專利名稱：直接甲醇燃料電池及其雙極板基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種直接甲醇燃料電池，尤指一種具有可撕除的直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法。
背景技術：
直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)是一種利用液態(tài)的稀釋甲醇水溶液或純甲醇作為燃料，透過電化學程序將化學能轉換成電力的發(fā)電裝置。與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相較，直接甲醇燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度以及較高的能量轉換效率等優(yōu)點，乃具有前瞻性的干凈能源，可應用的領域包括家用發(fā)電系統(tǒng)、電子產(chǎn)品、運輸工具、軍用設備、太空工業(yè)等。
直接甲醇燃料電池的運作原理乃以甲醇水溶液在陽極觸媒層進行氧化反應，產(chǎn)生氫離子(H+)、電子(e-)以及二氧化碳(CO2)，其中氫離子經(jīng)由電解質傳遞至陰極，而電子經(jīng)由外部電路傳遞至負載作功后再傳遞至陰極，此時供給陰極端的氧氣會與氫離子及電子在陰極觸媒層進行還原反應，并產(chǎn)生水。
燃料電池一般皆由數(shù)個基本單元所組成。由于每個基本單元所能提供的電壓很小，因此在應用時必須串聯(lián)多的基本單元，以達到所需要的操作電壓輸出。
圖1以及圖2分別顯示習知技藝的平板式直接甲醇燃料電池10的上視平面圖以及沿著圖1中切線I-I所示的剖面結構示意圖。如圖1與圖2所示，習知的平板式直接甲醇燃料電池10包括有一雙極板組件12以及一甲醇燃料儲存槽14。雙極板組件12包括上框架51、下框架52、陰極電極網(wǎng)121、多個經(jīng)過繞折處理的雙極金屬電極網(wǎng)122、123、124、125，以及陽極電極網(wǎng)126，以及夾設于兩相對陰陽電極網(wǎng)之間的多個質子交換膜件(Membrane Electrode Assembly，MEA)131、132、133、134、135。
前述的習知平板式直接甲醇燃料電池10缺點在于其雙極板組件12之上、下框架51、52，由FR4等玻璃強化樹脂材料所構成，其厚度然嫌過厚而顯得笨重，并無法達到進一步可攜式電子產(chǎn)品日益薄型化的要求。而前述雙極板組件12的電極網(wǎng)121、122、123、124、125以及126皆以鈦金屬網(wǎng)加上鍍金處理，成本十分昂貴。再者，習知平板式直接甲醇燃料電池10的該多個經(jīng)過繞折處理的雙極金屬電極網(wǎng)122、123、124、125并非整合在上、下框架上，而需另外預先以人工處理凹折，十分麻煩費時，而不易達到量產(chǎn)規(guī)模。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種直接甲醇燃料電池及雙極板的制作方法，以解決上述習知直接甲醇燃料電池及雙極板制作的問題。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種直接甲醇燃料電池及其雙極板基板的制作方法，包含下列步驟首先制作一雙極板基板包含有一基板包含有一可撕除的載具、一離型層以及一集電板，其中離型層將載具與集電板緊密貼合，然后于集電板上以光致抗蝕劑定義出預定電極板區(qū)域，接著于基板上進行一銅蝕刻制程，將未覆蓋光致抗蝕劑的集電板蝕除，以蝕刻出預定電極板區(qū)域，于是剝除光致抗蝕劑，于預定電極板區(qū)域覆蓋第一導電保護層，下一步是提供至少一接合片(bonding sheet)、至少一質子交換膜件(membrane electrode assemblies，MEA)以及二個雙極板基板，進行一壓合制程，將二個雙極板面對面與接合片以及質子交換膜件壓合，然后撕除二雙極板的載具，暴露出預定電極板區(qū)域的表面，于是將預定電極板區(qū)域的表面覆蓋第二導電保護層，形成一雙極板/質子交換膜件組件，最后將該雙極板/質子交換膜件組件與一流道底板結合。


圖1顯示習知技藝的平板式直接甲醇燃料電池的上視平面圖；圖2顯示習知技藝的平板式直接甲醇燃料電池沿著圖1中切線I-I所示的剖面結構示意圖；圖3至圖7顯示本發(fā)明較佳實施例的直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法；圖8至圖11顯示本發(fā)明較佳實施例的直接甲醇燃料電池的雙極板/質子交換膜組件的制作方法；圖12顯示直接甲醇燃料電池的示意圖。
