具備氣液隔離結構的燃料電池的製作方法
2023-06-03 05:11:36 2
專利名稱：具備氣液隔離結構的燃料電池的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種燃料電池，特別是利用透氣不透液的多孔性材質的薄膜層材料，用以形成隔離層，使得其燃料電池，可同時達到防水、防止液體洩漏，並排除燃料電池反應後所生成的氣體者。
背景技術：
公知燃料電池是在一電解質離子交換膜兩側分別供應含氫燃料及含氧空氣，使得經過氧化還原反應之後，而形成電流迴路，用以提供電源的需。這類燃料電池所需的反應物中具有液態的燃料，如甲醇燃料，且反應後的主要生成物是水和二氧化碳，使得燃料電池必須具有防止液態物外洩至使用的電子裝置中，且也還需要排放生成得氣體而維持燃料電池內穩定的空氣組成成分及常態壓力者。然而，習用的燃料電池通常是利用機構結構性的設計，如釋壓閥，來處理這樣問題，但是這類設計，往往具有使用的方向性的限制，且對於燃料電池結構上的設計也會有所影響。
本發明的發明人基於習用燃料電池的缺點，乃亟思發明而改良，發明出一種具備氣液隔離結構的燃料電池。
發明內容
本發明主要目的是提供一種燃料電池，其能夠同時具有防水、防止液體洩漏且排除生成氣體的功能。
為達成本發明上述目的，本發明提供一種具備氣液隔離結構的燃料電池包括一燃料電池核心組件，是用以經由電化學作用而產生電力；一隔離層，是設置於燃料電池內部的一透氣不透液的多孔性薄膜層，以及是用以使得電化學作用於燃料電池核心組件的液體以及電化作用後所生成的液體皆被隔離層所阻隔，並用以使得電化作用於燃料電池核心組件的氣體以及電化作用後所生成的氣體皆可穿透該隔離層，藉此達成防水、防漏、防液體外洩等功能。
為使熟悉該項技術人士了解本發明的目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附的附圖，對本發明詳加說明如後。
圖1顯示本發明具備氣液隔離結構的燃料電池的結構示意圖。
圖2顯示本發明依據圖1結構的燃料電池實施範例的斷面圖。
圖3A顯示本發明的隔離層設置在陽極燃料供給單元的上表面的具體圖3B顯示本發明的隔離層設置在陽極燃料供給單元的下表面的具體圖3C顯示本發明的隔離層設置在陽極燃料供給單元的四周側邊的具體實施例。
圖4A顯示本發明的隔離層設置在陰極燃料供給單元的上表面的具體圖4B顯示本發明的隔離層設置在陰極燃料供給單元的下表面的具體圖4C顯示本發明的隔離層設置在陰極燃料供給單元的四周側邊的具體實施例。
圖5顯示顯示依據本發明精神，將隔離層分別設置於陽極集電層與陰極集電層的上表面與下表面。
圖中10燃料電池11燃料電池核心組件13陽極燃料供給單元13a 注入口15陰極燃料供給單元21隔離層23隔離層25、26、27、28隔離層111 陽極集電層111a 通孔
111b通孔113 質傳電解層113a燃料電池單元115 集電層115a通孔115b通孔具體實施方式
圖1顯示本發明具備氣液隔離結構的燃料電池的結構示意圖，本發明所提供的一種具備氣液隔離結構的燃料電池10，其主要是在燃料電池10內設置隔離層21、23，來提供隔絕燃料液體穿透，但仍可通透氣體，而同時達到防止液體洩漏，並讓燃料電池反應後生成的氣體通過，可使得燃料電池10內的壓力維持常態者。本發明的燃料電池10主要包括有燃料電池核心組件11、陽極燃料供給單元13、以及陰極燃料供給單元15。燃料電池核心組件11主要是由陽極集電層111、質傳電解層113、以及陰極集電層115所組合而成。在圖1中，質傳電解層113兩側分別堆棧陽極集電層111與陰極集電層115，而質傳電解層113的若干燃料電池單元113a乃進行電化學反應的作用，並分別在陽極集電層111與陰極集電層115集聚出電流。陽極燃料供給單元13是接合於燃料電池核心組件11的陽極端，來提供及導入陽極燃料至燃料電池核心組件11的陽極端。陰極燃料供給單元15是接合於燃料電池核心組件11的陰極端，來提供及導入陰極燃料至燃料電池核心組件11的陰極端。隔離層21、23是設置於陽極燃料供給單元13或陰極燃料供給單元15中，而隔離層21、23可以採用透氣不透液的多孔性薄膜層，藉由此種多孔性薄膜層的物理特性，來讓燃料電池10能夠達成防水、防漏、防止內部的液體外洩等功能。
