CN100334761C - 平面燃料电池组、燃料电池单体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平面燃料电池组、燃料电池单体及其制造方法；特别是一种平面燃料电池组的电性连结，其包括一膜电极组；两多孔网状导体，利用一热固性材料，将阳极触媒电极、阴极触媒电极分别与网状或多孔导体做固定，作为燃料电池电荷引出的电极。燃料电池单体包括一个膜电极组，具有一个质子交换膜、一个阳极触媒电极与一个阴极触媒电极；二个网状导体；其制造方法为：将该阳极触媒电极与该阴极触媒电极结合于该质子交换膜的两侧，形成膜电极组；将具有二次固化特性的一粘合胶转印至该等网状导体表面；以及将该等网状导体以热压方式固定于该膜电极组表面。本发明可大幅增加平面式燃料电池的组装密度及单位面积上有效的反应面积比例。

Description

平面燃料电池组、燃料电池单体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的电性连结方式，特别有涉及一种利用热固性材料固着网状导体与碳导电材料或触媒电极的燃料电池。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种利用化学能直接转化为电能的发电装置，与传统发电方式比较之下，燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及较高的能量转换效率等优点，是极具未来前瞻性的干净能源，可应用的范围包括携带式电子产品、家用发电系统、运输工具、军用设备、太空工业以及大型发电系统等各种领域。

燃料电池的运作原理依其种类的不同会有些许差异，以直接甲醇型燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)为例，甲醇水溶液在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H+)、电子(e-)以及二氧化碳(CO2)，其中氢离子可以经由电解质传递至阴极，而电子则经由外部电路传输至负载做功之后再传递至阴极，此时供给阴极端的氧气会与氢离子及电子于阴极触媒层进行还原反应并产生水。

因为燃料电池每个基本单元所能提供的电压很小，所以在应用时必须串联多个单一电池，形成一个燃料电池组，才能达到所需求的操作电压，而串联时必须考虑如何将一个燃料电池单体的电荷，导引到下一个燃料电池单体，尤其是如何将一个燃料电池的阳极所产生的电子如何传导到下一个电池的阴极。

如图1所示，已知的燃料电池10包含由阳极触媒电极12、质子交换膜11加上阴极触媒电极13，加上由碳布或碳纸作为气体扩散层14所组合而成。此外，已知的燃料电池主要以锁螺丝16的方式，使触媒、气体扩散层14与双极板15(Bipolar plate)或端板17(End Plate)紧密接触，以提供适当的电性接触与电性连结。

但是已知的电性连结方式存在一些问题，因为当燃料电池以锁螺丝的压力提供电性连结时，压力极易不均匀，因此会造成燃料电池内电阻过大或是燃料传递困难。此外，已知的方法必须预留锁螺丝的空间，因此组装密度较低，尤其是对于小型携带式电源的平面式燃料电池组而言，因为在一个平面中必须组装数个燃料电池单体，其组装密度将大幅下降到30％-50％，无法满足较高功率密度的需求。

在美国专利US6,127,058中有提出一种以绝缘框搭配金属扣环固定电流集结材料与触媒层的结构，可作为另一平面式燃料电池电性接触固定的方法。但是仅以边框处金属扣环所提供的机械压力，不易达到完全的电性接触，且以绝缘框压住反应区域内的碳布，在被压住的区域内，触媒无法有效反应，因此电池的效率较差。再者施加压力的螺丝或扣环，除组装费时外，亦需占据一些装配面积，使得单位面积上的反应面积比例缩小，因此功率密度将大为降低。

