TW201201437A - Fuel cell module with sealing structure - Google Patents
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201201437 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種邊緣封裝燃料電池模組，特別是 有關於一種可有效防止燃料洩漏之邊緣封裝燃料電池模 組。 【先前技術】 燃料電池（Fuel Cell)是一種利用曱醇或氫氣等燃料和 氧氣進行氧化還原反應來產生電力的裝置。為了使燃料電 池產生電化學反應（或氧化還原反應），燃料及氧氣必須分 別經由適當之通道進入燃料電池之中。舉例來說，以氫氣 (H2)做為燃料之燃料電池而言，氫氣(H2)及氧氣會分別經由 陽極氣體擴散層及陰極氣體擴散層被輸送至膜電極組之陽 極反應侧（或陽極觸媒層）及陰極反應側（或陰極觸媒層）來 進行氧化還原反應，以產生電力輸出。在此，陽極反應側 及陰極反應側之氧化還原反應是分別如下所示： 陽極反應側：H2 — 2H++2e_ 陰極反應側：l/202+2H++2e_ — H20 如上所述，倘若陽極反應側之氫氣(Η 2)以及陰極反應侧 之氧氣泡漏至燃料電池之外部或陽極反應側之氫氣（Η2)以 及陰極反應側之氧氣彼此洩漏混合，則可能會導致燃料電 池之效能變差或甚至發生爆炸等危險情形。因此，為了確 保陽極反應側之鼠氣（Η:)以及陰極反應侧之氧氣不會'/¾漏 9024-A51909-TW 4 201201437 以及不會彼此_混合，邊緣封裝元件 破廣泛地應用於燃料電池之中。 件 力及ΐ:強==電池模組之邊緣封裝元件具有點著 至燃料電池…:=容易導致燃料及氧氣_ 卜相及發生彼此洩漏混合的現象。 【發明内容】 述之ΤΓί本上採用如下所詳述之特徵以為了要解決上 是說，本發明包括-膜電極組，具有-i 交換膜^ &極觸媒層及一陰極觸媒層’其中，該質子 又換㈣位於該陽極觸媒層與 氣體擴散層；—陰極氣 之間，i極 連接於节膜兩搞/ : 陽極邊緣封裝元件， 間.以及、二：： 觸媒層與該陽極氣體擴散層之 二緣封裝元件，連接於該膜電極組之該陰 木觸媒層矣該陰極氣體擴散層 緣與該陽極邊緣封裝元件互她著。且於謂滅组外 同時，根據本發明之邊緣封裝燃料電池模組， 邊緣封裝元件及节吟搞.嘉餘&壯 每極 午及如極邊緣封裝元件分別具有一基材層及 兩‘者層，該基材層係成型於該等黏 件係藉由該等黏著層連接於該膜電極組= 件散層之間’以及該陰極邊緣封裝元 叶你猎由孩寸黏者層連接於該带 該陰極氣體擴散層之間。包之該陰極觸媒層與 又在本發明中，該基材層可由一纖維材料或薄膜所製
9024-A51909-TW 201201437 成。 尼龍布、聚 =本料巾，該_材料包括破纖布、 酉曰布攻兄維拉纖維紙。 2本發明中，該薄膜包括—聚醋m碳酸l 固性材料所製成。 …心由-熱塑性材料或-熱 :在:發明中，該熱塑性材料包括改性聚賴 虱乙烯、含氟熱塑性彈性體、芳香 ^ r^工回分子聚合物、改性 聚乙烯、改性聚丙烯、聚乙稀、 芳香族聚烯胺。 丙埽、熱塑性彈性體或 Ζ树明中，該_性材料包括環氧樹脂切樹脂。 《、發月之上述目的、特徵和優點能更明顯 文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明，。， 【實施方式】 兹配合圖式說明本發明之較佳實施例。 主要施例之邊緣封裝燃料電池模組_ 匕铦有-膜包極紐110、一陽極 極氣體擴散層no、一陽極邊緣封#。B °'~fe 緣封裝元件150。 ％極邊緣封裝讀刚及一陰極邊 膜電極組no具有一質子交換膜⑴、 in及一陰極觸媒層丨 某層 .110 ^ 又換馭111是位於陽極觸媒 曰〜、_觸媒層n3之間。在此，邊緣封裝燃料電池