圖2顯示本發明依據圖1結構的燃料電池實施範例的斷面圖。在圖2的直接甲醇燃料電池10中，陽極燃料供給單元13的具體態樣可以是一個流場構件，例如由燃料槽與燃料流道所構成的流場構件，藉由陽極燃料供給單元13自注入口13a注入的甲醇溶液陽極燃料，注入後的甲醇溶液陽極燃料再經由通孔111a充份地供應至每個燃料電池單元113a的陽極端。隔離層21是設置在陽極燃料供給單元13上，所設置的位置可以是位於陽極燃料供給單元13的上表面、下表面或者四周側邊，請分別參見圖3A至圖3C所顯示的隔離層設置在陽極燃料供給單元上的具體實施例。藉助於隔離層21的多孔性薄膜層的物理特性，四處流通的甲醇溶液皆能夠被隔離層21隔絕而無法外滲至陽極燃料供給單元13外界。同時，燃料電池單元113a在陽極端因化學反應後所產生的二氧化碳氣體，皆能夠通過隔離層21，然後再經由氣體逸出口(圖未顯示)逸出外界。
在圖2的直接甲醇燃料電池10中，隔離層23是設置在陰極燃料供給單元15上，所設置的位置可以是位於陰極燃料供給單元15的上表面、下表面或者四周側邊，請分別參見圖4A至圖4C所顯示的隔離層設置在陰極燃料供給單元上的具體實施例。藉助於隔離層23的多孔性薄膜層的物理特性，外界的空氣(或者是氧氣)可以通過隔離層23，再經由通孔115a，最後抵達至每個燃料電池單元113a的陰極端。同時，燃料電池單元113a在陰極端因化學反應後所產生的水份，皆能夠被隔離層23隔絕而無法外滲至陰極燃料供給單元15外界，然後再經由水份逸出口(圖未顯示)排出至外界。
圖5顯示顯示依據本發明精神，將隔離層分別設置於陽極集電層與陰極集電層的上表面與下表面。依據本發明的精神，本發明可以將隔離層25設置於陰極集電層115的上表面，或者將隔離層26設置於陰極集電層115的下表面，同樣地或者將隔離層27設置於陽極集電層111的下表面，或者將隔離層28設置於陽極集電層111的上表面。在質傳電解層113電化學作用後所產生的氣體(例如二氧化碳)，能夠經通孔111b以及隔離層27、28向外流通。在質傳電解層113電化學作用後所產生的液體(例如水份)，因為能夠被隔離層25、26所隔離住，而無法自通孔115b向外逸出。
本發明的隔離層在上述所揭露的位置，乃僅為本發明的範例說明而已，依據本發明的精神，凡熟悉該項技術人士是能夠將隔離層設置於燃料電池的其它位置，惟此變化仍屬於本發明的範疇之內。
本發明的隔離層所採用的材質，例如PTFE(Poly tetrofluoroethylene)聚四氟乙烯薄膜，凡具備透氣不透液的多孔性材料皆可被本發明所採用。
再者，由於隔離層通氣的效果，讓本發明的燃料電池10在內部與外部的氣壓可以維持常態壓力。
依據本發明的精神，本發明的隔離層除了設置在上述所揭露說明的位置外，當然亦可以將隔離層設置到燃料電池10內部的其它位置，例如設置在排氣出口，其用來防止外界液體自該排氣出口流入而損壞到燃料電池10。
本發明的燃料電池由於具備氣液隔離結構，而能夠達到以下效果1.本發明的燃料電池的氣液隔離結構，其利用透氣不透液的多孔性材質所形成的薄膜層所形成隔離層，可輕易地達到防止燃料電池的燃料液體外洩、排除化學反應生成的氣體且同時能使外部空氣進入等目的。
2.本發明的燃料電池的氣液隔離結構中，其具有透氣不透液的結構，可防止燃料液體外洩，使得在電子裝置內部裝設燃料電池作為內部電源更得以具體實現。
3.本發明的燃料電池的氣液隔離結構中，其具有透氣不透液的結構，在任何裝設角度都能排除生成氣體，且任何方向皆不虞液體的洩漏發生，因此，燃料電池的使用不會受到裝設方向影響，使得燃料電池的使用能更廣泛。
4.藉由本發明燃料電池的氣液隔離結構中，使用一薄膜隔離層，在不影響燃料電池原有設計的結構下，可容易地達到一透氣不透液的結構，且不會使得燃料電池增加太多的體積。
雖然本發明已以一具體實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，其所作的更動與潤飾皆屬於本發明的範疇，本發明的保護範圍當視後附的權利要求保護範圍所界定者為準。
