專利名稱：可撓式燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種可撓式燃料電池，其特別是利用撓性基板為結(jié)構(gòu)中所需的基材，用以構(gòu)成各種幾何造型的可撓式燃料電池結(jié)構(gòu)者。
背景技術(shù)：
公知燃料電池是在一電解質(zhì)離子交換膜兩側(cè)分別供應(yīng)含氫燃料及含氧空氣，使得經(jīng)過氧化還原反應(yīng)之后，而形成電流回路，用以提供電源之需。這類燃料電池通常具有龐大的結(jié)構(gòu)，以提供反應(yīng)環(huán)境，以及燃料的儲(chǔ)存，使得其所適用的產(chǎn)品會(huì)局限于大型的設(shè)備中，例如汽電共生、發(fā)電廠、汽車、潛水艇、宇宙飛船等。然而，就需求上，許多可攜式電源的需求，例如手機(jī)、可攜式計(jì)算機(jī)、隨身聽、相機(jī)等各種數(shù)字裝置，都需要一種便宜、長(zhǎng)時(shí)效供電、體積小、重量輕，且可以適用于各種環(huán)境的電池，雖然公知的燃料電池具有經(jīng)濟(jì)而長(zhǎng)效的特點(diǎn)，但受到習(xí)用結(jié)構(gòu)的限制，使得其仍無(wú)法廣泛使用于各類產(chǎn)品上。因此，本發(fā)明基于習(xí)用燃料電池的缺失，乃亟思發(fā)明而改良，發(fā)明出一種可撓式燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是提供一種可撓式燃料電池，其能夠構(gòu)成各種幾何造型與各種外觀結(jié)構(gòu)，并可兼容于各種用途所需的電池。
為達(dá)成本發(fā)明上述目的，本發(fā)明提供一種可撓式燃料電池其包括一個(gè)以上的燃料供給單元以及一個(gè)以上的給電單元，其特征主要是各個(gè)燃料供給單元是具有數(shù)個(gè)燃料流道的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，用以供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料；各個(gè)給電單元系由一陽(yáng)極層、一第一撓性基板、一質(zhì)傳電解層、一第二撓性基板、以及一陰極層各層依序堆棧所構(gòu)成，其中，該第一撓性基板及第二撓性基板是使用可撓性絕緣體所構(gòu)成，且該第一撓性基板及第二撓性基板皆形成數(shù)個(gè)通透孔，使得該第一撓性基板中的各個(gè)通透孔配合前述燃料供給單元中的燃料流道以輸入燃料，而該第二撓性基板則可輸入含氧的空氣；該陽(yáng)極層及陰極層則分別鋪設(shè)于該第一撓性基板及該第二撓性基板中，且形成配合該質(zhì)傳電解層的電流導(dǎo)引回路及控制電路；該質(zhì)傳電解層是形成數(shù)個(gè)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流的區(qū)域，且固設(shè)于該第一撓性基板下表面及第二撓性基板上表面之間。
為使熟悉該項(xiàng)技術(shù)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1為顯示本發(fā)明可撓式燃料電池第一種實(shí)施例的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為顯示本發(fā)明可撓式燃料電池利用第一種實(shí)施例所形成的柱狀電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所顯示為本發(fā)明形成曲面狀結(jié)構(gòu)的可撓式燃料電池的第二種較佳圖中(1)燃料電池組(1’)燃料電池組(1″)燃料電池組(2)燃料供給單元(21)燃料流道(23)燃料槽(3)給電單元(31)陽(yáng)極層(331)第一撓性基板
(35)質(zhì)傳電解層(351)膜電池單元(37)陰極層(332)第二撓性基板(33a)通透孔(4)空氣流道(5)流體控制閥(5’)流體控制閥具體實(shí)施方式
本發(fā)明所提供的一種可撓式燃料電池，其主要是利用撓性基板為結(jié)構(gòu)中所需的基材，例如利用由銅箔與高分子樹脂所組成的軟性銅箔基板材質(zhì)，用以構(gòu)成各種幾何造型與各種外觀結(jié)構(gòu)的可撓式燃料電池結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參見圖1所顯示為本發(fā)明的可撓式燃料電池的第一種較佳實(shí)施例，其至少具有一燃料電池組(1)，且燃料電池組(1)是包括一燃料供給單元(2)以及一給電單元(3)，各構(gòu)件分述如下。
