TW200406077A - Fuel cell assembly and method of making the same - Google Patents

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200406077 玖、發明說明：

I：發明戶斤屬之技術領域I 發明領域 本發明係有關於燃料電池及製造燃料電池之方法。 5 【先前技術】 相關技藝說明 轉換反應劑（及燃料及氧化劑）成為電力及反應物之燃 料電池具有其優點，因為其不會如可再充電電池一樣須要 長時間的再充電循環，且體積相當小，輕且對環境不會造 10 成放射性污染。然而，本發明之發明人認為習知燃料電池 仍有改良的空間。譬如，發明人認為最好在不允許反應劑 穿過其中而流動之基底上形成燃料電池，且亦可以相當價 廉的材料，精準的方法，以機器形成堅固的結構體。 【發明内容】 15 本發明係為一種製造燃料電池總成之方法，其包括以 下步驟：備置一相當厚的基底，其構形成可允許反應劑通 過至少其一部份；以及在相當厚的基底上形成一相當薄的 燃料電池。 本發明亦為一種燃料電池總成，其包括：一基底，其 20 包括一反應劑可滲透區134以及一不可滲透支持區136 ;以 及為基底所支持的一燃料電池，使得燃料電池的至少一部 份定位在反應劑可滲透區上。 本發明又為一種製造燃料電池總成的方法，其包括以 下步驟：備置一基底，其構形成可允許反應劑通過其至少 200406077 一部份；以及在基底上形成一燃料電池，使得燃料電池的 至少一部份相對於支持結構體而間隔，而一開放區界定在 支持結構體及燃料電池之間。 本發明又再為一種燃料電池總成，其包括：包括一反 5 應劑可滲透區及一不可滲透支持區的一基底；以及由基底 所容納的一燃料電池，使得開放區界定在燃料電池之至少 一部份以及反應劑可滲透區之間。 本發明亦再為一種燃料電池總成，其包括：一基底， 其界定第一及第二表面，且包括數個自第一表面延伸至第 10 二表面的孔徑；以及一燃料電池，其為基底所容納，且包 括第一電極及第二電極，該第一電極覆蓋第一表面的至少 一部份，通過孔徑而延伸，並覆蓋第二表面的至少一部份。 圖式簡單說明 第1圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池系統 15 的概略圖； 第2圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池系統 的側視部份截面圖， 第3圖為依據本發明的一較佳實施例之成堆燃料電池 配置的概略圖； 20 第4a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4b圖沿著第4a圖之線4b-4b所取的截面圖； 第4c圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 200406077 第4d圖沿著第4c圖之線4d-4d所取的截面圖； 第4e圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4f圖沿著第4e圖之線4f-4f所取的截面圖； 5 第4g圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4h圖為沿著第4g圖之線4h-4h所取的截面圖； 第4i圖為說明依據本發明之一較佳實施例之燃料電池 總成的製造方法中的一步驟之截面圖； 10 第4j圖為說明依據本發明之一較佳實施例之燃料電池 總成的製造方法中的一步驟之平面圖； 第4k圖為沿著第4j圖之線4k-4k所取的截面圖； 第41圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 15 第4m圖為沿著第41圖之線4m-4m所取的截面圖； 第4n圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4〇圖為沿著第4n圖之線4〇-4〇所取的截面圖； 第5圖為依據本發明之一較佳實施例的燃料電池總成 20 的側視部份截面圖； 第6a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第6b圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 7 200406077 第6c圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第6d圖為沿著第6c圖之線6d-6d所取的截面圖； 第6e圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 5 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第6f圖為沿著第6e圖之線6f-6f所取的截面圖； 