传统两燃料电池的单体串联时，主要以双极板(Bipolar plate)透过机械压力使电池组串联并分隔阴阳极的燃料，如图1所示，但是在小型化的应用方面，需要平面型的平面燃料电池组设计。平面式燃料电池组的设计，一直以来已有相当多的串联方式被提出，如Rongzhong et.al.(J.ofPower Source，93，2001，25-31)，A.Heinzel et.al.(ElectrochemicaActa，43，1998，3817-3820)，S.J.Lee et.al.(J.of power Source，112，2002，410-418)等所提出的方式，这其中最简单的做法即以一导电材料，直接穿过质子交换膜，将前一电池的阴极与下一相邻电池的阳极串联。实际做法可以是如美国专利US6,410,180所公开的，在一网状导体不同区域的两面，分别涂上以不导电胶材如PTFE，加上导电的碳布或切碎的碳纤维均匀混合，涂布在网状导体上以形成具气体扩散功能的导电层，再将此气体扩散层与阴阳极触媒层热压合成膜电极组串联的部分。

此方法采用已知的涂布方式，但是因为在一多孔材质上的涂布通常较为困难，而且必须面对一多孔导体的两面的不同区域都需要涂布，而且可能的涂布材料比例也不相同，所以整体制程并不容易控制。再者，气体扩散层以涂布的方式制作，所产生的孔洞较传统用碳布所产生的孔洞还小，必须有效降低涂层以及多孔导体基材的厚度，使得导电度以及相关制程稳定度不易维持。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种取代已知用螺丝机械压力固定的电性连结方式，以增加平面式燃料电池的组装密度及单位面积上有效的反应面积比例。

本发明的第二目的是提出一种简单的方法，利用一热固化特性的材料，作为网状导体与碳布材料的电接触固着物，透过热压方式固化之后，确保燃料电池具有稳定的导电性，且同时可降低组装的困难度。

本发明的第三目的是提供一种可以大量组装的平面燃料电池组的制作方法，提供简易的电性串联方式，透过一网状导体不同区域的两面，同时透过热压固化的制程，将相邻两电极组的阴阳极串联起来，具有制程简便、稳定度高的优点，降低燃料电池组装成本与提升其商业价值。

本发明的第四目的，还提供一种可以大量组装的平面燃料电池组的制作方法，透过热压固化的制程，将膜电极组的阴阳极分别与网状导体固着，透过一个两电池相邻边的部份，将两电池串联，此平面燃料电池组具有制程简便、稳定度高的优点。

为达成上述目的，本发明提供一种燃料电池单体的制造方法，包括下列步骤：提供一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极，并将阳极触媒电极与阴极触媒电极以热压方式固定于质子交换膜的两侧，形成一膜电极组；接着提供二网状导体，将具有热固化特性的一粘合胶涂布于网状导体表面；最后将网状导体以热压方式固定于膜电极组表面。

在一较佳实施例中，膜电极组的表面具有二多孔性导电材料，而多孔性导电材料可由碳布或碳纸所构成。

在一较佳实施例中，网状导体由镍、钛、铜、铝等材料或其合金所构成，且其表面镀有金、铂、铑或钌等贵金属，以防止金属网腐蚀。

在一较佳实施例中，粘合胶由环氧树酯、PU(聚氨酯)或PI(聚酰亚胺)等材料所构成，粘合胶为厚度介于1-100微米之间的固态膜状物，透过加热转印的方式附着于网状导体表面，而在粘合胶中亦可添加导电微粒，以增加导电度。

又，在上述转印固态膜状物的步骤中，操作温度介于25℃至100℃之间。而热压网状导体的步骤中，热压的温度介于100℃至250℃之间，热压的压力介于1Mpa至50Mpa之间。

本发明另提供一种燃料电池单体，包括一膜电极组及二网状导体。其中膜电极组具有一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极，阳极触媒电极与阴极触媒电极分别设置于质子交换膜的两侧；网状导体是以具有热固化特性的粘合胶固定于膜电极组表面。

在一较佳实施例中，燃料电池单体另具有二多孔性导电材料，多孔性导电材料可设置于膜电极组与网状导体间，或是以粘合胶设置于网状导体外侧。又，多孔性导电材料可由碳布或碳纸所构成。

此外，本发明另提供一种平面燃料电池组，包括一绝缘框架及多个燃料电池单体。上述绝缘框架具有多个开口，燃料电池单体即设置于绝缘框架上，覆盖各个开口。其中燃料电池单体均包括一膜电极组；二网状导体以具有二次固化特性的粘合胶粘合固定于膜电极组的表面，其中相邻的燃料电池单体上的网状导体相互电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

