TW301807B - - Google Patents

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TW301807B
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Description

301807 a? B7 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明係闞於燃料霣池•特別•係W於由具有整合流 體控制技術（IFMT)之堆叠小板構成的燃料霣池。採用本發 明之原理之一個特殊具體例為氫氣-空氣/氧氣燃科電池 ，採用钛、鈮、銅、不綉網、鋁或塑膠製之黏合小板形成 的多個分隔器*其中有個別構型的顯微通道反應物氣髖、 冷卻劑、和濕化區段*該燃料霣池可於約50-150Ό之範_ 操作，並有輸出約0.25-1.Q kW/kg和0.5-1.0 kW/L用於開 放式或封閉式回路構型用於靜態與動態供霣用途。IFM小 板和分隔器設計可經由燃料霣池堆調整•而因應配合各個 霣池内的不同的热處理與濕化需求。 背景技術 經濟部中央橾準局負工消費合作社印策 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 直接轉化氫氣或含碳燃料成霣力的燃料電池，理論上 應頗有展望，但因技術問題與經濟理由故未曾廣泛供商用 。於氫氣-空氣/氧氣燃料霣池領域，功率密度（亦即•每 磅產生的千瓦霣力）為邊際值，且壽命短而未臻滿意。先 前技術之電池釀老化而霣力降低*部分原因為觸媒或霣解 膜中毒· Μ及燃料氣體於内部分布不良*導致局部热要因 而造成《池故陣等。 有靜態與動態供«用途展望之一類特別重要的燃料« 池為低溫氫氣/氧氣燃料霣池，其採用寊心聚合物質子交 換膜，其兩側上被覆有一層贵金颺觸媒該膜位在燃料霣池 霣極或専霣分隔器間。此種燃料霣池採用氫氣作燃科，無 謫直接供應氬氣*或藉化學反應•例如•霣解成由金羼氫 本紙張尺度逍用肀國國家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 化物與霣池一起產生。氧化劑為氧氣或空氣•且需要水來 冷卻及濕化膜，俾保持膜未乾掉而變無效或因有裂痕而结 構變脆弱。典型地，隈極側先乾掉，理由有多種•包含： 霣滲由皤極唧送至陰極，氣體的供應超遇電化學反應速率 • Μ及陰極側之空氣或氧氣流掃除來自氫陲極俩的產物水 和水蒸氣通過膜。因此，燃料氣«於燃料電池堆被濕化俾 減輕脫水效應。冷卻水去除霣池中因觸媒媒介電化學反應 之缓慢燃焼產生的過量熱董，並於堆外進行熱交換。某些 設計中冷卻水係用來濕化反應物氣«。 適用於此種低溫燃料電池之霣極膜總成（ΕΜΑ)有數棰 。一種得自紐澤西州貝維爾H POWER公司，使用鉑觸媒被 覆於聚合物膜上，例如*杜邦NAFI0N品牌全氟磺化烴作為 膜。另外，陶氏化學公司提供一種全氟磺化聚合物，美國 專利第5,316,86 9號報告對霣池堆功率密度超通2 kw/sf · 許可電流密度約4000 amp/sf，而霣池霣颳超通0.5伏/電 池0 目前可得之電池堆之典型設計為於1/4吋厚石墨板堆 中採用鉑於NAFI0N 117 EMA之35活性電化霣池，19热控制 電池•和14反應性瀰化霣池之BALLARD燃料《池堆。據報 導此燃料«池堆之鐮體稹0.5立方呎，重94磅，來自1^和 0«之鑰出3 kw。 然而•石墨板須極厚方能提供结構完整性及防止反應 物穿越，原因為其鼸而易裂•嫌科霣池堆須進行壓嫌執行 霣池内與霣池間之密封Μ防反應物滲漏。具有低導热與導 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） II I ； ·· 訂· I 一 n • . < ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3〇18〇7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（3 ) 霣率•造成热點和死點。其亦難製造，特別，氣體分布通 道難製。输出相當低，約0.05 kw/lb。前摘實例中，無活 性冷卻與濕化次數幾乎等於活性電化《池數目。如此使堆 内所需加氣密墊封數目加倍，因而降低堆之可靠性與性能 〇 發明揭示 本發明係關於由多個霄池構成的改良燃料電池堆，各 電池包括一連串交互相關的整合流體控制（IFM)小板。本 發明亦係關於設計、構成、加紋路、驵裝、與黏合小板成 模組極性分隔器（電池總成小堆）之方法；採用IFM技術小 板操作燃料霣池堆之方法。特別，揭示逋用於採用113和Oa /空氣作為燃料之質子交換膜（PEM)燃料霣池，本發明之 技術同樣逋用於鐮性、固體氧化物和熔融碳酸鹽型燃料霣 池，並逋用於與燃料《池連接的整流器。可用廣泛多種其 它燃料/氧化劑組合，例如，He/Cla ; NH3/〇B ; Ha/Xa(X 為鹵素）；CH3〇H/Oa等。 本發明之燃料霣池係由一或多個霣池姐成，各個電池 又包括一對雙極性分隔器其間夾有一片®極膜總成（EMA) 。分隔器可為單極性（用於端子端板）或雙極性* 一側為限 極（Ηβ)側·而另一側為陰極（〇·)俩。