專利名稱：用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種用于燃料電池中的膜電極組層的組裝方法及其結(jié)構(gòu)，特別是指用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池的種類相當(dāng)多，而且分類的方式也各有所不同，若依電解質(zhì)性質(zhì)不同加以區(qū)分，有堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池等五種不同電解質(zhì)的燃料電池。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池又包含所謂直接甲醇燃料電池，直接以甲醇為燃料，而不需先改質(zhì)成氫氣，是目前研發(fā)能量較高的技術(shù)之一，其應(yīng)用目標(biāo)包含大型發(fā)電廠、汽車用發(fā)電機(jī)、攜帶式電源等。
然而，公知燃料電池的制造程序，由于未考慮到量產(chǎn)化的生產(chǎn)規(guī)模，采取手工的生產(chǎn)方式來(lái)制造燃料電池，因而使得燃料電池的制造程序尚無(wú)法進(jìn)入自動(dòng)化且大量生產(chǎn)的階段。此外，燃料電池中關(guān)鍵組件之一的膜電極組(Membrane Electrode Assembly)在生產(chǎn)過程中常有干燥的現(xiàn)象發(fā)生，或者容易卷曲，以及在組裝過程中因?yàn)榛蝿?dòng)移位所引起的組裝質(zhì)量始終低劣等問題，此種問題可能導(dǎo)致所組裝成的燃料電池模塊會(huì)有液體外漏之虞。
再者，考慮到能夠提供給工業(yè)界所實(shí)行的制造程序至少必須具備下列兩特點(diǎn)一、制造程序自動(dòng)化且能夠大量制造燃料電池；二、大幅度降低制造時(shí)所產(chǎn)生的人為因素的誤差。
是以，本發(fā)明的發(fā)明人基于燃料電池的公知制造技藝所顯見的缺點(diǎn)，以及工業(yè)界對(duì)于燃料電池的制造技術(shù)的期盼，因而亟思發(fā)明改良，乃發(fā)明出一種用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法及其結(jié)構(gòu)，來(lái)解決上述公知缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，是提供一種用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法，可以有效提升燃料電池的組裝質(zhì)量，而且能夠以自動(dòng)化的方式來(lái)大量組裝制造燃料電池。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，用以改善公知制造技術(shù)中膜電極組可能干燥以及容易卷曲等問題。
本發(fā)明為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法，包括下列步驟提供至少一個(gè)以上的膜電極組(Membrane ElectrodeAssembly)；提供一框板(Frame)，其中該框板系具有至少一個(gè)以上的第一開孔，且該第一開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積；提供一接合片(Bonding Sheet)，其中該接合片具有至少一個(gè)以上的第二開孔，且該第二開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積，且各個(gè)第二開孔分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開口；將該些膜電極組分別置放在該框板的該些第一開孔，然后，將該接合片覆蓋于該些膜電極組；然后在該接合片上環(huán)繞于該些第二開孔的加壓區(qū)域施予壓合，使得依序堆棧的該接合片、該些膜電極組、該框板能夠接合成一片平板式膜電極組層，其中該些加壓區(qū)域?qū)?yīng)于環(huán)繞該些膜電極組的外部周圍。
藉由實(shí)施本發(fā)明的組裝方法，可制造本發(fā)明的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其中，該平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)包括一框板(Frame)，其中該框板具有至少一個(gè)以上的開孔。至少一個(gè)以上的膜電極組(Membrane Electrode Assembly)，對(duì)應(yīng)于該開孔而設(shè)置于該框板上，其中該膜電極組的面積略大于該開孔的開口面積。以及一接合層，覆蓋于該些膜電極組且系壓合在環(huán)繞于該些膜電極組的外部周圍的該框板上。