符號說明10 平板式直接甲醇燃料電池 12極板組件14 甲醇燃料儲存槽 51上框架52 下框架 121 陰極電極網(wǎng)122 雙極金屬電極網(wǎng) 123 雙極金屬電極網(wǎng)124 雙極金屬電極網(wǎng) 125 雙極金屬電極網(wǎng)126 陽極電極網(wǎng) 131 質子交換膜件132 質子交換膜件 133 質子交換膜件134 質子交換膜件 135 質子交換膜件300 雙極板基板 310 基板
312 可撕除載具 314集電板316 離型層 318光致抗蝕劑319 孔洞 320導電保護層322 預定電極區(qū)域 324銅表面326 導電保護層 400接合片500 質子交換膜件 600雙極板/質子交換膜組件700 流道底板 800直接甲醇燃料電池具體實施方式
請參閱圖3至圖7，圖3至圖7說明本發(fā)明較佳實施例的直接甲醇燃料電池的雙極板基板300制作方法。
首先，請參閱圖3，提供一基板310，包括一可撕除的載具(ReleasableCopper Carrier)312、覆蓋于可撕除載具312上表面的集電板314以及一離型層(Release Layer)316用以將可撕除載具312與集電板314緊密貼合。其中集電板314可以是由銅箔薄片所組成。
如圖4所示，于集電板314上，以光致抗蝕劑(干膜)318定義出預定電極板區(qū)域322。
然后進行銅蝕刻制程，如圖5所示，將未被光致抗蝕劑318覆蓋的部分集電板314蝕除，形成孔洞319，如此即定義出預定電極板區(qū)域322。其中，每個集電區(qū)域322皆保留一無孔洞319的邊框，作為后續(xù)黏合之用。
接著，如圖6所示，剝除光致抗蝕劑318。
最后，如圖7所示，為避免預定電極區(qū)域322與甲醇燃料接觸而氧化，需再涂布一導電保護層320覆蓋于電極區(qū)域322上，其中保護層320可以為石墨態(tài)的碳墨導電層或金(Au)等材料所構成。至此即完成雙極板(Bipolar Plate)基板300的制造。
請參考圖8至圖11，圖8至圖11說明本發(fā)明較佳實施例的雙極板/質子交換膜組件600的制作方法。
如圖8所示，提供由前述的步驟所制成的二片雙極板(Bipolar Plate)基板300、接合片(Bonding Sheet)400以及質子交換膜件(MembraneElectrode Assembly，MEA)500，進行壓合制程。其中雙極板基板300制造方法如上述圖3至圖7所提，而質子交換膜件可采用如杜邦公司Nafion質子交換膜，或具有相同功能的其它固態(tài)質子交換膜，另外接合片可以為印刷電路板制程中所用的部分聚合階段(B-stage)的“PREPREG”樹脂膠片等材質，可以在70～120℃的溫度下處理30～120分鐘達到完全聚合熟化程度，另外接合片400預留有多個開口(未顯示)，其大小恰可容納質子交換膜件500。
如圖9所示，進行壓合制程將將二片雙極板基板300上的集電板314面對面與接合片400以及質子交換膜件500壓合。因為經(jīng)過壓合之后，質子交換膜件500的厚度會降低，因此接合片400的厚度須大于或等于被壓合后的質子交換膜件500的厚度，才足以黏合集電板314。以本實施例來說，質子交換膜件500被壓合前厚度約0.8mm，被壓合后厚度約0.6mm，因此接合片400的厚度至少要0.6mm。不過，接合片400的厚度會因為使用的質子交換膜件500的種類而有不同。
然后，如圖10所示，壓合后將雙極板的載具312以及離型層316撕除，留下雙極板基板300的集電板314，使集電板314與質子交換膜件500緊密接觸，并使集電板314、接合片400以及質子交換膜件500共同構成雙極板/質子交換膜組件600。
接著，如圖11所示，此時集電板314因為載具312以及離型層316撕除的關系，而暴露出銅表面324，因此于銅表面324上覆蓋導電保護層326。其中保護層326可以為石墨態(tài)的碳墨導電層或金(Au)等材料所構成。
最后，如圖12所示，將雙極板/質子交換膜組件600與流道底板結合700，形成直接甲醇燃料電池800。
該流道底板是為機械車刀洗出預定流道結構，或以射出成型方式制成。其是為高分子材料包括環(huán)氧樹脂、聚亞醯膜(polyimide)或聚丙烯酸酯(Acrylic)。
綜合上述，本發(fā)明改良的直接甲醇燃料電池的雙極板的制作，相較習知技藝至少包括以下的優(yōu)點(1)燃料電池結構的關鍵組件的雙極板基板300以印刷電路板技術制成，而采用可撕除的基板作為起始基材更可以降低燃料電池的制造成本。
(2)以成熟的印刷電路板技術制作燃料電池結構的關鍵組件的雙極板基板300，使用多層板制程可達量產(chǎn)規(guī)模。
(3)本發(fā)明的雙極板基板300不需要如習知技藝以人工繞折電極網(wǎng)，因此可大量生產(chǎn)，而且直接堆棧組裝更為精密而方便。
(4)印刷電路板技術制造，更可將控制可攜式電子產(chǎn)品的鋰電池與燃料電池的各種積體控制電路同時整合在印刷電路板上，不但本燃料電池體積較的傳統(tǒng)燃料電池更為小巧，且可具備完整的控制功能，大大提高燃料電池的利用價值。
權利要求