又•本發明之各極性 分隔器瘅成包括多片薄板，較佳為金雇、塑膠、陶瓷或其 它適當材料製•薄板内可形成無數糾结的微槽流體分布通 道；通道較佳藉蝕刻形成，但亦可藉笛射磨蝕或切削•壓 紋•衢颳，衢孔或衝鍛遇程形成貢穿-和部分-深度紋路。 # (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -装. 訂- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（4 ) 具有配對部分深度纹路（如，半通道）之兩毗鄰板於黏合時 可提供氣體、冷卻劑和蒸氣分布通道，典型具有圓形或卵 形内部剖面，若非如此》此等剖面由於連鑛乙狀分支構型 故無法形成。微镄亦稱微通道*具有長度：寬度和長度： 深度比高之特點。 當兩片單極性分隔器組裝而其間有個EMA時，構成一 個霣化電池。一排排齊的電池當賴粘合装置或夾緊装置固 定在一起且理ί擇性，介於«池間含有密封氣密墊時*可構 成一個燃料電池堆，一個完成的燃料電池。 典型例中•形成總體燃料®池堆之個別®池極性分隔 器次總成之小板數目為3-10，較佳4-7板。ΕΜΑ置於兩毗鄰 極性分隔器間*且較佳其中插入陽極和陰極内隙。目前較 佳的ΕΜΑ包括2-17密耳厚的磺化全氟化臢·兩俩上被覆有 微细鉑黑與碳黑於溶劑或鉑化碳黑之混合物，並於各側上 方舖有10密耳厚之65%開放性石墨紙其中含有箱氟龍疏水 黏结劑。 本發明之整合流體控制燃料霣池原理將參照採用鉑黑 /NAFION ΕΜΑ之雙棰性氫氣/空氣或«氣燃料霣池描述（僅 供舉例說明之用），但亦同等通用於50-150·Ό溫度範圃操 作的其它燃科/氧化劑組合，無論為液體、氣體或其組合 皆可。 本發明之小板設計之一大特性為热控制與氣«和霣解 質膜之湄化上做成顯著改良，故本發明之小板形成的燃料 霣池之功率输出比較先前技術極為明顯改良。較佳具《例 本紙乐尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --^- 訂' 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 中，電池小板為金属製，典型地鋁，鋦·不锈網，鈮，或 鈦。小板形成後•拜特定熱壓過程（例如，Μ導霣膠膠黏 •攘敗黏合，熔接•網焊，或焊接）黏合形成極性分隔器 次總成，皤後，若有所補，被膜或接受處理俾防蝕。然後 • ΕΜΑ插入形成個別電化電池的分隔器板的選擇性膜内隙 (稱窗框内隙）内*而多個霣池堆叠形成燃料《池堆。然後 ，整個總成加壓黏合，例如，通通繫桿、螺帽、和恆颳裝 置加懕黏合俾促進密封而形成整合一«的軍晶燃料電池堆 Ο 可用廣泛多種實心但多孔聚合物質子交換膜·典型地 為得自陶氏化學公司、旭化成公司，GQRE或杜邦之確化幫 碳化合物膜，Μ杜邦之NAFION為佳。膜之兩側上被覆有贵 金羼觸媒，例如，鈀•鉑•姥，釕*贵金靥氣化物或其混 合物並黏合至石墨紙霣棰。另外，石墨紙霣極可被覆Μ觸 媒並與膜黏合。較佳此型霣極膜總成係得自紐澤西州具維 爾H POWER公司。可用之它型ΕΜΑ包含碳或石畕之多孔薄片 •或觸媒被覆聚眯唑膜。 雖然特定類型膜與製造商可提供若干性能改良，但本 發明非與任一型膜或EM A相關。本發明之整合流«控制技 術（IFMT)之小板方法逋用於廣泛多型燃料霣池，由此可得 改良性能。小板技術可對任一種燃料霣池之外部構型形成 廣泛多種撤通道設計•但又有絕佳热交換與湄度控制而得 氣tt更有效分布而無燃料或氧匱乏與更穩態的霣_出。 本發明之IFM小板技術之一大優點為燃料《池的製作 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 8 ----------装------訂---,----線 -. ( ( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 可自動化*並於薄的片材採用光刻和蝕刻或銜鍛技術。分 , ||,----由认乂乂..... V ......... 隔器次總成設計上可做快速改赛。軍廠即可做出廣泛範圏 之燃料電池設計而無需生產經濟上尋常需要的高輸出。換 言之，可生產少廬多樣化設計的燃料«池而仍經濟可行。 此外•因可使用舊的光刻、光罩、和蝕刻或衡鍛設備故投 資成本大«顬著減低。 舉例言之*多片分隔器可大型正確設計出· Μ照相縮 小·並由連續成捲金臞或導電塑膠片材街鍛出。另外，且 以最佳模式，薄片上Μ光刻術方式罩上光阻，蝕刻形成流 體控制用微槽，Μ化學或物理方式去除光阻罩*並濟潔小 板。然後，小板成品組装成分隔器，置於有個加壓撞鎚的 真空烘箱内，並於熱壓下賴金羼擴敗黏合，形成具有糾结 内部微通道之軍晶分隔器板次總成，包含於不等高度彼此 正交的通道，多種氣體和水或冷卻劑可流經此微通道。然 後，分隔器板置於升溫之氮氣氛下，结果導致氮與钛反應 於全部暴露面，含内部氣體與水通道上形成被動或防蝕且 具導霣性的氮化钛層。類似印刷電路板製造線•小板分隔 器設計與生產可於連績生產線上進行。然後，整個多片小 板夾層於熱壓下黏合（例如，擴散，飼焊，熔接，或焊接） 形成單晶分隔器。