為使熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人士了解本發(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，對(duì)本發(fā)明詳加說明如后。


圖1A顯示本發(fā)明平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)的第一具體實(shí)施例的立體分解圖。
圖1B顯示圖1A之平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)壓合后的剖面示意圖。
圖2顯示圖1A的平板式膜電極組層之組裝方法的流程圖。
圖3A顯示本發(fā)明平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)的第二具體實(shí)施例的立體分解圖。
圖3B顯示圖3A之平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)壓合后的剖面示意圖。
圖4顯示圖3A的平板式膜電極組層之組裝方法的流程圖。
其中1平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)30框板2組裝方法32膜電極組4組裝方法320貫通孔10框板 34第一接合片100第一開孔 340第二開孔12膜電極組 35第二接合片14接合片 350第三開孔140第二開孔 352加壓區(qū)域142加壓區(qū)域 36熱壓合機(jī)14a接合層38接合層16熱壓合機(jī) 40、42、44、46、48、49步驟20、22、24、26、28步驟3平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)1主要是將膜電極組12密接合在框板10上所制造而成，而且本發(fā)明主要是針對(duì)膜電極組12與框板10的組裝結(jié)構(gòu)，至于關(guān)于構(gòu)成燃料電池的其余部份，例如燃料流道、燃料儲(chǔ)存槽等，并非本發(fā)明重點(diǎn)所在，故不予贅言描述。
圖1A顯示本發(fā)明平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)的第一具體實(shí)施例的立體分解圖。圖1B顯示圖1A的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)壓合后的剖面示意圖。如圖1A與圖1B所示，本發(fā)明的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)(1)包括框板(10)，其具有至少一個(gè)以上的第一開孔(100)，而且框板(10)可以用作為燃料電池中的陽(yáng)極電極板或陰極電極板，或者僅是一印刷電路板基材，例如FR4基材、軟性電路板等，端視制造者所欲設(shè)計(jì)的燃料電池結(jié)構(gòu)而定。
至少一個(gè)以上的膜電極組(12)，其對(duì)應(yīng)于第一開孔(100)而設(shè)置于框板(10)上，其中膜電極組(12)的面積略大于第一開孔(100)的開口面積。而且，膜電極組(12)可以為一直接甲醇燃料電池所使用的膜電極組。
接合層(14a)，其覆蓋于該些膜電極組(12)且壓合在環(huán)繞于該些膜電極組(12)的外部周圍的框板(10)上，其中接合層(14a)在圖1A中的接合片(14)上環(huán)繞于該些第二開孔(140)的加壓區(qū)域(142)施予壓合后，因而形成在環(huán)繞于該些膜電極組(12)的外部周圍的框板(10)上。其中，該些加壓區(qū)域(142)對(duì)應(yīng)于環(huán)繞該些膜電極組(12)的外部周圍。再者，適用于本發(fā)明的接合片(14)或接合層(14a)，可以利用印刷電路板制造程序中常使用的Prepreg樹脂膠片。
圖2顯示圖1A的平板式膜電極組層之組裝方法的流程圖。本發(fā)明的組裝方法(2)主要包括有步驟(20)、步驟(22)、步驟(24)、步驟(26)及步驟(28)，分別說明如下內(nèi)文。步驟(20)提供至少一個(gè)以上的膜電極組(12)。步驟(22)提供框板(10)，其中框板(10)具有至少一個(gè)以上的第一開孔(100)，且第一開孔(100)的開口面積略小于膜電極組(12)的面積。步驟(24)提供接合片(14)，其中接合片(14)具有至少一個(gè)以上的第二開孔(140)，且第二開孔(140)的開口面積略小于膜電極組(12)的面積，且各個(gè)第二開孔(140)分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開口(100)。步驟(26)將該些膜電極組(12)分別置放在框板(10)的該些第一開孔(100)，然后，將接合片(14)覆蓋于該些膜電極組(12)。
接著，步驟(28)在接合片(14)上環(huán)繞于該些第二開孔(140)的該些加壓區(qū)域(142)施予壓合，使得依序堆棧的接合片(14)、該些膜電極組(12)、框板(10)能夠接合成一片平板式膜電極組層(1)，其中該些加壓區(qū)域(142)對(duì)應(yīng)于環(huán)繞該些膜電極組(12)的外部周圍。再者，該施予壓合的步驟可以使用熱壓合機(jī)(16)在接合片(14)上的該些加壓區(qū)域(142)施予熱壓合，且該些加壓區(qū)域(142)的寬度W系介于1mm至5mm之間，或是界面大于0mm至1mm之間。