9024-A51909-TW 201201437 模組100之氧化與還原反應乃是分 陰極觸媒@ 113處進行，而質子則是經:t觸媒層與 從陽極觸媒層112傳遞至陰極觸媒層113 '卞交換膜111 陽極氣體擴散層120及陰極氣體擴 來輸运燃料與氧氣至陽極觸媒層112及降S I30是分別用 並且陽Μ體擴散層120及陰極氣_觸媒層113， 導氧化還原反應所產生之電流。 ]3Q可用來傳
两®逯緣封裝元件140是連接於膜電 觸媒層U2與陽極氣體擴散層12〇之間。玉組U〇之陽極 陰極邊緣封裝元件150是連接於膜電 觸媒層113與陰極氣體擴散層130之間。=組之陰極 電極組11〇之外緣處，陰極邊緣封裝元、別的疋，於膜 邊緣封I元件14〇。 15”合於陽極 在本實施例之中，陽極邊緣封裝元件] 44驻-Μ 0及陰極邊緣 封件15〇乃是具有完全相同的構造，並 1 t r-3 /、刀別具有 一基材層161及兩黏著層162。基材層16] θ —β ", 疋成型於兩黏 者層162之間，並且基材層161可具有適當的支撐強产以 及可撓性。在此，基材層161可以由一纖維材料^薄 製成。舉例來說，該纖維材料可以包括玻纖W(fiber glass cloth)、尼龍布（nylon doth)、聚酯布（polyester cloth)或克維 拉纖維紙(Kevlar paper)。此外，基材層161也可以由一聚 酷膜（polyester film)或一聚石炭酸酷膜（polycarbonate film)所 構成。另外，黏著層162可以由一熱塑性材料或一熱固性 9024-A51909-TW 7 201201437 材料所製成。舉例來說’該熱塑性材料包括改性聚酯膜、 聚偏氣乙烤（PVDF)、含氣熱塑性彈性體（thermoplastic fluoroelastomers)、芳香烴高分子聚合物（ar〇inatic condensation polymers)、改性聚乙烯（modified polyethylene)、改性聚丙烯（modified p〇iypr〇pylene)、聚乙 烯（polyethylene)、聚丙烯、熱塑性彈性體（thermoplastic elastomers)或芳香族聚烯胺（aromatic p〇lyamides)，而該熱 固性材料包括環氧樹脂（epoxy resin)或矽樹脂⑻lic〇ne)。 此外，本實施例之陽極邊緣封裝元件140或陰極邊緣 封裝元件150可以由下列幾種方法所製造。 “ §百參閱第2圖，與基材層161之成份相同的一基材層 捲狀材料161，以及與黏著層162之成份相同的兩黏著層捲 狀材料！62,可以經由一上熱壓滾輪m肖一下熱壓滾輪 172之加熱加壓滚製而㈣陽極邊緣封裝it件14G或陰極 =緣封裝το件15G。在此，黏著層162必須被施加適當的 =與壓力才能具有黏著性，因而才能與基材層⑹結合 ϋ後’陽極邊緣封裝細14Q或陰極邊緣封裝元 由—捲收轴180之轉動而被收集起來。最後， 極邊緣封裝元件140或陰極邊緣封装元件 組100 1、ΐ。適當的裁切而被應用於邊緣封裝燃料電池模 ⑽’基材層捲狀材料161，以及兩捲狀材料