然後，電極膜鐮成插於個別極性分隔器 板間，然後•堆*分隔器，並加上外部端板而形成完整的 燃料電池堆，其《轚桿、螺帽、和恆壓装置加壓固定在一 起俾進行反應物的緊密密封。電埭、反靡物氣«和冷卻水 被鉤起•引進氣Η和冷卻水並將霣池箝至媒上。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·· A 7 B7 經濟部中央棣準局貝工消費合作杜印裝 五、發明説明（7 ) 典型的本發明之7小板IFM雙極性分膈器次總成依序 示於第4圖如後： 1. 窗框小板（供接收EMA); 2. 陽極流動域分限小板； 3. 陽極流動域（分布）小板； 4. 冷卻小板； 5. 陰極流動域（分布）小板； 6. 陰極流動域分隔小板；及 7. 窗框小板（供接收毗鄰霣池的EMA)。 有六種不同板•板1與7相同•板2-6不同。舉例言之， 此處描述之蝕刻與板設計细節，證賁加壓黏合期間並無微 通道坍陷。前述雙極性分隔器中，板1·2·6和7各厚 約12密耳（黏合前）而板3-5各厚約20密耳。擴散黏合時板 略壓縮，所得單晶雙極性分隔器層合物縴厚度約1QQ密耳 。面對窗板（雯極性分隔器1號之陽極窗側，和雙極性分 隔器2號的面對陰極窗側）之缠内陳深度約2 0密耳。EMA厚 約2 6密耳且略柔软。兩側被覆有微分散鉑黑觸媒於碳黑之 NAFI0N膜厚約4-5密耳；外曆石墨/嫌氟龍紙雇各厚約10 密耳。卡嵌於窗框•加懕密封極性分隔器板時，EMA壓縮 入2Q密耳深的窗内隙。石墨紙約有65%開放可提供良好均 勻的氣«分布。於陽極側，石墨紙導引《子适離«解質祺 上的催化反應位置至分瞞器板之纹間表面*供擻出作為燃 料霣池的霣_出。霣子經由除極由外部回路返回。於除極 e··- -： Γ -4 侧·石墨紙導引霣子由分隔器板之坟問表面至EMA上的僮 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r 4β 丁 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4说格（210X297公釐） 3〇18〇7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（8 ) 化反應位置。 “一.—---------------- 燃料電池多個雙極性分隔器堆於各端須有一個》極和 一個陰極單極性分隔器端板•其亦作為霣流收集器。至於 單極性分隔器，使用前述小板卜4;至於陰極分隔器，使 用小板4-7。然後，單極性小板分隔器於各端蓋上較厚的 (4-2 0密耳）實心端板•然後•賴旋上轚桿壓縮癉成壓縮。 另一實例，此處無需氣體濕化，可用四小板雙極性分 隔器缌成·小板順序如下（示於第3B); 1. 隈極流動域（分布）小板； 2. 冷卻歧管小板； 3 .關閉小板；於隈棰側實心而於陰極供分歧（微槽）；及 4.陰極流動域（分布）小板； 此外，窗框小板可用於各側上，此處使用EMA形成6小板 燮極性分隔器次縴成。須注意使用雙側软性氣密垫件來替 代窗框小板。如此•濕化雙極性分隔器依是否使用選揮性 窗框小板而定，包括5或7片小板；用於未湄化具體例， 雙極性分瞞器包括4或6片小板，後者含兩片窗框小板。 Μ鈦特別有用，原因為可於適當壓力與溫度下一起流動， 形成擴散黏合（流動）型之自行熔接。 組裝妥的分隔器（多小板式次癉成）依板和材料數目與 厚度而定•厚約100密耳而置約4-8盎司（110-300克）。燃 料霣池堆使用約1D分隔器/KW。組装於轚桿後，施加厚約 1.5吋的壓嫌孅板•辇個燃科霣池堆癉成和蠼栓繫稈置於 200 psi壓嫌下而形成軍晶嫌料霣池堆。堆之操作饜1-65 本紙張尺度逋用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
11 A 7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（9 ) psi易以輸出約70-150安培達成。欲密封毗鄰的分隔器次 缠成，高約1-2密耳之互鎖式密封脊（横剖面通常為三角形） 蝕刻或衢懕於窗框小板（外俩面）*因此，脊可與毗鄰分隔 器次總成之窗框小板或與逋當端板全然互鎖。 本發明之IFM小板設計之燃料電他可食隹何廉JIJIII . 流器段俾提供篇氣，例如•經由水蒸氣-移位方法，採用 氧化不足的燃堍器加水蒸氣而產生118和08和C〇a。 本發明之小板之闞鐽特黏為併用蝕刻氣«與水分布通 道[於一對對應相對的配合板面（亦即*堆中彼此面對且 彼此接觭的毗鄰板之配合面）各自形成對應排齊的半通道 形成〕•及Μ類似方式蝕刻的输送歧管。«擇性地但較佳 為於板周邊的蝕刻密封脊俾輔肋密封毗鄰的霣池總成。 ΡΕΜ電池有效高輪出搡作的闞鍵為通當热平衡與水合 ，並Μ均匀氣流控制之。目前ΡΕΜ燃料«池的間鼸為熱控 制與水平衡不良，石墨専電性和延性低，規棋化與反懕物 排空能力有限。ΡΕΜ電池之逋當热控制有Μ鍵簠要性，目 前膜具最高操作溫度於90-98¾之範園，原因為高於該溫 ，可能損壞孔隙结構而使膜永久性破壊。因本發明之燃料 霣池於各個雙極性分隔器蝥合熱交換區段，比較石畕PEM 電池中介於每4-5個分隔器有個热交換區段，本發明之燃 科霣池堆易放大至大尺寸，原因為热產量與控制（热交換） 随面積而放大。因易對各型膜和嫌料調整热控制•及調螯 堆内的霣池内位置，故可採用較高性能EMA而得較高功率 密度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 、va