上述定義于第二開孔(140)的加壓區(qū)域(142)，其位置采接近于第二開孔(140)的開口邊緣，但是并不會(huì)與下層的膜電極組(12)發(fā)生重迭，也就是說，施予在加壓區(qū)域(142)的壓合力量不會(huì)傳送在膜電極組(12)。
圖3A顯示本發(fā)明平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)的第二具體實(shí)施例的立體分解圖。圖3B顯示圖3A的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)壓合后的剖面示意圖。如圖3A與圖3B所示，本發(fā)明的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)(3)包括框板(30)，具有至少一個(gè)以上的第一開孔(300)，而且框板(30)可以用作為燃料電池中的陽(yáng)極電極板或陰極電極板，或者僅是一印刷電路板基材，例如FR4基材、軟性電路板等，端視制造者所欲設(shè)計(jì)的燃料電池結(jié)構(gòu)而定。
至少一個(gè)以上的膜電極組(32)，其對(duì)應(yīng)于第一開孔(300)而設(shè)置于框板(30)上，其中膜電極組(32)的面積略小于第一開孔(300)的開口面積，且膜電極組(32)的邊緣區(qū)域具有至少一個(gè)以上的貫通孔(320)。而且，膜電極組(32)可以是一直接甲醇燃料電池所使用的膜電極組。
接合層(38)，其壓合在該些膜電極組(32)的邊緣區(qū)域，且接合層(38)是通過該邊緣區(qū)域的該些貫通孔(320)而壓合在框板(30)上。其中，接合層(38)在圖3A中的第二接合片(35)上環(huán)繞于該些第三開孔(350)的加壓區(qū)域(352)施予壓合后，第二接合片(35)的部分材質(zhì)會(huì)滲入膜電極組(32)邊緣區(qū)域內(nèi)的貫通孔(320)，且第一接合片(34)的部分材質(zhì)亦會(huì)滲入貫通孔(320)，然后第一接合片(34)及第二接合片(35)便接合在一塊，因而形成接合層(38)。再者，適用于本發(fā)明的第一、二接合片(34)、(35)或接合層(38)，可以利用印刷電路板制造程序中常使用的Prepreg樹脂膠片、AB膠等具抗腐蝕及/或防酸材質(zhì)。
圖4顯示圖3A的平板式膜電極組層之組裝方法的流程圖。本發(fā)明的組裝方法(4)主要包括有步驟(40)、步驟(42)、步驟(44)、步驟(46)、步驟(48)及步驟(49)，分別說明如下內(nèi)文。步驟(40)提供至少一個(gè)以上的膜電極組(32)，其中膜電極組(32)的邊緣區(qū)域具有至少一個(gè)以上的貫通孔(320)。步驟(42)提供框板(30)，其中框板(30)具有至少一個(gè)以上的第一開孔(300)，且第一開孔(300)的開口面積略小于膜電極組(32)的面積。步驟(44)系提供一第一接合片(34)，其中第一接合片(34)具有至少一個(gè)以上的第二開孔(340)，且第二開孔(340)的開口面積略小于膜電極組(32)的面積，且各個(gè)第二開孔(340)分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開孔(300)。步驟(46)提供一第二接合片(35)，其中第二接合片(35)具有至少一個(gè)以上的第三開孔(350)，且第三開孔(350)的開口面積略小于膜電極組(32)的面積，且各個(gè)第三開孔(350)分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開孔(300)。
接著，步驟(48)依序?qū)⒌谝唤雍掀?34)、該些膜電極組(32)、第二接合片(35)迭放在框板(30)上，其中各個(gè)膜電極組(32)分別對(duì)應(yīng)于框板(30)的各個(gè)第一開孔(300)。然后，步驟(49)在第二接合片(35)上環(huán)繞于該些第三開孔(350)的該些加壓區(qū)域(352)施予壓合，使得依序堆棧的框板(30)、第一接合片(34)、該些膜電極組(32)、第二接合片(35)能夠接合成一片平板式膜電極組層，其中該些加壓區(qū)域(352)對(duì)應(yīng)于該些膜電極組(32)的該些邊緣區(qū)域。
上述的該施予壓合的步驟可使用熱壓合機(jī)(36)在第二接合片(35)上的該些加壓區(qū)域(352)施予熱壓合。由于第一、二接合片(34)、(35)使用一固態(tài)接合劑，故當(dāng)溫度達(dá)一溶解溫度時(shí)，上、下兩片的固態(tài)接合劑即溶解，而滲入膜電極組(32)邊緣區(qū)域內(nèi)的貫通孔(320)，當(dāng)固態(tài)接合劑冷卻后，膜電極組(32)便緊密貼合于框板(30)上，最后形成本發(fā)明的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)(3)。