燃料供給單元(2)是一具有數(shù)個(gè)燃料流道(21)的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，用以供給給電單元(3)反應(yīng)所需的甲醇燃料或其它可解離氫原子的燃料。再者，燃料供給單元(2)中可具有數(shù)個(gè)燃料槽(23)，用以儲(chǔ)存并供應(yīng)燃料流道(21)的燃料。
給電單元(3)是由一陽(yáng)極層(31)、一第一撓性基板(331)、一質(zhì)傳電解層(35)、一第二撓性基板(332)、以及一陰極層(37)各層依序堆棧所構(gòu)成。其中，第一撓性基板(331)及第二撓性基板(332)皆是使用環(huán)氧樹酯(epoxy)或膠片(prepreg)等可撓性絕緣體所構(gòu)成，且第一撓性基板(331)及第二撓性基板(332)皆形成數(shù)個(gè)通透孔(33a)，使得第一撓性基板(331)中的各個(gè)通透孔(33a)配合前述燃料供給單元(2)中的燃料流道(21)以輸入燃料，而第二撓性基板(332)則可輸入含氧的空氣。陽(yáng)極層(31)及陰極層(37)則分別鋪設(shè)于第一撓性基板(331)及第二撓性基板(332)上，且形成配合各個(gè)該的電流導(dǎo)引回路及控制電路所需要的線路。質(zhì)傳電解層(35)是形成數(shù)個(gè)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流的區(qū)域，且固設(shè)于第一撓性基板(331)下表面及第二撓性基板(332)上表面之間。
前述的陽(yáng)極層(31)及陰極層(37)的制作，乃利用傳統(tǒng)印刷電路板制程的技術(shù)手段，在撓性基板(331)、(332)鉆孔后，全板電鍍上厚度約為10u至50u英吋的化學(xué)銅，再電鍍上厚度約為200u至500u英吋的銅，再施以壓膜作業(yè)、曝光作業(yè)與顯影作業(yè)后，再電鍍上厚度約為3u至10u英吋的金后，然后蝕刻出電流導(dǎo)引回路及控制電路等所需要的線路，此即完成陽(yáng)極層(31)及陰極層(37)的制作。
前述的燃料供給單元(2)可以是一獨(dú)立且可填充燃料的結(jié)構(gòu)，并透過數(shù)道管路分別形成各個(gè)燃料流道(21)，用以供給燃料至給電單元(3)的質(zhì)傳電解層(35)的每一個(gè)膜電池單元(351)，以和氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，而產(chǎn)生電流回路。
參考圖2所顯示，基于前述本發(fā)明的可撓式燃料電池的第一種較佳實(shí)施例，燃料電池組(1)包括燃料供給單元(2)以及給電單元(3)，其中，給電單元(3)是一可撓性板體，并將其環(huán)繞形成一柱狀結(jié)構(gòu)，例如將平板狀的給電單元(3)將其環(huán)繞形成一圓柱狀結(jié)構(gòu)，且封閉其上下端面，使得此柱狀結(jié)構(gòu)中空處形成燃料供給單元(2)的燃料槽(23)，燃料槽(23)并與燃料供給單元(2)中的各個(gè)燃料流道(21)連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道(21)輸送所需的燃料。再者，燃料供給單元(2)是一具有數(shù)個(gè)燃料流道(21)的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，用以供給給電單元(3)反應(yīng)所需的甲醇燃料或其它可解離氫原子的燃料。
前述的給電單元(3)所形成的柱狀結(jié)構(gòu)，可視需要而形成圓柱狀或三角柱狀或方柱狀或六角柱狀或立方體等各種幾何造型，因此，可形成一般堿性電池的造型或其它各種電池造型，藉以提供使用這類電池的裝置使用。
前述的燃料供給單元(2)中的各個(gè)燃料流道(21)可以藉由一撓性基板上鋪設(shè)流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，且該燃料供給單元(2)的可撓性結(jié)構(gòu)可堆棧于給電單元(3)上，而同時(shí)形成一柱狀結(jié)構(gòu)。