T 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 經濟部中央標率局負工消费合作社印装 A7 B7_ 五、發明説明（10 ) 至於水平衡*因各個分隔器内之一體濕化可個別改變 ，俾配合燃料電池陽極側與陰極側不同的需求，故一體濕 化可維持更佳水平衡。水藉霣滲唧送通過膜及反應物氣體 流動乾嫌而由陽極俩去除。由霣滲唧送之通夤與反應水之 產生而積聚於陰極側之水，皆賴空氣/氧氣流動乾煉。 與石墨PEM霣極相反*本發明之金羼小板専霣性高約 30倍，如此*減低於高霣流密度下堆之IaR攢失。IaR損失 減少可得自堆之電壓與功率。金颺分隔器之内«阻愈低， 則電流分布愈佳·如此減少電池内熱點與死點的積聚。石 墨分隔器加壓密封·但加壓Μ非線性方式影響石墨的霣阻 。此種石墨特性故難以生產具均勻的_出的石墨電極。相 反地，金屬分隔器具絕佳導热與導霣係數，故可消除热點 與死點。石墨可透過氫氣，氧氣和空氣，因若干氫氣耗在 非生產性直接氣化上，故石墨堆之化學效率減低。 石墨分隔器於霄池颳縮（¾池於25-60 psig操作）俾密 封Μ防氣體滲漏時易裂閭。裂開傾向嚴重限制堆中霣池數 目與大小，若堆内部有一或多個分隔器滲漏•則霣输出受 損或嚴重滅低。金鼷小板因具延性，故無此問甄。 又•本發明之一大態樣為本發明之IFM技術可做堆内 小板設計變化•故可得更佳熱控制。換言之，未冷卻堆中 央的霣池未有相同热琢堍，因此，未有於或接近堆末纗電 池相同的湄化需求。就隈極，陰極，冷卻繭•和湄化微通 道之相對設計而言•小板設計易改變，而堆内位置界定成 可配於堆內之各種梯度。同理•堆可設計成瘇合廣泛多種 本紙浪尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 13 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁‘ -'a 五、發明説明（11 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 外在條件•極圈設計可與赤道向不同’而海底設計可與上 方空間不同。 此種設計彈性亦即，於堆内部，漸進且個別董身訂製 分隔器之各區段（隁棰，陰極，熱交換區段，和濕化區段） 及各個分隔器（各個甯池）之構型和微通道之徑長與通道寬 度俾配合堆内環境與梯度•结果導致易於擴大成高功率輸 出*例如，大於50-100 kw。 串聯/並瞄盤曲通道設計提供反應物氣體更均勻的分 布。當對空氣搡作時，空氣通過通道時因氧氣排空，對於 提供顯著更佳陰極性能特別要緊。現行通道設計中，因氧 氣於電化反應被消耗•故空氣進來時富含氧，而離去時氧 排空。氫氣亦有相同排空作用。發明人之發明中，並聪分 歧通道的串列較短，且可Μ設計與再設計具有不同構型或 刻度化寬度的通道，可改良陰極動力學•此乃現行燃料霣 池之目前最主要限制。本發明中，霣流被分成一串並瞄霣 路•其中可得正確壓降。箱由繒加並聯電路數目，因流速 滅低*故Μ降降低；因徑長縮短•故通道側壁摩擦作用減 少。 雖然目前偏好執行本發明之最佳撗式採用具石墨紙之 窗框小板，優於觸媒/碳黑塗曆膜來提供其中有散亂氣體 分布通道的高度多孔薄片*本發明之一大替代具«例採用 乏碳纸膜•其中通道窗框之「窗玻璃匾」触刻多個微细孔 •俾達相同氣體分布效果。生產窗框小板時，窗玻璃區界 定於位在板外緣内部的板竈當中匾。（界定窗玻璃區的總 請 先 閱 讀· 背 之 注- 意 事 項 再 X. 本 頁 裝 訂 '線 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 14 經濟部中央揉準局負工消费合作杜印策 A7 B7 五、發明説明（12 ) 條可被貫穿蝕刻，僅留少數细橋於小板製造期間固定窗玻 璃區定位。稍後切斷橋取出窗玻璃·或任其掉落而完成窗 框小板。）介於毗鄰小板間壓縮完整片臢時，開放區接收 碳雄維紙。另一具體例中，並非移出窗玻璃區材科，«微 细貫穿蝕刻於窗玻璃區形成「窗網」區•孔為5,00()-1(), 000 /平方吋。然後，觸媒塗覆乏石墨紙膜壓縮於毗鄰分隔器 板間。 圖式之籣單說明 將參照附圖說明本發明之细節，附圔者： 第1圈為本發明之原理之具體例中*特別逋合Μ氫氣 -空氣/氧氣操作的、採用小板雙捶性分隔器之燃料霣池 堆之示意剖面圖； 第2Α和2Β圈為本發明之經冷卻而未濕化（第2Α圃）與經 湄化且經冷卻（第2B圖）燃料電池IFMT小板分隔器之示意剖 面圖，顯示小板使用數目之廣泛多種可能變化； 第3圈為本發明之IFMT燃料電池之雙電池次總成之分 解等角視圔； 第4鬮為本發明之IFMT燃料霣池之6-7小板分隔器具 體例之分解等角視騙； 第5和6圈為陰極流動域分隔小板之正面與背面_; 第7匾為與膜接觸之進出毗鄰匹配雙極性分隔器之流 »回路之示意鼷•顯示輸送通ift其間的水、熱纛、與反應 物氣Η ; 第8_為本發明之PEM IFMT小板燃料霣池之電化學之 示意圈； (請先閱讀背面之注意事項再本頁) -裝- 訂-. 