在一较佳实施例中，膜电极组的表面具有二多孔性导电材料，而多孔性导电材料可由碳布或碳纸所构成。

在另一实施例中，粘合胶具热固性，亦可以液态胶涂布于网状导体表面，经烘干后再以热压方式固定于该膜电极组表面。其中，烘干步骤的操作温度介于60℃至200℃之间。

在一较佳实施例中，网状导体由镍、钛、铜、铝等材料或其合金所构成，且其表面镀有金、铂、铑或钌等贵金属，以防止金属网腐蚀。

在一较佳实施例中，粘合胶由环氧树酯、PU或PI等材料所构成，粘合胶为厚度介于1-100微米之间的固态膜状物，透过加热转印的方式附着于网状导体表面，而在粘合胶中亦可添加导电微粒，以增加导电度。

在一较佳实施例中，燃料电池单体是以一防水胶固定于绝缘框架上。

在一较佳实施例中，绝缘框架包括第一部份及第二部份，第一部份在开口周围具有凸出部，第二部份在开口周围具有与凸出部相配合的凹陷部，藉以固定各个燃料电池单体用于串联的网状导体。

在一较佳实施例中，绝缘框架具有介于开口之间的多个间隔部，且间隔部中埋设有多个串联电极，而相邻的燃料电池单体上的网状导体分别与串联电极电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

在上一实施例中，绝缘框架还包括第一部份及第二部份，利用一粘合胶将膜电极组固定在绝缘框架的第一部份与第二部份间。

在一较佳实施例中，燃料电池单体是交替设置于该框架的外侧及内侧，以简化串联电极与个别网状导体间的电接触。

在一较佳实施例中，两组平面式燃料电池组，可以透过绝缘框架内埋的导体，与绝缘框架共同形成一围封空间。又内埋导体也可以利用一内埋导体的软性基板来完成。

在一较佳实施例中，绝缘框架由树酯强化纤维板或是陶瓷基板所构成，且绝缘框架具有多个燃料通孔，燃料电池的燃料可由燃料通孔注入围封空间中。

由以上可知，本发明的电性连结方式，可大幅增加平面式燃料电池的组装密度及单位面积上有效的反应面积比例，且利用一具有二次固化特性的热固化材料，作为网状导体与碳布材料的电接触固着物，亦可确保燃料电池具有稳定的导电性，同时又可降低组装的困难度，因此，可降低平面燃料电池组的制造成本，并大幅提升其商业价值。

附图说明

图1为传统堆栈型燃料电池的剖面图。

图2A为本发明制造方法中，将具有二次固化特性的粘合胶转印至金属网的示意图。

图2B为图2A中，粘合胶转印后，金属网的剖面图。

图3A为本发明燃料电池单体的剖面图。

图3B为图3A中区域a的放大示意图。

图3C为本发明另一燃料电池单体的剖面图。

图4A为本发明第一实施例平面燃料电池组的剖面图。

图4B至图4D为本发明第一实施例平面燃料电池组的其它实施样态。

图5A为本发明第二实施例平面燃料电池组的组合图。

图5B为本发明第二实施例平面燃料电池组的剖面图。

图6为本发明第三实施例平面燃料电池组的剖面图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下：

图2A为本发明燃料电池的制造方法中，将具有二次固化特性的粘合胶转印至网状导体的示意图。如图2A所示，本发明所提供的燃料电池电性连结方法主要是利用具有二次固化特性的热固性粘合胶，如：环氧树酯、PU或PI等材料，形成一固态膜状物22，以加压的方式将粘合胶转印至网状导体21上，其中环氧数酯可参考美国US6,627,684号发明专利，而上述转印制程的操作温度介于25℃至100℃之间，且固态膜状物22的厚度介于1-100微米之间。

