專利名稱：燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)，其特別系在質(zhì)子交換膜的局部區(qū)域形成提供燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的膜電極層。
背景技術(shù)：
公知的燃料電池中，具有一種基板結(jié)構(gòu)的燃料電池，其同時(shí)具有電池核心用以進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而輸出電力，而該電池核心主要系一膜電極層。這類燃料電池中，其膜電極層通常系利用杜邦公司所提供的Nafion solution技術(shù)，在一軟質(zhì)的質(zhì)子交換膜上形成觸媒物質(zhì)以及擴(kuò)散層，用以形成提供燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的膜電極層。其中，該質(zhì)子交換膜系吸水性材質(zhì)，且當(dāng)質(zhì)子交換膜在飽和含水狀態(tài)下與低含水量狀態(tài)下的面積膨脹與收縮差異頗大，使得膜電極層會因?yàn)橘|(zhì)子交換膜的變形而改變位置，而導(dǎo)致在后續(xù)的燃料電池組裝壓合制程中，無法準(zhǔn)確地定位該些膜電極層，并造成組裝上的問題。因此，本發(fā)明基于公知燃料電池制程的缺失，乃亟思改良，發(fā)明出一種燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)，以實(shí)際解決一個(gè)甚至是數(shù)個(gè)前述相關(guān)技術(shù)中的限制及缺失。
本發(fā)明的主要目的系提供一種燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)，系形成質(zhì)子交換膜的固定板架，用以防止質(zhì)子交換膜的變形而改變膜電極層的相對位置。
基于前述本發(fā)明所欲達(dá)成的目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)，其主要系在質(zhì)子交換膜上下表面分別貼覆板架，以形成該質(zhì)子交換膜的剛性支撐，且該質(zhì)子交換膜上下表面的板架以外的區(qū)域定義為第二局部；利用Nafion solution制程，在該質(zhì)子交換膜上下表面的第二局部處形成觸媒物質(zhì)以及擴(kuò)散層，使得該質(zhì)子交換膜的第二局部形成提供燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的膜電極層。
為使熟悉該項(xiàng)技術(shù)的科技人員了解本發(fā)明的目的、特征及功效，茲藉由下述具體實(shí)施例，并配合所附的附圖，詳加說明如后。


圖1顯示本發(fā)明燃料電池膜電極層制程一較佳實(shí)施例的流程圖；圖2A至圖2C顯示本發(fā)明第一圖制程所達(dá)成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3顯示本發(fā)明燃料電池膜電極層制程另一較佳實(shí)施例的流程圖；圖4A至圖4C顯示本發(fā)明圖3制程所達(dá)成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5顯示本發(fā)明燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)的剖面視圖。
圖中10質(zhì)子交換膜10a第一局部10b第二局部11板架12觸媒物質(zhì)13擴(kuò)散層20質(zhì)子交換膜20a第一局部20b第二局部21架22觸媒物質(zhì)
23擴(kuò)散層30質(zhì)子交換膜b30a第一局部30b第二局部31板架32觸媒物質(zhì)33擴(kuò)散層具體實(shí)施方式
以下將針對本發(fā)明較佳實(shí)施例配合所附的附圖作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。某些尺度與其它部分相關(guān)的尺度系被夸張的表示，以提供更清楚的描述，以幫助熟悉此技術(shù)的相關(guān)人士了解本發(fā)明。
圖1顯示本發(fā)明燃料電池膜電極層制程的較佳實(shí)施例的流程圖，以及圖2A至圖2C顯示本發(fā)明圖1制程所達(dá)成的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1、圖2A、圖2B以及圖2C所顯示，本發(fā)明的燃料電池膜電極層制程，乃包括步驟101、步驟102以及步驟103，分別說明如下文。在步驟101中，請配合參見圖2A所顯示的質(zhì)子交換膜10，質(zhì)子交換膜10的上下表面分別貼覆板架11。質(zhì)子交換膜10系一Nafion膜。該板架11系一耐甲醇/甲酸的抗化性材料且具有相當(dāng)剛性的材質(zhì)，該板架11可選擇樹脂、PP以及PE等高分子材料。其中該質(zhì)子交換膜10上下表面貼覆板架11的區(qū)域系定義為第一局部10a，其它區(qū)域則定義為第二局部10b，且各個(gè)局部系彼此呈上下對應(yīng)。舉一實(shí)例說明，本發(fā)明采用樹脂將其涂布于質(zhì)子交換膜10上下表面的第一局部10a，然而，在質(zhì)子交換膜10上下表面的第二局部10b則完全不涂布樹脂。步驟102中，請配合參見圖2B，利用Nafion solution制程，在該質(zhì)子交換膜10上下表面的第二局部10b處涂布觸媒物質(zhì)12，該觸媒物質(zhì)12系用以作為電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。舉例來說，該觸媒物質(zhì)12系氫氧電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，并可以選擇鉑Pt/釕Ru合金或鉑Pt金屬等物質(zhì)。在步驟103中，請配合參見圖2C，在已經(jīng)涂布觸媒物質(zhì)12的質(zhì)子交換膜10上，利用Nafion solution制程，對應(yīng)第二局部10b處貼覆擴(kuò)散層13，該擴(kuò)散層13系具有多孔隙的碳布，且通常經(jīng)過疏水性處理，用以支撐觸媒物質(zhì)12以及提供質(zhì)子交換膜10表面的氣體與液體的質(zhì)量管理。