線 本纸張又度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 15 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（13 ) 第9圖為本發明之氫氣/氧氣試驗雙霣池燃料霣池之 霣池霣壓相對於霣流密度之線圈； 第ίο圖為本發明之氫氣/空氣試驗雙霣池堆之m池電 壓相對於電流密度之線圔； 第11圖為連續小板製法之流程圖*其中紋路係藉深部 蝕刻與貫穿蝕刻形成； 第12圖為黏合本發明之小板成單晶分隔器之流程圖； 第13圔為癰合根據本發明之IFMT原理*快速產生光刻 術網路之流程匾； 第14A和14B圓為顯示薄兩種不同成形方法形成的深部 紋路與貫穿紋之放大剖面· 14Α»蝕刻金羼，14B箱壓縮模 塑或衝緞金雇或塱膠。 執行本發明之最佳横式 下文詳细說明舉例說明本發明，但絕非圃限本發明之 原理。說明部分可使業界人士清楚做出並利用本發明，並 描述若干本發明之具體例、調整、變化、替代與用途，包 括目前執行本發明之最佳横式。 第1圖顯示本發明之燃料«池堆1籣化（示意）横剖面 ，採用多個多小板雙極性分隔器2A，B，C，和一對陰和隔 極單檯性端末分隔器3和4。如所示•質子交換《極_鑲 成（EMA)5A，B· C，D設置於分隔器間。空氣及/或氧氣經 歧管系統6轆入*氫及/或其它燃料經歧管7_入，冷卻 /瀠化水S8输入而9輪出。 第2·Μ示意剖面圓顯示雙極性分隔器2之具«例構 本紙張尺#適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 16 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :*义 訂 經濟部中央梂準局負工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（14) 造，對第2A圖之未濕化電池而言為黏合小板10製，而對第 2B鼷之濕化分隔器20而言·為小板30製。第2圖亦示例說 明經由深部蝕刻（或深部紋路形成）與貫穿蝕刻（貫穿纹路 形成）之多種組合，可用來構成分隔器之板數可有廣泛多 棰變化。舉例言之•第2A圖顯示7板構型如下：1QA為窗 框小板或窗網小板；1Q B為陲極流動域小板（或最佳成對小 板，一小板為陽極間隔小板，另一板在右為隈極流動域小 板）；10C為闞閉小板；10D為冷卻流動域小板，其可經霣 穿蝕刻，或可採用由反側深部蝕刻的不同盤曲通道而有多 條冷卻劑路徑，但全長未連通（可藉貫穿蝕刻口逋通）； 10E為關閉小板；10F為對應於1QB之陰極流動域小板；及 10G為似1QA之窗框小板或窗網小板。第2丨圓底示例說明5 板：10-1和10-5為窗框小板或窗網小板；10-2為由隔極側 深部蝕刻的單一小板；1Q-3為單一冷卻小板；及1Q-4為10 -2之陰極側類似物。如此，堆型可由5小板至11小板，後 例中10B及/或10F為二片小板，10D為三片小板。 同理，第2B_可由3或4至20片小板，依所裔小板構 型而定，顧示7片（30-1至30-7) ·泰半由材料與製造考處 點決定，或由燃料《池或膜類型決定，但皆採用本發明之 IFMT原理。如此，雖30-4示為單板但可為三板，兩片Μ中 間墊片或闞閉小板貢穿蝕刻。 第3圆為堆内部之二電池15Α，15 Β之分解等角視_， 堆包括分隔器2Α(或2QA)，2Β(或20Β)，和2C(或20C)夾層 兩個ΕΜΑ 5Α和5Β。本視圔僅見雙極性分瞄器之氬俩（陽槿 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 17 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 訂： 3〇18〇7 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（15 ) 俩）·但如下所示，遮蔽側（除極俩）有對應氧側。大面積 25A為電池活性區，25A表示限極側而25C表示陰極側。陲 極濕化區段35和陰極湄化區段40見於分隔器（容後詳述）。 EMA 5A和5B包含對應於活性區25A，25C之觸媒塗覆區 28A，28C。區37，42為非觸媒塗覆•分別對應於皤和陰極 瀰化區段35 · 40。排齊孔和歧管顧然毗鄰小板和EMAIS緣 Ο 第4圈為本發明之7小板濕化IFMT雙極性分隔器2 0之 分解等角視圖，包括六型不同小板，小板30-1和30-7為相 同窗框小板或窗網小板30 (顯示窗框小板）·可包含切削部 活性區25·濕化區35· 4 0周圃•和横向貫穿蝕刻反應物氣 體和冷卻劑歧管周園的密封脊（未顯示出）。密封脊可於小 板懕紋或蝕刻。 小板3Q-2為具有貫穿烛刻通道和口 Μ及深部蝕刻歧管 和小垂片紋路之隔極流動域間隔小板。小板30-2至30-7中 之貢穿蝕刻横緣通路或歧管對應於小板30-1。小板30-3為 具有貫穿蝕刻通道對蠹於小板30-2之貫穿蝕刻通道之隈極 滾動域間隔小板。小板30-4為冷卻小板，顯示於活性匾半 部的多條平行深部触刻盤曲冷卻通道。不可見的遮蔽傷有 陰極冷卻通道•亦深部蝕刻並覆蓋活性區之另一半。小板 30-5為於第4 不可見的遮蔽側有深部蝕刻通道之陰極滾 動域小板*但類似小板30-3。小板30-6為具有對應於小板 30-5之貫穿胜刻通道，類似小板30-2之貢穿蝕刻口與深部 触刻小垂片之陰極潦動域間隔小板。小板30-7為陰槿窗框 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