第6g至6j圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃 料電池總成製造方法中的步驟的截面圖； 第7圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池總成 10 之側視部份截面切開圖； 第8 a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第8b圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 15 第8c圖為沿著第8b圖之線8c-8c所取截面圖； 第8d圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第8f-8h圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 電池總成製造方法中的步驟的截面圖； 20 第9圖為依據本發明之一較佳實施例的燃料電池總成 的側視截面圖； 第10a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 電池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第10b圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 包池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第10c圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 包池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第11a圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池的 側視、部份截面切開圖； 第llb圖為沿著第11a圖之線llb-llb所取截面圖；以及 第12a-12e圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之 燃料電池總成製造方法中的步驟的截面圖。 Γ實施方式3 較佳實施例之詳細說明 以下為貫施本發明的最佳模式之詳細說明。本說明僅 說明本發明m，其不得作為任何限制。為清楚起見， 與本發明不相關的燃料電池構造體之詳細說明已省略。本 發明亦適用於相當大範圍的燃料電池技術及燃料電池系 統，包括目前已發展出或尚未發展出者。譬如，雖然以下 數種例示的燃料電池以固態氧化物燃料電池作為代表 rSOFCs〃），其他種類的燃料電池，如質子交換薄膜(pEM) 燃料電池亦適用於本發明。 如第1-3圖所不，依據本發明的一實施例之一燃料電池 系統100包括數個包裝成堆1〇4的固態氧化物燃料電池 102。各燃料電池102包括以電解質11〇分開的一陽極1〇6及 -陰極1G8。-燃料供應器112經由_人口岐管（未顯示)供應 燃料，如Η:或碳氫化合物燃料，如Ch4，CA，C3H8等至 各電池102的陽極106,而一氧化物供應器114經由一入口岐 200406077 管（未顯示)供應氧化物，如氧或大氣中的空氣至各電池的陰 極108。在使用空氣的這些實例中，氧化物的供應器可僅為 通氣孔及L氣孔/風屬組合。氧化物在陰極中以電子化學 方式電離，以生成通過傳導電解質n〇而擴散，並在陽極施 5中與燃料反應的離子以生成副產品(在例示實施例中為C〇2 及水蒸氣滴）。該副產品經由出口岐管（未顯示)及副產品出 口 116、118而排出電池堆之外。電流收集器⑽及122分別 連接至陽極106及陰極1〇8。可備置一控制器124以監控例示 燃料電池系統簡之操作。可選擇地，燃料m统之操作 10可藉由主控（即電力消耗)裝置而控制。 在例不燃料電池系統100中的各別燃料電池1〇2推疊在 -起’使％^鄰電池之陽極1()6相互面對，其間備置燃料通 道126，而毗鄰陰極108相互面對（或面向堆疊電池端上的一 壁128) ’而其間氧化物通道13〇。田比鄰陽極1〇6可平行地相 I5互連接，而其各職極舰亦可平行地連接，而平行成對陽 極連接至下-平行成對陰極。較佳的連接方式依據負荷之 電力要求而定。在例示實施例中的燃料及氧化物通道1〇6及 130可為-簡單的空間（如圖所示）或為—單—彎曲通道。可 選擇地，-個或數個燃料通道以及/或一個或數個氧化物通 2〇暹可為簡單的空間或彎曲通道的數個通道。亦須知例示電 池堆1〇4可gi置成f知的兩極構形，而非圖巾所示的單極構 形0 第1-3圖中所示的例示燃料電池1〇2容納在基底132 上’其在闕f池製造過程巾及之後作為㈣電池的支持