又上述热固性粘合胶，亦可以液态胶刷涂、喷涂等方法涂布于网状导体表面，经烘干后再以热压方式固定于该膜电极组表面。其中，烘干步骤的操作温度介于60℃至200℃之间。

图2B为图2A中粘合胶转印后，网状导体的剖面图。如图2B所示，网状导体21为镍、钛、铜、铝等材料或其合金所构成的金属网，且其表面镀有金、铂、铑或钌等贵金属所构成的抗蚀层211，可防止金属网被氧化腐蚀。此外，粘合胶22透过加热转印的方式附着于网状导体21表面，而在粘合胶22中亦可添加导电微粒221，如：金、钛或碳微粒，以增加导电度。

图3A为本发明燃料电池单体的剖面图，图3B为图3A中区域a的放大示意图。如图3A所示，燃料电池单体30包括一膜电极组31及二网状导体33。膜电极组31具有一质子交换膜311、一阳极触媒电极312与一阴极触媒电极314，阳极触媒电极312与阴极触媒电极314分别设置于质子交换膜311的两侧。而膜电极组31是以已知热压或涂布的方式而成。

本发明的膜电极组31的表面另具有两层以多孔的碳布或碳纸所组成的气体扩散层32，此二气体扩散层32可在制作膜电极组31时，与阳极触媒电极312、质子交换膜311及阴极触媒电极314一起热压成形，作为膜电极组31的一部份，可使本发明的燃料电池单体30具有较佳的气体扩散特性及导电度。

请参考图2B及图3A-3B，当膜电极组31热压完成，且金属网完成粘合胶的转印制程后，即可以将金属网33以热压方式固定于膜电极组表面，在热压的过程中，粘合胶22会因外加的压力而流动，形成如图3B所示的状态，最后因为外加的高温而使金属网33固定于气体扩散层32表面。其中上述热压制程的的操作温度介于100℃至250℃之间，操作压力介于1Mpa至50Mpa之间，热压时间约1-5分钟。

在一较佳的实施例中，操作温度为160℃，操作压力为30Mpa，而热压时间为3分钟时，金属网33与气体扩散层32之间的导电性会较佳。

此外，本发明的燃料电池单体30亦可以省略气体扩散层32，直接以粘合胶22将金属网33固定于阳极触媒电极312与阴极触媒电极314上；或是金属网33先以粘合胶22热压固定于阳极触媒电极312与阴极触媒电极314上，再以粘合胶22压热固定气体扩散层32，形成如图3C所示30′的结构。

第一实施例

图4A为本发明第一实施例平面燃料电池组的剖面图，为了简化图示，图4A仅以两个燃料电池单体串联成一平面型平面燃料电池组，但本发明所提出的结构并不限定于两个燃料电池单体。

如图4A所示，平面燃料电池组40具有二个如前所述的燃料电池单体30a、30b，一承载燃料电池单体的绝缘框架42以及二流道板43a、43b。一金属网41的两面分别以粘合胶固定于燃料电池单体30a的阴极触媒电极上以及燃料电池单体30b的阳极触媒电极上，作为二燃料电池单体30a、30b的串联电极，接着再以PC(聚碳酸酯)、PE(聚乙烯)、树酯强化纤维等高分子化合物、或陶瓷基板等以制成绝缘框架42，以固定燃料电池单体30a、30b，而此绝缘框架42中央的间隔部亦可保护串联金属网41的弯折部411不会断裂。

如图4B所示，平面燃料电池组40的串联电极可分别以二金属网，于绝缘框架之间隔部中相互连接。

图4C为第一实施例燃料电池组的另一实施样态，如图4C所示，平面燃料电池组40′亦可以埋设于绝缘框架中央的间隔部内的串联电极与金属网41a，41b电性连接，其连接方式可用二次固化胶粘合，或是直接以热压方式固定，或是锡焊以串联二燃料电池单体30a、30b，形成平面配置的燃料电池组。