18 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 --______B7___ i '發明説明（16 ) 小板（或窗網小板），於遮蔽側有如上小板30-1所述之密封 脊。小板1和7大》相同，但當使用密封脊時，小板30-1 之正面之鏡像為小板1和小板7之背面。第4画顧示氣密 墊用來密封雙極性分隔器至EMA之具體例。若未用氣密垫 *則陽極小板正面可有單脊，排齊互鎖於介於陰極小板背 面兩脊間之槽。 第4圖閜明陽極密封小板30-1與陰極密封小板30-7之 面對陽棰面，亦稱窗框小板（或窗網小板）。此表面於内部 歧管通路（圓角矩形）與流動域周圍可有1-2密耳之密封脊 。此小板之主要纹路為有三大矩形。此三矩形之空間可臞 縮接納膜霄極结!成的石墨紙。矩形2 5為限極活性區流動域 切除部（或網區）。左上矩形3 5為燃料（氫氣）濕化流動域。 右上矩形4 0為陰極瀰化水流動域切除部。横向貫穿牲刻反 應物氣體（12，14，16，18〉和冷卻劑（22，24)歧管設置於 小板之頂、底與旁。最小歧管為燃枓（氫）用，12為输入用 ，14為輸出用。兩根中等尺寸歧管係供水冷卻與濕化回路 用，而22A，22C為入口，24A，24C為出口。兩根大歧管為 空氣（氧）用，16為输入用，18A，18C為輪出用。 密封脊可位在各横歧管和袋（切除部或網2 5 , 35· 40) 周園之27。歧管和流動域密封脊係於小板黏合過程中，》 原地壓玟形成。另一法係藉二度深部胜刻小板形成密封脊 。第一次蝕刻貢穿蝕刻歧管、域、排齊和繫桿孔。第二次 触刻成形密封脊。 第4 _亦闞明貫穿触刻的堆排齊孔32和貫孔繫桿孔34 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS >八4規格（2!0><297公釐） 19 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -!ly. 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 ΑΊ _!Ζ_ 1'發明説明（17) 。堆叠孔用來正確排齊小板供黏合。無論是否使用密封脊 或氣密墊，此小板背側為正俩的無密封脊的嫌像。 第5和6圈為本發明之微通道之细節例。第5画閫明 陽檯流動域間隔小板貫穿蝕刻一連串平行燃料（氫）流動域 44·燃料（氫）濕化域46,和濕化膜陰極側的氧用的陰極水 域49之正面。此等通道設計成可得装置之最佳流速與颳降 。本圈亦閜明燃料（氫氣）·空氣（氧氣），和水冷卻劑12* 14，16，18，22 · 24 ·入-出的貫穿蝕刻横向歧管之連孃 性。 本圓亦闞明本發明之主要態樣*小垂片50係經深部蝕 刻（比較小板之通道52係經貫穿蝕刻）·並结合交替隔開的 紋間表面54。如第6圖所示•小垂片50不可見，但通道52 和紋間表面54可見。小垂片5 0僅由（第6匾）背側深部蝕刻 去除，而留下小垂片在前側。深部蝕刻約為全板厚度的60 %。貫穿蝕刻係經罩上適當光罩*由小板兩側薄深部蝕刻 完成。深部蝕刻僅由一側。濕化域4 6和48亦同。第6圔背 側亦闞明貫穿蝕刻流動域通道52,與各種歧管、排齊孔、 和轚桿孔之連績性。此小板之氫、氣和水入口和出口未分 歧。 類似地•小板3D-3至3Q-6有對應貢穿牲刻成形及/或 深部蝕刻成形纹路*包含計最孔口、混合室、微通道、口 供输送流體由一小板至另一小板，闞閉孔和歧管（例如， 如第3和4圖所示），而遵照第5和6匾细節形成活性區 及/或濕化區與分布S。 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4说格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • i5-〆 訂·- 20 經濟部中央樣準局Λ工消費合作社印装 A7 B7_ 五、發明説明（18 ) 小板30-3之面對側（第4圃）閜明隈極流動域間隔小板 之正面有一連串深部蝕刻的平行通道，構成氫氣活性區流 動域44·氫濕化域46,和於域49的陰棰水通道。此等通道 和紋間表面精確排齊與匹配第6圖之隈極流動域間隔小板 之流動域通道與紋間表面。本小板亦顯示深部蝕刻的分布 通道延伸入與出氫氣濕化流動域。氫氣Μ近100%濕度通 道輸出口送出至出口收集管•並經由一口返回陽極活性區 44之氫氣分布入口歧管66。活性區有六組並瞄盤曲通道。 殘氫經由延伸與18氣歧管69排出出口外。歧管和口的用途 係確保氫均勻的分布於流動域。口的大小係作為計霣口。 分布與收集歧管的作用係為精確控制饜降與流速。 