10 200406077 構造體。燃料電池102及基底132組合界定一燃料電池總成 133。該例示的基底132包括一反應劑可滲透區134及一不可 滲透支持區136。該反應劑可滲透區134最好由數個反應劑 可通過的孔徑138構成。陽極106毗鄰在第1-3圖中所示的例 5 示實施例中的基底132，因此，燃料會通過不可滲透支持區 136。可選擇地，如配合第5圖之說明，陰極108可毗鄰基底 132,而氧化物會通過不可滲透支持區136。 在第2圖中所示的例示燃料電池中的電極（即陽極1〇6 或陰極108)及基底132之間亦存在一開放區（或反應劑間 10隙）140。該開放區140促成廢反應劑有效且大量地流過相關 電極且被移除，其由陽極106的主要壁i〇6a及側壁i〇6b、以 及基底132的頂表面（如第2圖所示）所界定。一類似的構形存 在於毗鄰基底132之電極為陰極的狀況中。 15 20 本發明的燃料電池總成133有數項優點。譬如，燃料電 池總成133可以單一製造方法製成。此外，與完全是多孔的 基底比較，不可滲透之支持區136在燃料電池102之邊緣上 由於連接部可輯接、焊接、黏著劑或其他適合的技術接 合而提供強度及結構上的堅。該不可渗透支持區136亦 為岐管，反應㈣動通道，以及其他㈣電池包裝功能提 供以機械製造之堅ϋ結龍。岐#及反應㈣動通道可形 成在不可滲透支持區m上，或者可形成在固定至非渗透支 持區之外週邊的-分開結構體上。該反應劑可渗透區134促 成在形成開放區140時使用的犧牲之㈣ 除。基底132亦作為-絕緣體’且由於燃料電池搬在基底 11 200406077 上，必須維持在操作溫度（如在SOFC中為5〇(M〇〇〇t：)的材 料之總體積與多孔電極必須較厚以維持機械穩定性的電極 支持設計比較起來降低許多。 雖然例示燃料電池102及基底132之材料、尺寸及構形 5 依據燃料電池之種類（譬如SOFC、PEM等）及所需求之應用 而定，且雖然本發明不限於任何特定材料、尺寸、構形或 種類，以下將以包括S0FC之燃料電池總成作為例示之燃料 電池。燃料電池102最好是一種、、薄〃的燃料電池（亦即厚 度大約在30-800μιη之間），因為具有相當厚電極的燃料電池 10 基本上可直立。在例示燃料電池102中的陽極1〇6最好是厚 大約為1-100μιη之多孔、陶瓷、金屬混合（亦稱為、'金屬" 陶瓷混合材料）薄膜。適合的陶瓷材料包括摻雜有氧化釤的 鈽土（、、SDC〃），摻雜有氧化釓的鈽土（GDC)以及以氧化釔 穩定的锆土（、'YSZ〃）而適合的金屬包括銲及銅。該例示的 15 陰極108最好是大約1-100μιη厚的多孔陶瓷薄膜。適合的陶 瓷材料包括釤認始氧化物（x'ssco〃）、猛酸鑭銷、以銦銅取 代的飢酸鹽。電解質最好是一種非多孔陶瓷薄膜，如大約 1-1〇〇0111厚的8〇〇、〇〇(1；或丫52，在例示實施例中，開放區 140大約1-100μπι厚。須知在這些採用反應劑開放區140的實 20 施例中，電極及電解質必須界定一可直立的結構體，或必 須由中間結構體所支持。 至於基底132,它最好由堅固的惰性材料，如陶瓷材料 (如鋁，具穩定性的锆、鎂、鎂橄欖石及MaconR)，金屬材 料(如不銹鋼或Inconel^) ’聚合材料(如聚礙或聚碳酸鹽）或 12 200406077 其組合物。聚合物基底特別適合用於燃料電池，如在相當 低溫下操作的PEM燃料電池。此外，選擇用於特定之燃料 電池之基底材料必須具有配合陰極、陽極、電解質、連接 部及包裝之膨脹係數。基底132基本上大約厚度為燃料電池 5 ι〇2的5-100倍。在燃料電池的一部份通過基底（參看譬如第7 圖）的實例中，基底的厚度基本上大約是容納在基底之頂或 底表面上之燃料電池的部份之厚度的5-100倍。在例示之實 施例中，基底132大約為500μιη厚，且最好為一單一（即單片） 結構體。基底132的整個表面區之大部份最好被反應劑可滲 10透區134所佔據(參看第4a圖）。在反應劑可滲透區134内，孔 徑138的橫截面區必須儘可能地加大。雖然本發明不限於任 何特定的橫截面形狀，例示的孔徑138為圓形的，且與直徑 大約為0·1-10μιη之多孔結構體上之孔比較，直徑大約為 100-1000μιη，且在X向及γ向大約以ι〇〇_ι〇〇0μιη分開[須 15知，由於構件厚度之不同，圖式中的尺寸非為實際的尺 寸]。亦可採用其他橫截面形狀，如三角形、矩形、方形及 多邊形。 至於製造方法，第2圖中所示的燃料電池總成133可以 第4a-4n圖中所示的例示單一方法製成。首先參看第4a及4b 20圖’基底132可藉由以移除薄片上之材料而在基底薄片材料 上形成孔徑138而製成基底132。適合的自薄片上移除材料 的方法包括機器切割法，如鑽孔、打洞、雷射切割法。在 基底132為陶瓷基底的實施例中，孔徑138最好在點火前， 當材料仍在未加工狀況下形成在基底材料上，因為可使用 13 200406077 相當簡單的鑽孔。