。图6A表示具有多个具有传导涂层606的突出630a和630b的顶部预制结构性夹紧元件610的横截面图。顶部夹紧元件610可以刺穿基板602或可以通过部分或完全预刺穿的基板602插入。基板602可以具有第一涂层616和第二涂层618以及缺口612和614的区域。顶部夹紧元件610可以与一个或多个容纳夹紧元件640 联接以形成一个或多个传导路径。单个容纳夹紧元件640可以与一个或多个顶部夹紧元件610联接。单个顶部夹紧元件610可以与一个或多个容纳夹钳元件640联接。在一个示例中，顶部元件的大部分是非传导的，顶部元件的突出630具有传导涂层，并且多个突出630形成电连接邻近的单位燃料电池的互连。
在一些示例中，预制结构可以由传导或非传导材料形成。例如，预制结构可以由塑料或金属形成。在一些示例中，在结构的表面上沉积传导材料可以在结构上提供传导表面。在其中预制结构由传导材料组成的示例中，传导材料的沉积可以允许预制结构更具传导性。当安装时，低电阻传导路径可以在邻近的燃料电池的阳极和阴极之间形成。在一些示例中，预制结构可以进一步包括密封部件以提供防止刺穿的突出周围的泄露的一种手段。密封部件可以是任何合适的形状，并且可以由任何合适的材料制成。例如，密封部件可以是橡胶圈或垫圈的形式，该橡胶圈或垫圈安装在基板和预制结构性元件的平行面之间或者安装在另一合适位置。
在本发明的一些实施例中，燃料电池层包括一个或多个性能增强层。这样的性能增强层的示例在以上参考的共同受让的PCT国际公开申请第WO2011/079378号中描述。图6B表示具有第一侧620和第二侧622的离子传导薄膜602的横截面图。第一涂层616和性能增强层636可以设置在第一侧620上或邻近第一侧620设置，第一涂层616和性能增强层636具有缺口612的区域。第二涂层618可以设置在第二侧622上或邻近第二侧622设置，第二涂层618具有缺口614的区域。具有包括电传导涂层606的突出630的顶部夹紧元件610可以刺穿离子传导薄膜和性能增强层(或者通过部分或完全预制的孔插入)并且可以与底部夹紧元件640连接。
图7A-7B表示本发明方法的一个实施例的顺序描述，示出了离子传导层702的横截面图，其中离子传导层702具有设置在其第一侧720上的电极材料的层716以及设置在其第二侧722上的电极材料的层718。层716和718分别具有缺口712和714的区域。缺口712和714的区域可以长且窄(例如，条状)，或者它们可以是其它形状。在图7A中，离子传导层702可以与包括电传导部分738和非传导部分739的盖状物(cap)或插入物 710对齐。非传导部分739可以是介电部分。盖状物710可以是任何合适的材料，例如，710可以是选择性地进行涂覆以在期望部分产生电传导的塑料或介电材料。盖状物710可以长且窄(例如，条状)，或任何其它合适的形状，总体上使得形状匹配缺口区域712的形状。盖状物710可以沿燃料电池层的全宽延伸，并且可以提供多个较短的盖状物，类似于如图6C中所示的多个较短的夹紧元件。由于盖状物710包含电传导和非传导区域，寄居在基板上的邻近的单位燃料电池之间的非传导间隙可以忽略。这可以降低形成燃料电池阵列的复杂性。
离子传导层702还可以与包括传导部分748和非传导部分749的流体歧管层750对齐。在一些示例中，非传导部分749可以是介电部分。在图7B中，使得盖状物710接近离子传导层702的一个表面720，而使得流体歧管层750接近离子传导层702的相对表面722。电传导材料706可以穿过盖状物710、离子传导层702的一部分以及流体歧管层750的一部分。传导材料706可以以例如传导线的形式。在一个示例中，在没有在离子传导层702中形成开口的突出的情况下，盖状物710和歧管层750充当夹紧元件。盖状物710和歧管层750因此横穿离子传导层702的表面分布夹紧负荷，这在一些示例中可以降低或消除对附加夹紧组件的需要。传导线706通过离子传导层702延伸。可以拉紧线706以获得夹紧力。可以适当地选择线的松紧程度以产生期望量的夹紧力，使得例如产生气密密封。作为选择，传导材料可以在使得盖状物与离子传导层702的表面接近之前插入盖状物710中。
图8表示在基板中形成电传导路径的本发明方法的实施例的方框流程图。在方法800中，在阶段860中，在基板中形成开口。在阶段870中，传导材料设置在基板的开口中。在阶段890中，压制基板，形成从基板的第一侧延伸至第二侧的传导路径。压制基板需要的压力可以例如在约50至约200psi之间。基板的压制可以通过固化步骤、退火步骤或其组合完成。压制、固化和退火可以连续地或同时地完成。