權利要求
1.氣液隔離結構的燃料電池，包括一燃料電池核心組件，其用以經由電化學作用而產生電力；一隔離層，其設置於該燃料電池內部的一透氣不透液的多孔性薄膜層，以及用以使得電化學作用於該燃料電池核心組件的液體以及電化作用後所生成的液體皆被隔離層所阻隔，並用以使得電化作用於該燃料電池核心組件的氣體以及電化作用後所生成的氣體皆可穿透該隔離層，藉此達成防水、防漏、防液體外洩等功能。
2.如權利要求1所述的燃料電池，其中該燃料電池核心組件是包含一陽極集電層、一質傳電解層、一陰極集電層。
3.如權利要求2所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陽極集電層的上表面。
4.如權利要求2所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陽極集電層的下表面。
5.如權利要求2所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陰極集電層的上表面。
6.如權利要求2所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陰極集電層的下表面。
7.如權利要求1所述的燃料電池，進一步包括一接合於該燃料電池核心組件的陽極燃料供給單元，其用於提供及導入陽極燃料至該燃料電池核心組件的陽極端；一接合於該燃料電池核心組件的陰極燃料供給單元，其用於提供及導入陰極燃料至該燃料電池核心組件的陰極端。
8.如權利要求7所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陽極燃料供給單元的上表面。
9.如權利要求7所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陽極燃料供給單元的下表面。
10.如權利要求7所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陽極燃料供給單元的四周側邊。
11.如權利要求7所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陰極燃料供給單元的上表面。
12.如權利要求7所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陰極燃料供給單元的下表面。
13.如權利要求7所述的燃料電池，其中該隔離層是設置於該陰極燃料供給單元的四周側邊。
14.如權利要求1所述的燃料電池，其中該燃料電池是一直接甲醇燃料電池。
15.如權利要求14所述的燃料電池，其中該隔離層是用以使得外界空氣可通過該隔離層，以及用以防止該直接甲醇燃料電池內作用後的水份外洩至該燃料電池的外界。
16.如權利要求14所述的燃料電池，其中該隔離層是用以使得作用後所生成的二氧化碳氣體可通過該隔離層，以及用以防止甲醇溶液皆被該隔離層隔絕而無法外滲至該燃料電池的外界。
17.如權利要求1所述的燃料電池，其中隔離層是一PTFE(Polytetrofluoro ethylene)聚四氟乙烯薄膜。
全文摘要
本發明是一種具備氣液隔離結構的燃料電池包括一燃料電池核心以及一隔離層組件。燃料電池核心是用以經由電化學作用而產生電力。一隔離層是設置於燃料電池內部的一透氣不透液的多孔性薄膜層，以及用以使得電化學作用於燃料電池核心組件的液體以及電化作用後所生成的液體皆被隔離層所阻隔，並用以使得電化作用於該燃料電池核心組件的氣體以及電化作用後所生成的氣體皆可穿透隔離層，藉此達成防水、防漏、防液體外洩等功能。
文檔編號H01M8/02GK1700493SQ200410034789
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月17日 優先權日2004年5月17日
發明者許錫銘, 鄧豐毅, 張倉銘, 林禎鴻, 詹景棠, 管衍德 申請人:勝光科技股份有限公司