參考圖3所顯示為本發(fā)明形成曲面狀結(jié)構(gòu)的可撓式燃料電池的第二種較佳實(shí)施例。圖3的燃料電池組(1’)其主要特征乃在于給電單元(3)是一個(gè)曲面狀結(jié)構(gòu)，例如為波浪式結(jié)構(gòu)?；诓ɡ耸浇Y(jié)構(gòu)的給電單元(3)，請(qǐng)配合參見圖4顯示的本發(fā)明的第二種較佳實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明將其環(huán)繞形成一星狀柱體結(jié)構(gòu)，且封閉其上下端面，使得此星狀柱體結(jié)構(gòu)中空處形成燃料供給單元(2)的燃料槽(23)，燃料槽(23)并與燃料供給單元(2)中的各個(gè)燃料流道(21)連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道(21)輸送所需的燃料。
請(qǐng)參見圖5所顯示為本發(fā)明多層卷筒式可撓式燃料電池的第三種較佳實(shí)施例，燃料電池組(1″)乃由一給電單元(3)底部的陰極層(37)固接另一給電單元(3)底部的陰極層(37)，并在此二陰極層(37)之間形成一空氣流道(4)，且各個(gè)給電單元(3)的質(zhì)傳電解層(35)分別連接一燃料供給單元(2)，使得燃料供給單元(2)可提供燃料至質(zhì)傳電解層(35)。其中，前述的燃料供給單元(2)及給電單元(3)系分別與前述的各實(shí)施例具有相同的結(jié)構(gòu)，且該燃料供給單元(2)和給電單元(3)之間的連接關(guān)系亦與前述的各實(shí)施例相同。
參考圖6所顯示，基于前述本發(fā)明的可撓式燃料電池的第三種較佳實(shí)施例，燃料電池組(1″)的各個(gè)給電單元(3)是一可撓性板體，并將其環(huán)繞形成一柱狀結(jié)構(gòu)，且封閉其上下端面，使得此柱狀結(jié)構(gòu)軸心中空處形成燃料供給單元(2)的燃料槽(23)，燃料槽(23)并與燃料供給單元(2)中的各個(gè)燃料流道(21)連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道(21)輸送所需的燃料。再者，兩個(gè)給電單元(3)之間的空氣流道(4)中裝設(shè)有一流體控制閥(5)，該流體控制閥(5)系提供含氧空氣的流量控制者。
前述的燃料供給單元(2)系分別形成于內(nèi)層給電單元(3)的陽(yáng)極層(31)內(nèi)表面上，以及外層給電單元(3)的陽(yáng)極層(31)外表面上。
前述的流體控制閥(5)系包括一風(fēng)扇，用以提供空氣輸入，并藉由空氣流道(4)輸送至給電單元(3)中的質(zhì)傳電解層(35)的膜電池單元(351)而進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。
前述的流體控制閥(5)系包括一流道開關(guān)，用以提供阻止或開放空氣輸入，而達(dá)到阻止或開放空氣輸送至該給電單元(3)中的質(zhì)傳電解層(35)，而終止氧化還原反應(yīng)的發(fā)生。
參考圖7所顯示，前述的燃料供給單元(2)中的各個(gè)燃料流道(21)或燃料槽(23)中亦可裝設(shè)一流體控制閥(5’)，用以控制燃料的流量者。
參考圖8所顯示，前述的第一、第二及第三種實(shí)施例中所形成的柱狀結(jié)構(gòu)中，亦可以將給電單元(3)的陽(yáng)極層(31)、第一撓性基板(331)、質(zhì)傳電解層(35)、第二撓性基板(332)、以及陰極層(37)各層堆棧的次序顛倒，使得此柱狀結(jié)構(gòu)中空處形成空氣流道(4)，且第三種實(shí)施例中的兩個(gè)給電單元(3)之間系形成該燃料槽(23)。
本發(fā)明的可撓式燃料電池，能夠達(dá)到以下效果1.本發(fā)明的可撓式燃料電池，具有容易撓曲變形的特性，可藉此形成曲面造型，增加其表面積，并進(jìn)一步可產(chǎn)生較大的電流或電壓。
2.藉由本發(fā)明可撓式燃料電池，可形成各種幾何形狀的電池造型，因此，可兼容于目前市售中各種規(guī)格的電池。
3.本發(fā)明的可撓式燃料電池中，其燃料供給單元可以和給電單元形成可撓性的層狀結(jié)構(gòu)，可因此達(dá)到體積微小化的效果。