1.一種直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法，包含有提供一基板，包含有一可撕除的載具、一離型層以及一集電板，其中該離型層將該載具與該集電板緊密貼合；于該集電板上以光致抗蝕劑定義出預定電極板區(qū)域；于該基板上進行一銅蝕刻制程，將未覆蓋該光致抗蝕劑的該集電板蝕除，以蝕刻出該預定電極板區(qū)域；剝除該光致抗蝕劑；于該預定電極板區(qū)域覆蓋一導電保護層。
2.根據(jù)權利要求1所述的直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法，其中該集電板是為一銅箔薄片。
3.根據(jù)權利要求1所述的直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法，其中該導電保護層是為一石墨態(tài)的碳墨導電層。
4.根據(jù)權利要求1所述的直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法，其中該導電保護層是為一金材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的直接甲醇燃料電池的雙極板基板的制作方法，其中該導電保護層是為保護避免該預定電極區(qū)域與甲醇燃料接觸而氧化。
6.一種直接甲醇燃料電池的制作方法，包含有制作一雙極板基板，包含有提供一基板，包含有一可撕除的載具、一離型層以及一集電板，其中該離型層將該載具與該集電板緊密貼合；于該集電板上以光致抗蝕劑定義出預定電極板區(qū)域；于該基板上進行一銅蝕刻制程，將未覆蓋該光致抗蝕劑的該集電板蝕除，以蝕刻出該預定電極板區(qū)域；剝除該光致抗蝕劑；于該預定電極板區(qū)域覆蓋第一導電保護層；提供至少一接合片、至少一質子交換膜件以及二片該雙極板基板；進行一壓合制程，將該二片雙極板基板面對面與該接合片以及該質子交換膜件壓合；撕除該二雙極板基板的該載具與該離型層，暴露出一預定電極板區(qū)域的表面；于該預定電極板區(qū)域的表面部分覆蓋第二導電保護層，形成一雙極板/質子交換膜組件；將該雙極板/質子交換膜件組件與一流道底板結合。
7.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該集電板是為一銅箔薄片。
8.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該第一導電保護層是為一石墨態(tài)的碳墨導電層。
9.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該第一導電保護層是為一金材料。
10.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該第二導電保護層是為一石墨態(tài)的碳墨導電層。
11.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該第二導電保護層是為一金材料。
12.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該預定電極板區(qū)域的表面是為一銅表面。
13.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該接合片為印刷電路板制程中常用的部分聚合階段的“PREPREG”樹脂膠片。
14.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該接合片是可以在70～120℃的溫度下處理30～120分鐘達到完全聚合熟化程度。
15.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該導電保護層是為保護避免該預定電極區(qū)域與甲醇燃料接觸而氧化。
16.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該流道底板是為機械車刀洗出預定流道結構，或以射出成型方式制成。
17.根據(jù)權利6所述的直接甲醇燃料電池的制作方法，其中該流道底板是為高分子材料包括環(huán)氧樹脂、聚亞醯膜或聚丙烯酸酯。
全文摘要
本發(fā)明是一種直接甲醇燃料電池及其雙極板基板的制作方法，直接甲醇燃料電池，包含有雙極板、質子交換膜件、接合片以及流道底板。雙極板基板包含有一可撕除的載具、一離型層以及一集電板，然后于集電板上定義出預定電極板區(qū)域，再覆蓋上第一導電保護層。接著進行壓合制程，撕除雙極板基板的載具與離型層，覆蓋上第二導電保護層，形成雙極板/質子交換膜組件后，再與流道底板結合。
文檔編號H01M8/00GK1750300SQ200410074719
公開日2006年3月22日 申請日期2004年9月13日 優(yōu)先權日2004年9月13日
發(fā)明者劉永義, 尚希賢 申請人:南亞電路板股份有限公司