上述说明的目的是说明性的，而非限制性的。例如当回顾上述说明时所属技术领域的技术人员可以使用其它实施例。同样，在上述具体实施方 式中，各个特征可以聚集在一起以简化本发明。这不应当解释为旨在未要求权利的公开的特征对任何权利要求是必不可少的。相反，本发明主题可以在于少于特定公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求以此方式包含到具体实施方式中，其中每一项权利要求基于其本身作为单独的实施例。本发明的范围应当参照权利要求连同享有随附权利要求的等同物的全部范围进行确定。
附加实施例
本发明提供以下示例性实施例，这些实施例的编号不应解释为重要性的指定等级：
实施例1提供一种用于形成电传导路径的方法，包括：获得和/或提供具有第一和第二主面以及第一体积的平面基板，基板包括至少一个离子传导区域；在平面基板的所述至少一个离子传导区域中形成至少一个孔，孔在第一和第二面之间延伸并且限定具有与第一体积实质上相同的第二体积的刺穿的平面基板；以及在刺穿的平面基板的孔中设置电传导材料，以提供在第一和第二面之间延伸的电传导路径；其中，电传导路径密封到基板，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
实施例2提供实施例1的方法，其中在没有形成一个或多个悬置孔屑的情况下形成孔。
实施例3提供实施例1-2中任一个的方法，其中，该方法包括制造电化学电池的方法。
实施例4提供实施例1-3中任一个的方法，其中，离子传导区域是质子传导区域。
实施例5提供实施例1-4中任一个的方法，其中形成和设置实质上同时完成。
实施例6提供实施例1-5中任一个的方法，其中刺穿元件实质上同时完成形成和设置。
实施例7提供实施例1-6中任一个的方法，进一步包括压制基板或对基板增加新材料，足以密封基板以使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
实施例8提供实施例7的方法，其中压制基板包括至少在沉积有电传导材料的位置对基板的第一和第二面施加压缩压力。
实施例9提供实施例7-8中任一个的方法，其中压制基板根据达到约15psi的气压密封在第一和第二面之间延伸的电传导路径。
实施例10提供实施例7-9中任一个的方法，其中压制基板包括压滚基板。
实施例11提供实施例1-10中任一个的方法，其中设置包括涂覆、插入、压制和沉积中的至少一种。
实施例12提供实施例1-11中任一个的方法，其中电传导路径电连接邻近的燃料电池的阳极和阴极。
实施例13提供实施例1-12中任一个的方法，其中传导材料包括催化剂。
实施例14提供实施例1-13中任一个的方法，其中传导材料选自粉末、液态溶液、线、预制结构元件和无孔组分。
实施例15提供实施例14的方法，其中传导材料是线，其中在形成在第一和第二面之间延伸的电传导路径之后，其中在基板外面延伸的线的至少一部分可用于连接至一个或多个电极。
实施例16提供实施例1-15中任一个的方法，其中预制结构元件包括传导材料。
实施例17提供实施例16的方法，其中预制结构元件在平面基板中形成孔。
实施例18提供实施例16-17中任一个的方法，其中预制结构元件包括至少两个平行面。
实施例19提供实施例16-18中任一个的方法，其中预制结构元件进一 步包括密封部件。
实施例20提供实施例1-19中任一个的方法，其中在设置之后，选择性地处理基板的一个或多个区域，使得一个或多个区域的离子传导性增加。
实施例21提供一种用于形成电传导路径的方法，包括：提供和/或获得具有第一和第二主面的平面基板，基板包括至少一个离子传导区域；在平面基板的所述至少一个离子传导区域中制成至少一个孔，其中孔在第一和第二面之间延伸，其中在孔形成的过程中实质上不移除平面基板；以及在孔中设置电传导材料以提供包括电传导材料的电传导路径，其中电传导路径在第一和第二面之间延伸；其中电传导路径密封到基板，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
实施例22提供一种用于形成电传导路径的方法，包括：获得和/或提供具有第一和第二主面以及第一体积的平面离子传导基板，基板包括至少一个离子传导区域；在平面基板的所述至少一个离子传导区域中形成至少一个孔，孔在第一和第二面之间延伸并且限定具有与第一体积实质上相同的第二体积的刺穿的平面基板；在刺穿的平面基板的孔中设置电传导材料，以提供在第一和第二面之间延伸的电传导路径；其中平面基板包括：包含第一主面的上部第一体积，以及包含第二主面的下部第一体积，并且其中刺穿的平面基板包括：包含该第一主面并对应于上部第一体积的上部第二体积，以及包含第二主面并对应于下部第一体积的下部第二体积，其中第一上部体积与第二上部体积实质上相同，其中第一下部体积与第二下部体积实质上相同；其中电传导路径密封到基板，使得基板在第一和第二面之间是实质上气密的。
实施例23提供可选地配置的实施例1-22中任一个或任意组合的装置或方法，使得列举的所有元件或选项可用于使用或从中选择。