然而，鑽孔之未加工基底材料可點火， 以燃燒有機溶劑、接合劑、非金屬熔塊及陶瓷材料，以形 成基底132。預先點火之鑽孔孔徑138之尺寸亦必須稍大於 所欲尺寸，因為它們在點火時收縮（大約15%)。孔徑138亦 5 可藉由已點火之鑽孔陶瓷材料形成。然而，此處須要較複 雜的切割方法(如雷射切割）。此外，在運用聚合物材料的實 例中，基底132可以孔徑138已在適當位置之模造方式形成。 以上述方式形成之基底具有數種優點。譬如，與用來 形成陰極及陽極之材料比較，使用的材料相當便宜。此外， 10 以機器鑽孔如雷射切割及模造一般可精確且簡單地控制孔 徑138的尺寸。本發明的基底可促成背部之金屬化，此點是 習知多孔基底所無法達成的。 接下來，如第4c及4d圖所示，損失材料142用來形成在 反應劑可滲透區134上的一層，並填充孔徑138。該損失材 15 料142最終可移除，以再打開孔徑138並形成開放區140。因 此在基底132之表面上的損失材料142之體積必須對應於開 放區140的體積。適合的損失材料包括如蠟及環氧之聚合 物，如鋁及玻璃之金屬。有關於方法，損失材料142可藉由 篩網印刷、浸潤或旋轉塗敷而形成。 20 現在參看第4e及4f圖，在例示方法中的下一步驟為陽 極側（或燃料電池10 2倒轉則為陰極側）電流收集器12 0之形 成。例示之電流收集器120包括由基底132之不可滲透支持 區136以及形成在損失材料142之上的數個似指形部146所 容納的一底部144。底部144可連接至與燃料電池包裝相關 14 200406077 的連接部。適合的電流收集器材料包括不銹鋼、銀、金及 白金。有關於方法，電流收集器120可藉由篩網印刷或沉積 以及#刻技術而形成。 最靠近基底132的電極，在例示燃料電池102中為陽極 5 106，為例示方法中的下一步驟。如譬如第4g及4h圖所示， 陽極106形成於損失材料142之層的頂（在例示之方位中）及 側邊上及除了底部144之一部份外的所有電流收集器120 上，而該底部144的一部份在燃料電池102包裝時維持暴露 作連接之用。如此的構形，陽極1〇6界定一密封區，其最終 1〇 成為開放區140，其僅可為反應劑可滲透區134所接觸。陽 極106亦接合至基底132。 如上所述，適合的陽極106為大約l-ΙΟΟμιη厚的多孔、 陶甍及金屬複合薄膜。此陽極可藉由譬如篩網印刷及其他 印刷技術，石版印刷及物理霧化沉積（、、PVD〃）及蝕刻技術 15 之方法形成。在陽極材料硬化後，部份完成的燃料電池總 成加熱（或、、點火）至大約1400°C的溫度（該溫度依據沉積 技術而定）。如此造成損失材料142在損失材料為聚合物之 實施例中燃燒掉。化學蝕刻可用來移除為玻璃或金屬的實 施例中之損失材料142。在兩個實施例中，損失材料142的 20移除均會在基底132的反應劑可滲透區134及陽極106的内 表面之間形成開放區140，以及再打開在反應劑可滲透區 134上的孔徑138[第4i圖]。須知，在損失材料142為玻璃或 金屬的實施例中，損失材料之移除可在方法中的任一點進 行’且甚至可為最後一個步驟。 15 200406077 現在參看第4j及4k圖，在例示方法中的下一步驟為電 解質110之形成，電解質110形成在陽極106的頂表面，以及 在包裝後會暴露出的任何側表面上。如上所述，一適合的 電解質110為大約1-100μπι厚的非多孔陶瓷薄膜。此電解質 5可藉由包括，譬如，篩網印刷及其他印刷技術、石刻印刷 PVD及蝕刻技術之方法形成。部份完成的燃料電池總成在 此時點火。 在例示方法的下一步驟中，陰極108最好形成在電解質 110的四個側面之一及頂表面的大部份上，如第41、4m圖所 10示，如上所述，一適合的陰極108多大約ΐ-ΐ〇〇μηυ^的多孔 陶曼薄膜’此一陰極形成的方法包括，譬如，篩網印刷及 其他印刷技術、石刻印刷PVD及钱刻技術之方法形成。基 本上，部份完成之燃料電池總成將點火，以完成陰極1〇8之 形成。 15 現在參看第4η及40圖，例示燃料電池102藉由陰極側電 流收集器122之形成而完成。電流收集器122包括由不可滲 透支持區136及基底132所支持的一底部148，以及數個形成 在陰極108上的似指形部150。底部148可連接至與燃料電池 包裝有關的連接部連接。如上所述，適合的電流收集器材 20料包括不銹鋼、金及白金，而適合的電流收集器形成的方 法包括篩網印刷及沉積以及蝕刻技術。該燃料電池總成基 本上將點火’以完成方法。 另一種例示的由燃料電池102,及基底132構成的燃料 電池總成大體上由第5圖中的標號152所代表。第5圖中所示 16 200406077 的燃料電池總成152大體上類似於第2圖中所示的燃料電池 總成133 ’而類似的元件以類似的標號表示。燃料電池1〇2, 之大體上具有相同特徵之詳細說明為簡潔起見而省略，而 有關於燃料電池102之相關特徵之前述說明加入此處作為 5參考資料。