本發(fā)明所提供用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法及其結(jié)構(gòu)，乃能夠達(dá)到以下效果1.本發(fā)明的組裝方法及組裝結(jié)構(gòu)，可以藉由熱壓機(jī)一次壓合成型，不再仰賴人工組裝的方式，因而可以達(dá)到自動(dòng)化與大量生產(chǎn)的目的，同時(shí)顯著提升燃料電池的組裝質(zhì)量。再者，亦克服公知技術(shù)中膜電極組容易干燥及卷曲等問題。
2.本發(fā)明的組裝結(jié)構(gòu)，可以利用印刷電路板制造程序中常使用的Prepreg樹脂膠片做為接合片或接合層，由于此種膠片具有輕薄的特性，因而使得具有本發(fā)明組裝結(jié)構(gòu)的燃料電池同樣有輕薄的特點(diǎn)，此將有利于運(yùn)用在可攜式電子產(chǎn)品中。
雖然本發(fā)明已以具體實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，其所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾皆屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法，包括下列步驟提供至少一個(gè)以上的膜電極組；提供一框板，其中該框板具有至少一個(gè)以上的第一開孔，且該第一開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積；提供一接合片，其中該接合片具有至少一個(gè)以上的第二開孔，且該第二開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積，且各個(gè)第二開孔分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開孔；將該些膜電極組分別置放在該框板的該些第一開孔，然后，將該接合片覆蓋于該些膜電極組；然后在該接合片上環(huán)繞于該些第二開孔的加壓區(qū)域施予壓合，使得依序堆棧的該接合片、該些膜電極組、該框板能夠接合成一片平板式膜電極組層，其中該些加壓區(qū)域系對(duì)應(yīng)于環(huán)繞該些膜電極組的外部周圍。
2.如權(quán)利要求1所述的組裝方法，其特征在于該施予壓合的步驟，是使用熱壓合機(jī)在該接合片上的該些加壓區(qū)域施予熱壓合，且該些加壓區(qū)域的寬度介于1mm至5mm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的組裝方法，其特征在于該施予壓合的步驟，是使用熱壓合機(jī)在該接合片上的該些加壓區(qū)域施予熱壓合，且該些加壓區(qū)域的寬度介于大于0mm至1mm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的組裝方法，其特征在于該膜電極組，為直接甲醇燃料電池的膜電極組。
5.如權(quán)利要求1所述的組裝方法，其特征在于該框板是一陽(yáng)極電極板。
6.如權(quán)利要求1所述的組裝方法，其特征在于該框板是一陰極電極板。
7.如權(quán)利要求1所述的組裝方法，其特征在于該接合片是一Prepreg樹脂膠片。
8.一種平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，包括一框板，其中該框板具有至少一個(gè)以上的第一開孔；至少一個(gè)以上的膜電極組，其對(duì)應(yīng)于該第一開孔而設(shè)置于該框板上，其中該膜電極組的面積略大于該第一開孔的開口面積；一接合層，其覆蓋于該些膜電極組且壓合在環(huán)繞于該些膜電極組的外部周圍的該框板上。
9.如權(quán)利要求8所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該膜電極組，為直接甲醇燃料電池的膜電極組。
10.如權(quán)利要求8所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該框板為一陽(yáng)極電極板。
11.如權(quán)利要求8所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該框板為一陰極電極板。
12.如權(quán)利要求8所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該接合層是一Prepreg樹脂膠片。