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)利要求的保護(hù)范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種可撓式燃料電池，其是包括一燃料供給單元以及一個(gè)以上的給電單元，其特征在于該燃料供給單元是具有數(shù)個(gè)燃料流道之流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，用以供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料；各個(gè)給電單元是由一陽(yáng)極層、一第一撓性基板、一質(zhì)傳電解層、一第二撓性基板、以及一陰極層各層依序堆棧所構(gòu)成，其中第一撓性基板及第二撓性基板是使用可撓性絕緣體所構(gòu)成，且第一撓性基板及第二撓性基板皆形成數(shù)個(gè)通透孔，使得第一撓性基板中的各個(gè)通透孔配合前述燃料供給單元中的燃料流道以輸入燃料，而第二撓性基板則可輸入含氧的空氣陽(yáng)極層及陰極層系分別形成于第一撓性基板及第二撓性基板上；質(zhì)傳電解層系進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流的區(qū)域，且固設(shè)于第一撓性基板及第二撓性基板之間。
2.如權(quán)利要求1所述的可撓式燃料電池，其中該給電單元，是環(huán)繞形成一柱狀結(jié)構(gòu)，且封閉其上下端面，使得此柱狀結(jié)構(gòu)中空處形成該燃料供給單元的燃料槽，該燃料槽并與該燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道輸送所需的燃料，并透過各個(gè)燃料流道供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料。
3.如權(quán)利要求2所述的可撓式燃料電池，其中該給電單元，是環(huán)繞形成的柱狀結(jié)構(gòu)系指等斷面所形成的塊體，如圓柱體、多面形柱體、立方體等。
4.如權(quán)利要求2所述的可撓式燃料電池，其中該柱狀結(jié)構(gòu)的給電單元由外而內(nèi)依序的各構(gòu)件，分別是該陽(yáng)極層、該第一撓性基板、該質(zhì)傳電解層、該第二撓性基板、以及該陰極層各層所堆棧形成，并使得此柱狀結(jié)構(gòu)軸心中空處形成該空氣流道。
5.如權(quán)利要求4所述的可撓式燃料電池，其中該空氣流道，進(jìn)一步裝設(shè)一流體控制閥，用以控制空氣的流量者。
6.如權(quán)利要求5所述的可撓式燃料電池，其中該流體控制閥，包括一風(fēng)扇，用以提供空氣輸入，并藉由該空氣流道輸送至該給電單元中的質(zhì)傳電解層而進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。
7.如權(quán)利要求5所述的可撓式燃料電池，其中該流體控制閥系，包括一流道開關(guān)，用以提供阻止或開放空氣輸入，而達(dá)到阻止或開放空氣輸送至該給電單元中的質(zhì)傳電解層，而終止氧化還原反應(yīng)的發(fā)生。
8.如權(quán)利要求2所述的可撓式燃料電池，該燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道或燃料槽，進(jìn)一步裝設(shè)一流體控制閥，用以控制燃料的流量。
9.如權(quán)利要求1所述的可撓式燃料電池，其中該燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道及燃料槽，是藉由一撓性基板上鋪設(shè)流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，且該燃料供給單元的可撓性結(jié)構(gòu)可堆棧于該給電單元上，而同時(shí)形成一柱狀結(jié)構(gòu)，使得該燃料槽并與該燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道輸送所需的燃料，并透過各個(gè)燃料流道供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料。
10.如權(quán)利要求1所述的可撓式燃料電池，其中該給電單元的形狀，是為一平板狀。
11.如權(quán)利要求1所述的可撓式燃料電池，其中該給電單元的形狀，是為一曲面狀。
12.依據(jù)申請(qǐng)專利范圍第1項(xiàng)所述之可撓式燃料電池，其中該可撓式燃料電池，是一可撓式直接甲醇燃料電池。