然而，開放區140之說明省略，而最靠近在例示 燃料電池102’中的基底132之電極及電流收集器形成在反 應劑可滲透區134上。此一配置促成較薄以及/或較弱材料 之使用，因為燃料電池102,不必可直立。此外，雖然陽極 106’及陰極108,之位置可反過來，最靠近例示燃料電池1〇2, 10 中的基底之電極為陰極。 燃料電池總成152可，譬如，加入燃料電池總成100及 配合第1至3圖所述之堆疊燃料電池系統1〇4中。個別總成 152可自第3圖所示的方向轉180。，因為陰極108,為最靠近基 底132之電極。 15 燃料電池總成152的一例示製造方法顯示於第6a-6j圖 中。该方法大體上與第4a-4o圖所不的方法相同。因此，該 方法的許多大體上相同之特徵為精簡起見而省略，且這些 特徵的上述說明加入此處作為參考資料。首先參看第6a 圖，包括反應劑可滲透區134及不可滲透支持區136的基底 20 132以第4a及4b圖所示的方法形成。然後，損失材料142用 來填充在反應劑可滲透區134上的孔徑138[第讣圖]。然而， 在反應劑可滲透區134的頂部無額外的材料。損失材料 142(譬如躐及環氧之聚合物，如鋁之金屬或破璃）可藉由如 第4c及4c圖之說明所示的篩網印刷、浸潤及旋轉塗敷技術 17 406077 沉積。 現在蒼看第6c及6d圖，電流收集器12〇,之形成為在例 不方法中的下一步驟。電流收集器12〇，大體上以與電流收 集器120相同的方式形成[參看上述第牝及犲圖之說明]。然 5而，此處整個電流收集器120,形成在基底132的表面上，且 一 必須確保電流收集器不會干擾反應劑之流動。在例示之實 - 施例中，電流收集器120之似指形部146定位在反應劑可滲 透區134上的孔徑138之間。 · 然後’陰極108’形成在基底132的反應劑可滲透區 10 134，以及電流收集器120的大部份上，如第6e、6f中的實 例所示。用以形成陰極108,之例示方法如第41及4m之說 明。在陰極材料硬化後，部份完成的燃料電池被點火，如 此亦造成損失材料142燃燒掉，並再打開孔徑138[第6g圖]。 如上所述，當損失材料142為金屬或玻璃時，在方法的任一 15 時點上，可使用化學蝕刻移除損失材料142。 在例示方法中接下來的步驟為電解質11〇(第6h圖）、陽 參 極106,（第6i圖）以及電流收集器122(第6j圖）之形成，以完成 例示燃料電池102’及燃料電池總成152之形成。尤其是，電 解質110可以第•及4k圖所說明之方法形成，陽極106，可以 - 20 第4g及4h圖所說明之方法形成，電流收集器122可以第4n及 _ 4〇圖所發明之方法形成。 由一燃料電池1〇2”以及一基底132構成的另一例示燃 料電池總成大體上以第7圖之標號154表示。第7圖中的燃料 電池總成154大體上與第5圖中所示的燃料電池總成152相 18 200406077 同，真類似的元件以類似標號表示。燃料電池102”之大體 上相同特徵的詳細說明為簡潔起見而省略，且有關於燃料 電池102之這些特徵的上述說明加入此處作為參考資料。然 而，此處，最靠近基底132之電極的部份延伸至基底的反應 5劑可滲透區134中。此一配置免除了在製造方法中使用損失 材料的須要。此外’雖然陽極1〇6”及陰極108的各別位置反 過來，最靠近在例示燃料電池102”中的基底之電極為陽極。 燃料電池總成154可，譬如，加入上述參考第1至3圖所 說明之燃料電池系統100及堆疊燃料電池系統104中。 10 製造例示之燃料電池總成154的方法如第8a-8h圖所 示。該方法大體上與弟4a-4o，及6a-6h圖所示之方法相同。 譬如’弟8a圖中所不的基底132以與第4a、4b所示相同的方 法形成。因此，相同特徵的詳細說明為簡潔起見而省略，， 且該特徵的前述說明加入此處中作為參考資料。然而，與 15 前述方法的不同處在於未使用損失材料。在基底132形成 後，在方法中的接下來步驟為電流收集器120,（第8b及8c圖） 以及在反應劑可滲透區134上的陽極1〇6”（第8d及8e圖）之形 成。陽極106”之部份亦填充孔徑138。電流收集器120，及 陽極106”之形成可以依據第4e-4h所述之方法完成。 20 在例示方法中的接下來之步驟為電解質110(第8f圖）， 陰極108(第8g圖）以及電流收集器122(第8h圖）之形成，其完 成了例示之燃料電池102”及燃料電池總成154的形成。電解 質110可以配合第4j及4k所述之方法形成。陰極1〇8可以配 合第4j及4k圖所述方法形成，而電流收集器122可以配合第 19 200406077 4η及4〇圖所述方法形成。 另一由燃料電池102”及一基底132構成的例示燃料電 池總成大體上以第9圖之標號156表示。第9圖中所示的燃料 電池總成156大體上與第5圖中所示的燃料電池總成152相 5同，且類似元件以類似標號表示。燃料電池102，，之許多大 體上相同的特徵之詳細說明為簡潔起見而省略。