请再参阅图4D，图4D中的绝缘框架可与传统的流道板相结合，其包括可相互对应结合的一第一部份42a及一第二部份42b，其中第一部份42a在开口周围的间隔部处具有凸出部421，第二部份42b在开口周围的间隔部处具有与凸出部421相配合的凹陷部422。当要组装平面燃料电池组40″时，可先将燃料电池单体30a，30b放置在第一部份42a上，再将第二部份42b压合于第一部份上，此时，利用凸出部421及凹陷部422的外形，可轻易使网状导体411a，411b串联固接在一起，以进一步增加固着度。

由于本发明第一实施例图4A至图4D的平面燃料电池组40，40′是以粘合固定的金属网作为引出电荷的电极，因此，在平面燃料电池组40及40′中，流道板43a，43b的材质可以不需要是具有导电特性的石墨板，而可以采用PC、PE等高分子化合物以制成二片具有多个燃料通道431a，431b的流道板43a，43b，再以防水胶44粘合固定于绝缘框架42上即可。故第一实施例的平面燃料电池组40的组装方式较传统的平面燃料电池组简单，而且可适用于传统的氢氧燃料电池(PEMFC)或是直接甲醇燃料电池(DMFC)。

此外，第一实施例中所使用的燃料电池单体亦可以省略气体扩散层，直接以粘合胶将金属网固定于阳极触媒电极与阴极触媒电极上；或是金属网先以粘合胶热压固定于阳极触媒电极与阴极触媒电极上，再以粘合胶压热固定气体扩散层，形成如图3C所示的结构。

第二实施例

图5A为本发明第二实施例平面燃料电池组的组合图，图5B为第二实施例平面燃料电池组的剖面图。为了简化图示，图5A、5B仅以四个燃料电池单体串联成一平面燃料电池组，但本发明所提出的结构并不限定于四个燃料电池单体。

如图5A所示，平面燃料电池组50包括一绝缘框架及多个燃料电池单体30a-30d。上述绝缘框架包括一围封部51及二支承部52a、52b，围封部51为一方形绝缘框体，用于卡合固定支承部52a、52b，在围封部51的一侧则埋设一串联电极511；支承部52a、52b为一具有二矩形开口521的绝缘框，燃料电池单体30a-30d即分别设置于支承部52a，52b上，覆盖各个开口521。其中，绝缘框架的二支承部52a、52b亦可以如图4D所示的方式制作，再将二支承部52a，52b与围封部51结合，而绝缘框架的围封部51及支承部52a、52b是以PC、PE、树酯强化纤维等高分子化合物、或陶瓷基板等所制成的。

燃料电池单体30a-30d的结构如图3A所示，各具有一由质子交换膜、阳极触媒电极与阴极触媒电极热压而成的膜电极组，并另具有以碳布或碳纸所构成的气体扩散层。

如图5A及图5B所示，当制作本发明第二实施例所述的平面燃料电池组50时，先将一金属网55a-55d以具有二次固化特性的粘合胶热压固定在各燃料电池单体30a-30d的一面上，再将一串联金属网54a、54b分别连结一燃料电池单体的阳极触媒电极及另一燃料电池单体的阴极触媒电极，形成二串联的燃料电池模块。接着，以防水胶将燃料电池单体30a-30d固定于支承部52a、52b上，并使燃料电池单体30a-30d完全覆盖各个开口521。接着，再以防水胶将二支承部固定于围封部51上，使燃料电池单体30a-30d与绝缘框架51，52a、52b共同形成一可容置液态燃料的围封空间53，最后再以导电胶或是焊接的方式连接金属网55b、串联电极511及金属网55c，使燃料电池单体30a-30d构成一完整的串联回路。其中，金属网55a，55b可分别作为整个平面燃料电池组50的正、负极，而上述金属网54a、54b，55a-55d的材质可以是钛、表面镀金的铜、表面镀金的镍或表面镀金的其它金属。

此外，第二实施例的平面燃料电池组可适用于直接甲醇燃料电池(DMFC)，各燃料电池单体30a-30d的阳极触媒层紧邻于围封空间53，因此，甲醇水溶液可由围封部51的燃料通孔512导入围封空间53中，以提供平面燃料电池组50反应所需的燃料。而平面燃料电池组反应所需的氧气，则可直接由外界大气获得，或是另以一空气由绝缘框架的外侧提供。