13.一種用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法，包括下列步驟提供至少一個(gè)以上的膜電極組，其中該膜電極組的邊緣區(qū)域具有至少一個(gè)以上的貫通孔；提供一框板，其中該框板具有至少一個(gè)以上的第一開孔，且該第一開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積；提供一第一接合片，其中該第一接合片具有至少一個(gè)以上的第二開孔，且該第二開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積，且各個(gè)第二開孔分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開孔；提供一第二接合片，其中該第二接合片具有至少一個(gè)以上的第三開孔，且該第三開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積，且各個(gè)第三開孔分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開孔；依序?qū)⒃摰谝唤雍掀?、該些膜電極組、該第二接合片迭放在該框板上，其中各個(gè)膜電極組分別對(duì)應(yīng)于該框板的各個(gè)第一開孔；然后在該第二接合片上環(huán)繞于該些第三開孔的加壓區(qū)域施予壓合，使得依序堆棧的該框板、該第一接合片、該些膜電極組、該第二接合片能夠接合成一片平板式膜電極組層，其中該些加壓區(qū)域?qū)?yīng)于該些膜電極組的邊緣區(qū)域。
14.如權(quán)利要求13所述的組裝方法，其特征在于其中該膜電極組，為直接甲醇燃料電池的膜電極組。
15.如權(quán)利要求13所述的組裝方法，其特征在于該框板為一陽(yáng)極電極板。
16.如權(quán)利要求13所述的組裝方法，其特征在于該框板是一陰極電極板。
17.如權(quán)利要求13所述的組裝方法，其特征在于該第一接合片是一Prepreg樹脂膠片。
18.如權(quán)利要求13所述的組裝方法，其特征在于該第二接合片是一Prepreg樹脂膠片。
19.一種平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，包括一框板(Frame)，其中該框板具有至少一個(gè)以上的第一開孔；至少一個(gè)以上的膜電極組，其對(duì)應(yīng)于該第一開孔而設(shè)置于該框板上，其中該膜電極組的面積略大于該第一開孔的開口面積，且該膜電極組的邊緣區(qū)域具有至少一個(gè)以上的貫通孔；一接合層，其壓合在該些膜電極組的邊緣區(qū)域，且該接合層是通過該邊緣區(qū)域的該些貫通孔而壓合在該框板上。
20.如權(quán)利要求19所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該膜電極組，為直接甲醇燃料電池的膜電極組。
21.如權(quán)利要求19所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該框板是一陽(yáng)極電極板。
22.如權(quán)利要求19所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該框板是一陰極電極板。
23.如權(quán)利要求19所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該接合層為一抗腐蝕及/或防酸材質(zhì)。
24.如權(quán)利要求23所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該抗腐蝕及/或防酸材質(zhì)是一Prepreg樹脂膠片。
25.如權(quán)利要求19所述的平板式膜電極組層結(jié)構(gòu)，其特征在于該抗腐蝕及/或防酸材質(zhì)為一AB膠。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種用于組裝平板式膜電極組層的組裝方法及其結(jié)構(gòu)。其中，該組裝方法包括下列步驟提供至少一個(gè)以上的膜電極組；提供一框板，其中該框板具有至少一個(gè)以上的第一開孔，且該第一開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積；提供一接合片，其中該接合片系具有至少一個(gè)以上的第二開孔，且該第二開孔的開口面積略小于該膜電極組的面積，且各個(gè)第二開孔分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)第一開口；將該些膜電極組分別置放在該框板的該些第一開孔，然后，將該接合片覆蓋于該些膜電極組；然后在該接合片上環(huán)繞于該些第二開孔的加壓區(qū)域施予壓合，使得依序堆棧的該接合片、該些膜電極組、該框板能夠接合成一片平板式膜電極組層，其中該些加壓區(qū)域?qū)?yīng)于環(huán)繞該些膜電極組的外部周圍。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101071862SQ200610078800
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者許錫銘, 張倉(cāng)銘, 潘俊祎, 張家豪 申請(qǐng)人:勝光科技股份有限公司