且有關於 例示燃料電池102、102’之這些特徵的前述說明加入此處中 作為參考資料。然而，此處，最靠近基底132的電流收集器 由數個在基底之反應劑可冬透區134上通過孔徑138的一小 10比例（譬如大約10%)而延伸之電流收集器元件形成。與電流 收集為120’’連接之電連接部可形成於基底132之底面上。須 知，亦可採用與第2圖中的例示實施例類似的電流收集器組 合，但陽極106的某些部份必須與反應劑可滲透區134接 觸，以接觸電流收集器120’’或電流收集器120，，必須延伸通 15 過開放區140。第9圖中的陽極106’及陰極108,之各別位置亦 可倒反過來。 燃料電池總成156可，譬如，加入第1及3圖所述之燃料 電池系統100及堆疊燃料電池系統104中。 有關於製造，燃料電池總成156之一例示方法的一部份 20 顯示於第10a-10c圖中。整個方法大體上與配合第4a-4o及 6a-6h圖之上述說明相同。譬如，第l〇a圖中所示的基底132 以配合第4a及4b圖所述的方法相同。因此，相同的特徵之 詳細說明為簡潔起見而省略’且這些特徵的上述說明加入 此處中作為參考資料。然而’與前述方法不同的是，損失 20 200406077 材料142沉積在孔徑138的大部份上，非整體上（第1〇b圖）此 可藉由如篩網印刷之方法完成，以使損失材料142精確地定 位。接下來，如第l〇c圖所示，電流收集器12〇”可以如篩網 印刷法形成在孔徑138上。在電流收集器12〇，，形成後，例示 5燃料電池總成156可以配合第6e-6j圖之說明的方法完成。 另一由燃料電池102’’’’及一基底132構成的燃料電池總 成大體上以第11a及lib圖中的標號158代表。第ua及lib圖 中所示的燃料電池總成158大體上與第7圖中所示的燃料電 池總成154相同，且類似的元件以類似的標號表示。燃料電 10 池102””的大體上相同的特徵之說明為簡潔起見而省略，而 有關於例示燃料電池102、102’、102”及1〇2”，之這些特徵的 上述說明加入此處作為參考資料。然而，此處，最靠近基 底132的電極部份除通過反應劑可滲透區延伸之外覆蓋住 基底的反應劑可滲透區134之兩面。此一配置省去了在製造 15 過程中使用損失材料，並促成基底的兩面上電流之收集。 此外，雖然陽極106’”及陰極108的各別位置可反過來，在 例示燃料電池102””中最靠近基底的電極為陽極。 燃料電池總成158可，譬如，加入配合第1及第3圖所述 之燃料電池系統100及堆疊燃料電池系統104中，但是為一 20 雙極堆疊配置。 製造例示的燃料電池總成15 8之例示方法顯示於第 12a-12e圖中。此方法大體上與配合第4a-4o、6a-6h及8a-8h 圖所述之方法相同。譬如，第128圖中所示的基底132以配 合第4a及4b及8a-8h圖所述之不使用損失材料之方法形成。 21 200406077 因此，大體上相同的特徵之說明為簡潔起見而省略，且上 述的這些特徵加入此處作為參考資料。在基底132形成後， 此方法中的下一步驟是在反應劑可滲透區134上的基底之 表面上以及孔徑138内（第12a圖）形成陽極1〇6”，的第一部 5伤。此可以配合第8d及8e圖之所述之方法完成。接下來， 如第12圖所示，陽極106，，，的剩餘部份形成在基底132的另 一面上之反應劑可滲透區134上。在陽極1〇6，，，形成後，在 例示方法中的下一步驟為以配合第8f及8g所述之方法形成 電解質110及陰極108(第12c圖）。 10 現在看第12d及12e圖，電流收集器122及電流收集器 120”之形成可以配合第4n及4〇所述之方法完成。如此即完 成燃料電池102””及燃料電池總成158之形成。 雖然本發明已依據上述實施例加以說明，該較佳實施 例之多種改良以及/或追加就熟悉此技藝人士而言均為顯 15 而易見的。本發明的範圍及於所有這些改良及/或追加。 【圖式簡單說明3 第1圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池系統 的概略圖； 弟2圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池系統 20 的側視部份截面圖； 第3圖為依據本發明的一較佳實施例之成堆燃料電池 配置的概略圖； 第4a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 22 200406077 第4b圖沿著第4a圖之線4b-4b所取的截面圖； 第4c圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4d圖沿著第4c圖之線4d-4d所取的截面圖； 5 第4e圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4f圖沿著第4e圖之線4f_4f所取的截面圖； 