13.一種多層可撓式燃料電池，其包括一個(gè)以上的燃料供給單元以及至少兩個(gè)以上的給電單元，其特征在于各個(gè)燃料供給單元具有數(shù)個(gè)燃料流道的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，用以供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料；各個(gè)給電單元是由一陽(yáng)極層、一第一撓性基板、一質(zhì)傳電解層、一第二撓性基板、以及一陰極層各層依序堆棧所構(gòu)成，其中第一撓性基板及第二撓性基板系使用可撓性絕緣體所構(gòu)成，且第一撓性基板及第二撓性基板皆形成數(shù)個(gè)通透孔，使得第一撓性基板中的各個(gè)通透孔配合燃料供給單元中的燃料流道以輸入燃料，而第二撓性基板則可輸?shù)暮醯目諝?；?yáng)極層及陰極層系分別形成于該第一撓性基板及該第二撓性基板上；質(zhì)傳電解層系進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流的區(qū)域，且固設(shè)于第一撓性基板及第二撓性基板之間；且給電單元底部之陰極層固接另一給電單元底部的陰極層，并在此二陰極層之間形成一空氣流道，且各個(gè)給電單元之質(zhì)傳電解層分別連接燃料供給單元，使得燃料供給單元可提供燃料至質(zhì)傳電解層。
14.如權(quán)利要求13所述的多層可撓式燃料電池，其中各個(gè)給電單元，系同時(shí)環(huán)繞形成一柱狀結(jié)構(gòu)，且封閉其上下端面但開通其空氣流道，使得此柱狀結(jié)構(gòu)中空處形成該燃料供給單元的燃料槽，該燃料槽并與該燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道輸送所需的燃料，并透過各個(gè)燃料流道供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料。
15.如權(quán)利要求14所述的多層可撓式燃料電池，其中該給電單元，是環(huán)繞形成之柱狀結(jié)構(gòu)是指等斷面所形成的塊體，如圓柱體、多面形柱體、立方體等。
16.如權(quán)利要求13所述的多層可撓式燃料電池，其中各個(gè)燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道及燃料槽，是藉由一撓性基板上鋪設(shè)流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，且該燃料供給單元的可撓性結(jié)構(gòu)可堆棧于該給電單元上，而同時(shí)形成一柱狀結(jié)構(gòu)，使得該燃料槽并與該燃料供給單元中的各個(gè)燃料流道連通，用以供應(yīng)各個(gè)燃料流道輸送所需的燃料，并透過各個(gè)燃料流道供給該給電單元反應(yīng)所需的燃料。
17.如權(quán)利要求13所述的多層可撓式燃料電池，其中該空氣流道，進(jìn)一步裝設(shè)有流體控制閥，用以控制空氣的流量者。
18.如權(quán)利要求12所述的可撓式燃料電池，其中該流體控制閥，是包括一風(fēng)扇，用以提供空氣輸入，并藉由該空氣流道輸送至該給電單元中的質(zhì)傳電解層而進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。
19.如權(quán)利要求13所述的多層可撓式燃料電池，其中該流體控制閥，是包括一流道開關(guān)，用以提供阻止或開放空氣輸入，而達(dá)到阻止或開放空氣輸送至該給電單元中的質(zhì)傳電解層，而終止氧化還原反應(yīng)的發(fā)生。
20.如權(quán)利要求13所述的多層可撓式燃料電池，其中多層可撓式燃料電池，是一多層可撓式直接甲醇燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明是一種可撓式燃料電池包括有一個(gè)以上的燃料供給單元以及一個(gè)以上的給電單元，其特征在于各個(gè)給電單元是由一陽(yáng)極層、一第一撓性基板、一質(zhì)傳電解層、一第二撓性基板、以及一陰極層各層依序堆棧所構(gòu)成，并可用以構(gòu)成各種幾何造型的可撓式燃料電池結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1681150SQ20041003101
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者管衍德, 詹景棠, 許錫銘, 鄧豐毅 申請(qǐng)人:勝光科技股份有限公司