圖3系顯示本發(fā)明燃料電池膜電極層制程的另一較佳實(shí)施例的流程圖，以及圖4A至圖4C圖系顯示本發(fā)明圖3制程所達(dá)成的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖3、圖4A、圖4B以及圖4C所顯示，本發(fā)明的燃料電池膜電極層制程，乃系包括步驟201、步驟202以及步驟203，分別說明如下內(nèi)文。在步驟201中，請配合參見圖4A所顯示的質(zhì)子交換膜20，質(zhì)子交換膜20的上下表面分別貼覆板架21。該質(zhì)子交換膜20系一Nafion膜。該板架21系一耐甲醇/甲酸的抗化性材料且具有相當(dāng)剛性的材質(zhì)，該板架21可選擇樹脂、PP以及PE等高分子材料。該質(zhì)子交換膜20上下表面貼覆板架21的區(qū)域系定義為第一局部20a，其它區(qū)域則定義為第二局部20b，且各個(gè)局部系呈上下對應(yīng)。舉一實(shí)例說明，本發(fā)明采用樹脂將其涂布于質(zhì)子交換膜20上下表面的第一局部20a，然而，在質(zhì)子交換膜10上下表面的第二局部20b則完全不涂布樹脂。在步驟202中，請配合參見圖4B，利用Nafion solution制程，在擴(kuò)散層23的表面涂布觸媒物質(zhì)22，該擴(kuò)散層23系具有多孔隙的碳布，且通常經(jīng)過疏水性處理，用以支撐觸媒物質(zhì)22以及提供質(zhì)子交換膜20表面的氣體與液體的質(zhì)量管理。該觸媒物質(zhì)22系用以作為電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，舉例來說，該觸媒物質(zhì)22系氫氧電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，并可以選擇鉑Pt/釕Ru合金或鉑Pt金屬等物質(zhì)。在步驟203中，請配合參見圖4C，利用Nafion solution制程，在該質(zhì)子交換膜20上下表面的第二局部20b處貼覆已經(jīng)涂布觸媒物質(zhì)22的擴(kuò)散層23。
參考圖5所顯示，基于前述各實(shí)施例所達(dá)成本發(fā)明的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，于質(zhì)子交換膜30中的上下表面分別皆定義有第一局部30a以及第二局部30b，該第一局部30a處皆形成有凸出于質(zhì)子交換膜30表面的板架31結(jié)構(gòu)，且該些第二局部30b分別設(shè)置有觸媒物質(zhì)32以及擴(kuò)散層33。在該板架31的支撐作用的固定下，該質(zhì)子交換膜30的各個(gè)第二局部30b因?yàn)闈駶櫥蚋稍锼斐傻拿娣e擴(kuò)張或收縮系分別獨(dú)立的，而不會使得第二局部30b之間產(chǎn)生相對移動(dòng)。因此，在后續(xù)的燃料電池組裝程序中，容易對應(yīng)該質(zhì)子交換膜30中已經(jīng)具有觸媒物質(zhì)32與擴(kuò)散層33的第二局部30b，而完成組裝，使得該質(zhì)子交換膜30的第二局部30b形成提供燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的膜電極層。
以上所述者僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明作任何形式上的限制，所以，凡有在相同的發(fā)明精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池膜電極層制程，包括在質(zhì)子交換膜上下表面分別貼覆板架，其中該板架系一剛性材質(zhì)，且該質(zhì)子交換膜上下表面貼覆板架的區(qū)域系定義為第一局部，其它區(qū)域則定義為第二局部，且各個(gè)局部系呈上下對應(yīng)；在該質(zhì)子交換膜上下表面的第二局部處涂布觸媒物質(zhì)，該觸媒物質(zhì)系用以作為電化學(xué)反應(yīng)的催化劑；在已經(jīng)涂布觸媒物質(zhì)的質(zhì)子交換膜上，將一擴(kuò)散層貼覆于該質(zhì)子交換膜上、下表面的該些第二局部上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極層制程，其中該質(zhì)子交換膜系一Nafion膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極層制程，其中在該質(zhì)子交換膜上下表面的第二局部處涂布該觸媒物質(zhì)的制程，系利用Nafionsolution制程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極層制程，其中在該質(zhì)子交換膜的該些第二局部貼覆該擴(kuò)散層的制程，系利用Nafion solution制程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極層制程，其中該板架系一耐甲醇/甲酸的抗化性材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池膜電極層制程，其中該板架可選擇樹脂及/或PP及/或PE等高分子材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極層制程，其中該觸媒物質(zhì)系氫氧電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池膜電極層制程，其中該觸媒物質(zhì)選擇鉑Pt/釕Ru合金及/或鉑Pt金屬等物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極層制程，其中該擴(kuò)散層系經(jīng)過疏水性處理，用以支撐觸媒物質(zhì)以及提供質(zhì)子交換膜表面的氣體與液體的質(zhì)量管理。