第三实施例

图6为本发明第三实施例平面燃料电池组的剖面图。为了简化图示，图6仅以六个燃料电池单体串联成一平面燃料电池组，但本发明所提出的结构并不限定于六个燃料电池单体。

在制作如图5A所示的平面燃料电池模块时(二个串联的燃料电池单体)，由于作为串联电极的金属网54a不易弯折，平面燃料电池模块会有翘曲的现象，且在热压串联电极的金属网时，也较为困难，因此，本发明提供另一种模块化平面燃料电池组的实施方式。如图6所示，平面燃料电池组60包括一绝缘框架及多个燃料电池单体30a-30f。上述绝缘框架包括一围封部61及二支承部62a、62b，围封部61与第二实施例相同，为一方形绝缘框体，用于卡合固定支承部62a、62b，在围封部61的一侧则埋设一串联电极61c；二支承部62a、62b为具有三个方形开口的绝缘框，燃料电池单体30a-30f即分别设置于支承部62a、62b上，覆盖各个开口。其中，绝缘框架的围封部61及支承部62a、62b是以PC、PE、树酯强化纤维等高分子化合物、或陶瓷基板等所制成的，二支承部各具有多个串联电极61a、61b、61d、61e，分别埋设于矩形开口之间的间隔部64a-64d内，用于连结相邻燃料电池单体上的金属网，以串联上一级燃料电池单体的阳极触媒电极与下一级燃料电池单体的阴极触媒电极。

燃料电池单体30a-30f的结构如图3A所示，各具有一由质子交换膜、阳极触媒电极与阴极触媒电极热压而成的膜电极组，并另具有以碳布或碳纸所构成的气体扩散层。

如图6所示，为了使平面燃料电池组60不会发生翘曲的情形，燃料电池单体30b、30e分别设置于绝缘框架的内侧，使燃料电池单体30a-30f交替设置于绝缘框架的外侧与内侧。当制作本发明第三实施例所述的平面燃料电池组60时，可先将金属网33a-331以具有二次固化特性的粘合胶热压固定在各燃料电池单体30a-30f上，再以防水胶将燃料电池单体30a-30f交替固定于支承部62a、62b上的内、外两侧，并使燃料电池单体30a-30f完全覆盖各个开口，防止围封空间63内的液态燃料泄漏。接着，以导电胶或是焊接的方式分别连接金属网33b-33e，33g-331与串联电极61a、61b、61d、61e，形成二串联的平面燃料电池模块，再将此二模块以防水胶固定于围封部61上，使燃料电池单体30a-30f与绝缘框架61、62a、62b共同形成一可容置液态燃料的围封空间63。最后，再以导电胶或是焊接的方式连接串联电极61c及金属网33f、33g，使燃料电池单体30a-30f构成一完整的串联回路。其中，金属网33a、331可分别作为整个平面燃料电池组60的正、负极，而上述金属网33a-331的材质可以是钛、表面镀金的铜、表面镀金的镍或表面镀金的其它金属。

此外，第三实施例的平面燃料电池组60可适用于直接甲醇燃料电池(DMFC)，各燃料电池单体30a-30f的阳极触媒层紧邻于围封空间63，因此，甲醇水溶液可由围封部61的燃料通孔(未显示)导入围封空间63中，以提供平面燃料电池组60反应所需的燃料。而平面燃料电池组反应所需的氧气，则可直接由外界大气获得，或是另以一空气由绝缘框架的外侧提供。

其次，封围空间63也可以作为空气或氧气的流道，此时改以阴极面对封围空间63的内部，而甲醇燃料改为由外部供应，而此设计也可以应用在氢气燃料电池，以氢气及氧气分别由外部流道及内部封围空间63通过各燃料电池单体表面，以进行反应。由以上可知，本发明的电性连结方式，可大幅增加平面式燃料电池的组装密度及单位面积上有效的反应面积比例，且利用一具有二次固化特性的热固化材料，作为网状导体与碳布材料的电接触固着物，亦可确保燃料电池具有稳定的导电性，同时又可降低组装的困难度，因此，可降低平面燃料电池组的制造成本，并大幅提升其商业价值。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