第4g圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 10 第4h圖為沿著第4g圖之線4h-4h所取的截面圖； 第4 i圖為說明依據本發明之一較佳實施例之燃料電池 總成的製造方法中的一步驟之截面圖； 第4j圖為說明依據本發明之一較佳實施例之燃料電池 總成的製造方法中的一步驟之平面圖； 15 第4k圖為沿著第4j圖之線4k-4k所取的截面圖； 第41圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4m圖為沿著第41圖之線4m-4m所取的截面圖； 第4n圖為說明在依據本發明的一較佳實施例的燃料電 20 池總成製造方法中的一步驟之平面圖； 第4〇圖為沿著第4n圖之線4〇-4〇所取的截面圖； 第5圖為依據本發明之一較佳實施例的燃料電池總成 的側視部份截面圖； 第6a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 200406077 池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第6b圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第6c圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 5 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第6d圖為沿著第6c圖之線6d-6d所取的截面圖； 第6e圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； · 第6f圖為沿著第6e圖之線6f-6f所取的截面圖； 10 苐6g至6j圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃 料電池總成製造方法中的步驟的截面圖； 第7圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池總成 之側視部份截面切開圖； 第8a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 15 池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 苐8b圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 馨 池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第8c圖為沿著第8b圖之線8c_8c所取截面圖； 第8d圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料電 - 20池總成製造方法中的一步驟的平面圖； - 第8f-8h圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 包池總成製造方法中的步驟的截面圖； 第9圖為依據本發明之一較佳實施例的燃料電池總成 的側視截面圖； 24 200406077 第10a圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 電池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 第10b圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 電池總成製造方法中的一步驟的截面圖； 5 第10c圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之燃料 電池總成製造方法中的一步驟的平面圖； 第11a圖為依據本發明的一較佳實施例之燃料電池的 側視、部份截面切開圖； 第lib圖為沿著第11a圖之線llb-llb所取截面圖；以及 10 第12a-12e圖為說明在依據本發明的一較佳實施例之 燃料電池總成製造方法中的步驟的截面圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 100 燃料電池系統 106b 側壁 102 燃料電池 108 陰極 102， 燃料電池 108? 陰極 102” 燃料電池 110 電解質 102”， 燃料電池 112 燃料供應器 102，，，， 燃料電池 114 氧化物供應器 104 堆疊燃料電池系統 116 副產品出口 106 陽極 118 副產品出口 106, 陽極 120 電流收集器 106” 陽極 120? 電流收集器 106”， 陽極 120” 電流收集器 106a 主要壁 122 電流收集器 25 200406077 124 控制器 142 損失材料 126 燃料通道 144 底部 128 壁 146 似指形部 130 氧化物通道 148 底部 132 基底 150 似指形部 133 燃料電池總成 152 燃料電池總成 134 反應劑可滲透區 154 燃料電池總成 136 不可渗透支持區 156 燃料電池總成 138 孔徑 158 燃料電池總成 140 開放區