10.一種燃料電池膜電極層制程，包括在質(zhì)子交換膜上下表面分別貼覆板架，其中該板架系一剛性材質(zhì)，其中該質(zhì)子交換膜上下表面貼覆板架的區(qū)域系定義為第一局部，其它區(qū)域則定義為第二局部，且各個(gè)局部系呈上下對應(yīng)；將一擴(kuò)散層的表面涂布觸媒物質(zhì)，其中該擴(kuò)散層系具有多孔隙的碳布，且該觸媒物質(zhì)系用以作為電化學(xué)反應(yīng)的催化劑；在該質(zhì)子交換膜上下表面的第二局部處貼覆已經(jīng)涂布該觸媒物質(zhì)的擴(kuò)散層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池膜電極層制程，其中該質(zhì)子交換膜系一Nafion膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池膜電極層制程，其中在該擴(kuò)散層的表面涂布該觸媒物質(zhì)的制程，系利用Nafion solution制程。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池膜電極層制程，其中在該質(zhì)子交換膜的該些第二局部貼覆具有該觸媒物質(zhì)的擴(kuò)散層的制程，系利用Nafion solution制程。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池膜電極層制程，其中該板架系一耐甲醇/甲酸的抗化性材質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池膜電極層制程，其中該板架可選擇樹脂及/或PP及/或PE等高分子材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池膜電極層制程，其中該觸媒物質(zhì)系氫氧電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池膜電極層制程，其中該觸媒物質(zhì)選擇鉑Pt/釕Ru合金及/或鉑Pt金屬等物質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池膜電極層制程，其中該擴(kuò)散層系經(jīng)過疏水性處理，用以支撐觸媒物質(zhì)以及提供質(zhì)子交換膜表面的氣體與液體的質(zhì)量管理。
19.一種燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，包括一質(zhì)子交換膜，且在其上下表面分別定義一第一局部以及一第二局部；二個(gè)板架，分別系貼合于該質(zhì)子交換膜的上下表面的第一局部；設(shè)置于該些第二局部的一觸媒物質(zhì)與一擴(kuò)散層，其中該觸媒物質(zhì)系涂布于該擴(kuò)散層上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，其中該質(zhì)子交換膜，系一Nafion膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，其中該板架系一耐甲醇/甲酸的抗化性材質(zhì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，其中該板架，系可選擇樹脂及/或PP及/或PE等高分子材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，其中該觸媒物質(zhì)系氫氧電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，其中該觸媒物質(zhì)選擇鉑Pt/釕Ru合金及/或鉑Pt金屬等物質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料電池膜電極層結(jié)構(gòu)，其中該擴(kuò)散層系經(jīng)過疏水性處理，用以支撐觸媒物質(zhì)以及提供質(zhì)子交換膜表面的氣體與液體的質(zhì)量管理。
全文摘要
本發(fā)明為一種燃料電池膜電極層制程及其結(jié)構(gòu)，其主要系在質(zhì)子交換膜上下表面分別貼覆板架，以形成該質(zhì)子交換膜的剛性支撐，且該質(zhì)子交換膜上下表面的板架以外的區(qū)域定義為第二局部。利用Nafion solution制程，在該質(zhì)子交換膜上下表面的第二局部處形成觸媒物質(zhì)以及擴(kuò)散層，使得該質(zhì)子交換膜的第二局部形成提供燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的膜電極層。
文檔編號H01M4/86GK1874034SQ20051007311
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者許錫銘, 張倉銘, 沈科呈 申請人:勝光科技股份有限公司