符号说明

10：传统燃料电池

11：质子传导膜

12：阳极触媒电极

13：阴极触媒电极

14：气体扩散层

15：双极板

151，152：流道

16：螺丝

21：金属网

22：固态膜状物

221：导电粒子

30，30′，30a-30f：燃料电池单体

31：膜电极组

311：质子交换膜

312：阳极触媒电极

313：阳极触媒

314：阴极触媒电极

315：阴极触媒

32：气体扩散层

33，33a-331：金属网

40，40′，40″：平面燃料电池组

41：串联金属网

411：弯折部

42：绝缘框架

42a  第一部份

42b：第二部份

421：凸出部

422：凹陷部

43a，43b：流道板

431a，431b：流道

44：防水胶

45：串联电极

50，60：平面燃料电池组

51，61：绝缘框架

511，61a-61e：串联电极

512：燃料通孔

52a，52b，62a，62b：支承部

521：开口

53，63：围封空间

54a，54b：串联金属网

55a-55d：金属网

64a-64d：间隔部

Claims (45)

1、一种燃料电池单体的制造方法，其特征在于包括下列步骤：提供一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极；将该阳极触媒电极与该阴极触媒电极结合于该质子交换膜的两侧，形成一膜电极组；提供二网状导体；将具有二次固化特性的一粘合胶转印至该网状导体表面；以及将该网状导体以热压方式固定于该膜电极组表面。

2、根据权利要求1所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述膜电极组表面另具有二多孔性导电材料。

3、根据权利要求2所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述多孔性导电材料由碳布或碳纸所构成。

4、根据权利要求1所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述网状导体由镍、钛、铜、铝材料或其合金所构成。

5、根据权利要求1所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述网状导体的表面镀有金、铂、铑或钌贵金属。

6、根据权利要求1所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述粘合胶由环氧树酯、聚氨酯或聚酰亚胺材料所构成。

7、根据权利要求6所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述粘合胶形成一固态膜状物，透过加热转印的方式附着于该网状导体表面。

8、根据权利要求7所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述固态膜状物中具有多个导电微粒，以增加导电度。

9、根据权利要求7所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述固态膜状物的厚度介于1-100微米之间。

10、根据权利要求7所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于转印固态膜状物的步骤中，操作温度介于25℃至100℃之间。

11、根据权利要求7所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于在热压该网状导体的步骤中，热压的温度介于100℃至250℃之间，热压的压力介于1Mpa至50Mpa之间。

12、一种燃料电池单体，其特征在于包括：一膜电极组，具有一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极，其中该阳极触媒电极与该阴极触媒电极分别设置于该质子交换膜的两侧；二网状导体，以具有二次固化特性的一粘合胶粘合固定于该膜电极组表面。

13、根据权利要求12所述的燃料电池单体，其特征在于该膜电极组另具有二多孔性导电材料，分别设置于该阳极触媒电极与该阴极触媒电极表面。

14、根据权利要求13所述的燃料电池单体，其特征在于上述多孔性导电材料由碳布或碳纸所构成。

15、根据权利要求12所述的燃料电池单体，其特征在于上述网状导体由镍、钛、铜、铝材料或其合金所构成。

16、根据权利要求12所述的燃料电池单体，其特征在于上述网状导体的表面镀有金、铂、铑或钌贵金属。

17、根据权利要求12所述的燃料电池单体，其特征在于上述粘合胶由环氧树酯、聚氨酯或聚酰亚胺材料所构成。

18、根据权利要求17所述的燃料电池单体，其特征在于上述粘合胶内含多个导电微粒，以增加导电度。

19、一种平面燃料电池组，其特征在于包括：一绝缘框架，具有多个开口；多个燃料电池单体，设置于该绝缘框架上，覆盖该开口，其特征在于该燃料电池单体均包括：一膜电极组，具有一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极，其中该阳极触媒电极与该阴极触媒电极分别设置于该质子交换膜的两侧；二网状导体，以具有二次固化特性的一粘合胶粘合固定于该膜电极组表面，其中相邻的燃料电池单体的网状导体相互电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