接續板之口和歧管可簠叠而易辨認板間流徑•如第4 圖小板3Q-4至30-6所見。小板30-3背側為隈極流動域間隔 小板背側，有貫穿蝕刻梢向計量孔口（口）·可調節來自深 部蝕刻歧管·和小板30-4(第4匾）次一毗鄰面的横向氫燃 料入口 *因而進入氫氣（陽極）濕化區46之燃料（氫氣）流。 氫氣的輸出係通過深部蝕刻歧管至输出横向孔。陰極冷卻 劑水係於小板底的横向孔输入•導引過活性區而被加熱* 热水由口输出至濕化區49。其通過口送至毗鄰小板30-4( 第4圔）面的歧管並送出横向歧管24C而送出區49外。同理 •空氣/氧氣由横向歧管_入至毗鄰小板30-4之深部蝕刻 的空氣_入歧管•進入深部触刻空氣分布歧管外的空氣（ 除極）濕化區•並通通深部独刻歧管向下進入除極活性Μ 98。廢空氣鞴廢氣歧管收集，然後，經横向歧管孔18Α· 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Μ规格（210X297公釐〉 (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) -'*·^ 訂 21 A7 B7 五、發明説明（19 ) 18B流出。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 陽/陰極冷卻小板之陽極面為第4圔之小板30-4之面 。有兩組三條深部蝕刻盤曲冷卻流體通道81，覆Μ半部活 性流動域面積俾處理半量熱負載。水經口 22C進入盤曲通 道81並由歧管83送出。然後，热水經口 70，71 (參見第7Β 圖）進入陰極水域49(參見第7Α圔）。水分子擴敗通過膜而 濕化膜另一側的氧。水經口 72，73 (第7Α，7 ΒΗ1)送出，由 歧管74收集，並經横向歧管通路2 4C送出堆外。此板亦顯 示空氣（氧氣）入口歧管7 6和空氣分布歧管7 7和78*如第8 圈所示，歧管經接合並經貫穿蝕刻。同理，此小板（第4 圖小板3Q-4)貫穿蝕刻廢氣收集歧管79，而三種歧管於小 板7Β之正面僅經深部蝕刻。 第4圖中陽/陰極冷卻小板30-4之背側（陰極側）亦有 相類似紋路。歧管藉熱水口與隈槿水域連通，而水經口送 出域48至歧管。此等盤曲通道處理來自活性區44的另一半 熱負載。 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 第4圖所示小板3Q-5正面闞明陰極流動域間隔小板正 面•有深部蝕刻的氧氣入口分布歧管78·廢氣收集歧管79 * Μ及氫氣（12入口； 14出口），氧氣（16入口； 18出口）， 和水（22Α，22C入口； 24Α，24C出口）之貫穿胜刻横向歧管 。有一排氣入口 88供_入氣至氧濕化區47，和氧濕化® 47 出口 90。濕化氧輸入歧管連通氧陰極活性區口 •而廢氧埋 口送至«氣收集歧管79並送出氣横向歧管18Α* 18Β之外。 小板30-5背俩為陰極涑動域小板•其類似隔極流動域 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（20 ) 小板（第4圈小板3Q-3)正面，但氧濕化域和陰極氧活性區 之氧盤曲通道較短，原因為空氣/氧氣黏度比氫氣高。須 注意氫有三條盤曲通道，氧需18條。廢空氣/氧氣經開口 至廢氣收集歧管79 (於小板30-5下面）·再由此送出梢向歧 管出口 18A，18B。如前記，域4 7，48和98深部蝕刻而界定 通道與中間陸面。 第4圖之小板30-6正面為具有前述貢穿蝕刻通道流動 域47，48和98之陰極潦動域間隔小板正面。此板類似隈極 流動域間隔小板（第4圖小板30-2);但對氧氣設計盤曲通 道而得最小壓降與最大流速。 第4圖小板30-6背側為陰極流動域間隔小板，其類似 陽極流動域間隔小板（第4 _小板30-2)下面，深部蝕刻小 垂片保有活性陰極域之毗鄰貫穿蝕刻通道，陽極水域之通 道，和氣濕化域之氧通道間之紋間表面。紋間表面，通道 和小垂片係如前述形成。 第7圖示例說明通道一對分隔器的氫、氧和溉化與冷 卻水回路，第一分隔器鵰極側禰示「隄極J *該堆次一分 隔器陰極側檷示「陰極J ，其間置一個透水EMA5。元件 纗碼如上第3-6_。須注意經横向歧管12输入的氫先在區 46之通道52藉热水分子湄化，热水分子係擴散通邊濕化膜 區37由區48陰極側之隈極水通道93，理送至湄化區（匾段） 46之氫濕化通道52。然後，溉化氫通經活性霄極膜區段28 之活性區4 4之通道67,而通ft氫與濕化水經由_出歧管14 送出。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7_ 五、發明説明（21 ) 經输入横向歧管22A進入的陽極水係於盤曲通道热交 換器80加熱，於此處，水由活性區28之通道8Q抽取半霣氫 與氧之反應熱•並由區48通道9 3輸送熱水至膜37。對應地 ，經歧管22C進入的陰極水係於盤曲通道热交換器81加熱 ，並由區4 9通道91輸送熱水至膜42,且热水被膜它側區47 的通道8 9進入的陰極空氣拾取。 經輸入横向歧管16進入的陰極空氣，於區47之通道89 被、通經膜區42之水蒸氣或水分子於區49之通道91之热陰 極水濕化。