9024-A51909-TW 貼合f成）可二-&材料162’與離型膜捲狀材料191，先預 、 !由上熱壓滾輪17〗與下熱壓滾輪172之加 201201437 熱加屡滾製而形成含有兩離型膜(backing sheet) 191之-陽 極邊緣封裝元件14〇，或一陰極邊緣封裝元件i5〇，。在此， =者層捲：材料】62，是與離型膜捲狀材料19]，預先貼合在 一起I值得注意的是，離型膜捲狀材料19〗，或離型膜191 主、&用來維持黏著層捲狀材料162，或黏著層162在貼人 ㈣:也，黏著層162必須被施加適當的： 月匕具有黏著性’因而才能與基材層161結合成 Γ5二陽極邊緣封裝W或陰極邊緣封裝元件 猎由捲收軸180之轉動而被收集起來。，去 被收集起來之陽炻、真終名壯_ '、交田 件或陰極邊緣封裝元件 即可开其上之離型膜191撕除掉，因而 ⑼:成广極邊緣封裝元件刚錄極邊緣封裝元件 取後’陽極邊緣封裝元件14Q或陰極邊緣封裝元件 电⑽=由^的裁切而被應用於邊緣封裝燃料電池模 、'，二之中。此外，離型膜191可以是_PET膜的形式。 言月麥閱第4圖，一基材層161、兩 膜191可lv ® μ 百尽及兩離型 Π 置於一上壓合治具201與一下壓合治 内，經加熱壓合而結合在一起。同樣地f之 162之外編穩——私 I維持黏者層 成陽福^ 191可以被撕除掉，因而即可米 成㈡極邊緣封裝元件14〇或陰極邊緣封裝元件⑽。形 另外’本f施例之邊緣封裝燃料電 下列之方法所製造。 …00可以由
9024-A51909-TW Η。、一阶二:族電極組11。、1極邊緣封裝元件 〜琢縣元件15Q—陽極氣體擴散層120 9 201201437 一陰極氣體擴散層130、兩離型膜191a、兩第—離型紙192 及複數個第二離型紙193依第5圖所示之順序置於；一上疊 板治具301與一下疊板治具3〇2内。在此，第—離型紙 及第二離型紙193乃是用來克服上疊板治具3G1與下疊板 治具302之公差，以及離型膜191a可用來促進第一離=紙 192與（陽極邊緣封裝元件14〇及陰極邊緣封裝元件bo之） ，著層162之間的剝離。然後，含有上疊板治具如與下 璧板治具302之上述半成品是被置入一熱㈣（未顯示）中 進熱壓合。將著’在熱壓合完成後，移除上疊板治具則、 下疊板治具302、第一離型紙192、第二離型紙193及離型 膜191 &’即可完成本實施例之邊緣封裝燃料電池模組100。 曰如上所述，在本實施例之中，陽極邊緣封農元件⑽ 疋藉由，、兩黏著層162連接(黏著)於膜電極组丄^ 〇之 觸媒層112與陽極氣體擴散層⑽之間，以及陰極邊緣封 裝兀件15G亦是藉由其兩黏著層162連接(黏著)於 組no之陰極觸媒層113與陰極氣體擴散層13Q之間。同 陽極邊緣封裝元件_及陰極邊緣封裝树15 在膜電極組m外緣處還貼合在—起，以及陽極邊緣封裝 凡件140及陰極邊緣封裝元件⑼中之基材㉟⑹又可 度’因此，即使當邊緣封裝燃料電池模組 的放電使用後，其陽極邊緣封裝元件刚 u邊緣封裝凡件150亦不會因為黏著力或支樓強度 不足而攸膜兒極組110與陽極氣體擴散層12〇之 ： 或從膜電極組⑴與―層130之間絲因及而
9024-A51909-TW 201201437 可以確保邊緣封裝燃料電池模組1〇〇之氣密性，進而可以 有效避免陽極反應側（或陽極觸媒層】12)之燃料以好、極 反應側（或陰極觸媒層⑴)之氧线漏至邊緣封裝姆料電 ，模之外部以及彼料漏混合。再者，陽極邊緣封 裝兀件14G及陰極祕封裝㈣15(^有 =、陽極氣體擴制⑽及陰減體彳_13G加以固 二：而可避免複數個邊緣封裝燃料電池模組⑽組裝成 i扣池堆時發生組裝對位不良的情形。 雖然本發明已以較佳實施例揭 限定本發明，任何孰習 上…'其亚非用以 項技蝥者，在不脫離本發明之替 :’:乾圍内’當可作些許之更動 ： 纽圍當視後附之中請專·圍所界定者為準之保