20、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于上述膜电极组还包括二多孔性导电材料，分别设置于该阳极触媒电极与该阴极触媒电极表面。

21、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于相邻的燃料电池单体的网状导体是以热压方式相互电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

22、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于该绝缘框架具有介于上述开口之间的多个间隔部，且该间隔部中埋设有多个串联电极。

23、根据权利要求22所述的平面燃料电池组，其特征在于相邻的燃料电池单体的网状导体分别与串联电极电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

24、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于其还包括：二流道板，以防水胶粘合于该绝缘框架上，其中该流道板具有多个流道，可导入该燃料电池单体反应所需的燃料。

25、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架由树酯强化纤维板所构成。

26、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架由陶瓷基板所构成。

27、根据权利要求19所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架具有一第一部份及一第二部份，该第一部份在上述开口周围具有多个凸出部，该第二部份在该开口周围具有与该凸出部相配合的多个凹陷部，藉以固定串联的网状导体。

28、一种平面燃料电池组，其特征在于包括：一绝缘框架，具有多个开口；多个燃料电池单体，设置于该绝缘框架上，覆盖该开口，并与该绝缘框架共同形成一围封空间，其中该燃料电池单体均包括：一膜电极组，具有一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极，其中该阳极触媒电极与该阴极触媒电极分别以热压方式设置于该质子交换膜的两侧；二网状导体，以具有二次固化特性的一粘合胶粘合固定于该膜电极组表面，其中相邻的该燃料电池单体的该网状导体相互电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

29、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述膜电极组还包括二多孔性导电材料，分别设置于该阳极触媒电极与该阴极触媒电极表面。

30、根据权利要求29所述的平面燃料电池组，其特征在于上述多孔性导电材料由碳布或碳纸所构成。

31、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述网状导体由镍、钛、铜、铝材料或其合金所构成。

32、根据权利要求2 8所述的平面燃料电池组，其特征在于上述网状导体的表面镀有金、铂、铑或钌贵金属。

33、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述粘合胶由环氧树酯、聚氨酯或聚酰亚胺材料所构成。

34、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述粘合胶内含多个导电微粒，以增加导电度。

35、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述燃料电池单体是以一防水胶固定于该绝缘框架上。

36、根据权利要求35所述的平面燃料电池组，其特征在于上述防水胶由具有二次固化特性的环氧树酯、聚氨酯或聚酰亚胺材料所构成。

37、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述燃料电池单体交替设置于该框架的外侧及内侧。

38、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架具有介于上述开口之间的多个间隔部，且该间隔部中埋设有多个串联电极。

39、根据权利要求38所述的平面燃料电池组，其特征在于相邻的燃料电池单体的网状导体分别与串联电极电性连接，以串联上一级燃料电池单体的阳极与下一级燃料电池单体的阴极。

40、根据权利要求39所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架具有多个燃料通孔，燃料电池的燃料可由该燃料通孔注入该围封空间。

41、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架由树酯强化纤维板所构成。

42、根据权利要求28所述的平面燃料电池组，其特征在于上述绝缘框架由陶瓷基板所构成。

43、一种燃料电池单体的制造方法，其特征在于包括下列步骤：提供一质子交换膜、一阳极触媒电极与一阴极触媒电极；将该阳极触媒电极与该阴极触媒电极结合于该质子交换膜的两侧，形成一膜电极组；提供二网状导体；提供一具有热固特性的粘合胶；将该热固化胶涂布于该网状导体表面并烘干；以及将该网状导体以热压方式固定于该膜电极组表面。

44、根据权利要求43所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于上述粘合胶由环氧树酯、聚氨酯或聚酰亚胺材料所构成。

45、根据权利要求43所述的燃料电池单体的制造方法，其特征在于烘干步骤的操作温度介于60℃至200℃之间。

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