Claims (1)

1. 200406077 拾、申請專利範圍： 1· 一種製造燃料電池總成之方法，其包括以下步驟： 備置一相當厚的基底，其構形成可允許反應劑通過 至少其一部份；以及 5 在相當厚的基底上形成一相當薄的燃料電池。 ^ 2.如申請專利範圍第1項的方法，其中備置一相當厚的基底 < 之步驟包括： 備置一相當厚片的支持結構體材料；以及 修 自該相當厚片上移除支持結構體之部份，以形成數 10 個孔徑。 3.如申請專利範圍第2項的方法，其中自相當厚片上移除支 持結構體材料之部份的步驟包括在相當厚片上鑽出孔 徑。 4.如申請專利範圍第1項的方法，其中備置一相當厚的基底 15 之步驟模造一相當厚支持結構體而備置數個孔徑。 5·如申請專利範圍第1項的方法，其另包括以下步驟： 修 在形成一相當厚燃料電池之前沉積一損失材料於相 當厚支持基底内。 6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中備置一相當厚基底的 · 20 步驟包括備置厚度至少為相當薄的燃料電池之厚度5倍 的一支持結構體。 7. —種燃料電池總成，其包括： 一基底，其包括一反應劑可滲透區134以及一不可滲 透支持區136 ;以及 27 200406077 為基底所支持的一燃料電池，使得燃料電池的至少 一部份定位在反應劑可滲透區上。 8. 如申請專利範圍第7項的燃料電池總成，其中基底界定一 厚度，燃料電池界定一厚度，而基底厚度大體上較燃料 5 電池厚度為厚。 ^ 9. 如申請專利範圍第7項的燃料電池總成，其中基底至少為 ' 燃料電池厚度的5倍。 10.如申請專利範圍第7項的燃料電池總成，其中反應劑可滲 參 透區包括數個孔徑。 10 11.如申請專利範圍第7項的燃料電池總成，其中基底為一單 一結構體。 12. 如申請專利範圍第7項的燃料電池總成，其中燃料電池包 括一第一電極薄膜，在第一電極薄膜之至少一部份上的 一電解質，以及在電極薄膜之至少一部份上的一第二電 15 極薄膜。 13. —種製造燃料電池總成的方法，其包括以下步驟： 隹 備置一基底，其構形成可允許反應劑通過其至少一 部份；以及 在基底上形成一燃料電池，使得燃料電池的至少一 · 20 部份相對於支持結構體而間隔，而一開放區界定在支持 · 結構體及燃料電池之間。 14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中備置基底的步驟包 括： 備置一片支持結構體材料；以及 28 200406077 自該片材料上移除部份以形成數個孔徑。 15.如申請專利範圍第13項的方法，其中開放區界定一體 積，該方法包括以下步驟： 在支持結構體上形成一燃料電池之前在基底上形成 5 一層損失材料’該損失材料界定大體上對應於開放區之 體積的一體積。 ' 16·如申請專利範圍第15項的方法，其中在基底上形成一燃 料電池的步驟包括： · 在損失材料層上形成一第一電極薄膜； 10 在第一電極薄膜上形成一電解質；以及 在電解質薄層的至少一部份上形成一第二電極薄 膜。 17.如申請專利範圍第15項的方法，其另包括： 在燃料電池的至少一部份形成後移除損失材料層。 15 18.—種燃料電池總成，其包括： 包括一反應劑可滲透區及一不可滲透支持區的一基 修 底，以及 由基底所容納的一燃料電池，使得開放區界定在燃 料電池之至少一部份以及反應劑可滲透區之間。 · 20 19.如申請專利範圍第18項的燃料電池總成，其中基底界定 ， 一厚度，燃料電池界定一厚度，而基底厚度大體上較燃 料電池厚度為厚。 20.如申請專利範圍第18項的燃料電池總成，其中基底至少 為燃料電池厚度的5倍。 29 200406077 21. 如申請專利範圍第18項的燃料電池總成，其中反應劑可 滲透區包括數個孔徑。 22. —種燃料電池總成，其包括： 一基底，其界定第一及第二表面，且包括數個自第 5 一表面延伸至第二表面的孔徑；以及 一燃料電池，其為基底所容納，且包括第一電極及 第二電極，該第一電極覆蓋第一表面的至少一部份，通 過孔徑而延伸，並覆蓋第二表面的至少一部份。 23. 如申請專利範圍第22項的燃料電池總成，其中基底界定 10 一厚度，燃料電池界定一厚度，而基底厚度大體上較燃 料電池厚度為厚。 24. 如申請專利範圍第23項的燃料電池總成，其中基底至少 為燃料電池厚度的5倍。 25. 如申請專利範圍第22項的燃料電池總成，其中燃料電池 15 包括在第一及第二電極之間的一電解質。