9024-A51909-TW 201201437 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明之邊緣封裝燃料電池模組之剖面 不意圖， 第2圖係顯示本發明之邊緣封裝燃料電池模組之陽極 邊緣封裝元件或陰極邊緣封裝元件之一種製造方式示意 圖； 第3圖係顯示本發明之邊緣封裝燃料電池模組之陽極 邊緣封裝元件或陰極邊緣封裝元件之另一種製造方式示意 圖； 第4圖係顯示本發明之邊緣封裝燃料電池模組之陽極 邊緣封裝元件或陰極邊緣封裝元件之再一種製造方式示意 圖；以及 第5圖係顯示本發明之邊緣封裝燃料電池模組之製造 方式示意圖。 【主要元件符號說明】 100〜邊緣封裝燃料電池模組 110〜膜電極組 111〜質子交換膜 112〜陽極觸媒層 113〜陰極觸媒層 120〜陽極氣體擴散層 130〜陰極氣體擴散層
9024-A51909-TW 201201437 140、140’〜陽極邊緣封裝元件 150、150’〜陰極邊緣封裝元件 160〜捲狀材料 161〜基材層 16 Γ〜基材層捲狀材料 162〜黏著層 162’〜黏著層捲狀材料 171〜上熱壓滾輪 172〜下熱壓滚輪 180〜捲收軸 191、191a〜離型膜 19Γ〜離型膜捲狀材料 192〜第一離型紙 193〜第二離型紙 201〜上壓合治具 202〜下壓合治具 301〜上疊板治具 302〜下疊板治具 9024-A51909-TW 13
Claims (1)
- 201201437 七、申請專利範圍： 卜種邊緣封裝燃料電池模組，包括： 一膜電極組’具有―質 陰極觸媒層，其中， 、膜 &極觸媒層及- 該陰極觸媒層之間/父換膜係位於該陽極觸媒層與 一陽極氣體擴散層； 一陰極氣體擴散層； 錤声盘^陽=緣^裝凡件，連接於該膜電極組之該陽極觸 穌滑兵該知極氣體擴散層之間；以及 喃 陰極邊緣封裝元件，遠 媒層與該陰極氣體擴& 〜組之該陰極觸 該陽極邊緣封裝^於該膜電極組外緣與 件及該陰極邊緣封裝元 有A =極邊緣封裝元 該美叔呙仫氺〜 刀刑具有一基材層及兩黏著層， 係藉由：等黏著層：間’該陽極邊緣封裝元件 祕氣體擴散層之間，以及該陰極邊緣觸=與该 等黏著層連接於該膜電極 觸9由该 擴散層之間。祕，，且之抓極觸媒層與該陰極氣體 电2盆如/°"翻_第1項所述之邊緣封裝㈣電池模 ，、· ”中，^基材層係由-纖維材料或薄膜所製成。、 組，宜如申°月專利範圍第2項所述之邊緣封裝燃料電池模 、'’，、中^玄纖維材料包括玻纖布 、 維拉纖維紙。 ^ 曰布或克 组，利範圍第2項所述之邊緣封裝燃料電池桓 ' ，、，该薄膜包括一聚酯膜或一聚碳酸酯膜。 、 9024-A51909-TW 14 201201437 y如申請專利範圍第 組，其中，該等點著層 ^斤述之邊緣封袁燃料電 所製成。 熱塑性封料或-熱固性村： 6. 如申請專利範圍第$ 組，其中，該熱塑奸&所述之邊緣封裝燃料電池模 含亂熱塑性彈性體、芳香二====、聚偏氟乙烤' =—、_、聚;;:== = 組 7. 如申請專利範圍帛5項所述之邊緣封裝燃料電池模 ，其中，该熱固性材料包括環氧樹脂或矽樹脂。9024-A51909-TW
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