然後，濕化的陰極空氣通經活性區98之通道94 ，而排空氧之空氣與反應產物水經歧管18Α· 18B排氣。 須注意淨效果為濕化水蒸氣通經膜第一區，由陰極側 至濕化膜皤極側之氫，而水蒸氣由陽極側通經膜第二區而 濕化陰極側進入的陰棰空氣。第三膜區為活性區，此處發 生反應，而各側之水用來去除半fi热*此區段之產物水淨 流係從陽棰側至陰極側。 第8圖中段閜明總體燃料電池搡作，其中陽極側之氫 被催化氧化而於石墨霣極（限掻）得二霣子（以2e_表示）· 所得兩個水合質子擴散·電滲唧送經濕《解膜（於腆以IT / ΗβΟ表示）·至陰極觸媒位置，於此處與氧和兩個«子（Μ 2e-表示）结合生成水。第8_上與下段閜明逆流濕化機轉 *此乃本發明之中心。電解膜作為雙簠角色•作為固«霣 解質與濕化膜》上段顬示陰極側之氣氣被陽極側之水瀠化 。相反地·陽極側之氫氣被陰極俩之水濕化。 第9和10圈為採用本發明之IFMT小板原理之真正試驗 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂------ 24 經濟部中央標準局貝工消費合作社印«. A7 B7______ 五、發明説明（22 ) 燃料霣池堆之输出（霣池電壓）相對於霣流密度之線臞。兩 個試驗皆使用如第4-6圔之採用7小板分隈器的兩個«池 。活性區共計129平方厘米。使用得自H POWER公司之鉑黑 於碳黑塗覆NAFION EMA(膜霣極瘅成）。搡作參數為：T = 95t： ; P Ha/0a=15/2 5 psig;燃料氫和氧；如第 9·所 示*霣池電應相對於電流密度介於50 mA/CMa2 0.9 V與83 mA/CM«之0.4 V大》為媒性。霣池以此速率生產8小時。 試驗係因時間有限而中结*非因霣池堆故障。 第10圖顯示同一霣池Μ氫氣和空氣於25/30 psig壓力 和9 5t!操作结果。類似地，输出介於10 βΑ/CM»之0.9 V與 460 mA/CMa2 0.4 V大體為線性。霣池以此速率生產8小 時。試驗係因時間有限而中结，非因霣池堆故陣。 第11圖為閜明小板製法之主要步驟之流程圈，包括薄 化學研磨（蝕刻）形成紋路。各步驟於圖中明顯。小板堆使 用自動化櫬器，藉刮擦、去脂、和化學清潔而清潔供施用 光阻。此法去除片料捲殘油。去脂後，小板於室溫藉稀蝕 刻液作溫和化學淸潔去除氧化物與表面雜質。供钛用•淸 潔液為3-9%氟化氫和10-18%硝酸。其它金颺使用於室溫 30-45度跑米（BAUME)之氣化鐡作清潔液。施用光阻前之最 末步驟為乾嫌小板。光阻可濕可乾。濕法光阻因光阻層薄 故可得最精细解析细節。濕光阻典型地Μ浸憒捕施用。溉 光阻於烘箱烘烤（固化）形成硬強性Μ。典型乾光阻材為2 密耳杜邦製RISTON 4620。小板睡光，顯像。 顬像妥的小板於嗔被胜刻槽蝕刻。因通量較高，故曠 本紙張又度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 25 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（23 ) 鍍槽優於浸漬榷。某些情況下•浸漬權蝕刻所得解析度比 唄鍍榴蝕刻高。蝕刻法可賴控制蝕刻液強度•输送帶速度 ，噴灌壓力，和製程溫度控制。此等參數之製程回績係於 製程中鞴連鑛檢視維持。生產線速度典型地改麥而得所褥 蝕刻结果。氛化戡或氟化氫/硝酸液用作蝕刻劑·對所用 不同金屬控制特定濃度與溫度條件。光阻經汽提與清潔， 然後*最後檢視。 第12圓為閫明目前較佳小板黏合方法之製程流程豳， 其中微通道位在單晶極性分隔器總成内。小板母片視箱要 由備料中抽出並如圜加工如下： 小板經清潔、單一化、使用銷排齊堆叠。然後•姐裝 的小板堆載入熱真空颳機供擴敗黏合。不同金靨痛不同黏 合條件。黏合條件係箱施加壩颳和溫之特定計晝決定。欲 起始黏合周期•闞掉懕機並抽真空以防加熱過程中氧化， 並將小板間隙除氣。一旦達適當真空，打開爐加熱，組裝 妥的小板堆達熱平衡。達热平衡時，依有待黏合金屬施K 特定黏合饜力計耋。然後，呔分隔器成品於真空爐内氮化 。冷卻爐，重新加壓，氮化（純化）小板分隔器成品已可與 EMA組装成個電池•而多個霣池形成一個完整小板堆，Μ 繫桿（通過第4圈孔34)固定在一起，Μ螺帽固定而使«池 堆加®，故於施加氣壓下不會滲漏。此種霣池之搡作述於 前文第7-10圈。 第13_闞明前述第11和12騮之光刻術濕或乾法蝕刻小 板之小板設計團製備方法。各步»示於圓： 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格(210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5" 訂” 經濟部中央橾隼局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（24 ) 小板缌成·獪於電腦自動化綸画CAD系統。製程中檢 視原圈與小板。小板CAD圖轉成光罩原圈CAD系铳而做出各 小板之光工軍。蝕刻因子施用至各圖各紋路而補價化學蝕 刻法之蝕刻不足。光罩生成過程中添加製造助劑。製造助 劑含對齊標的，小板數，和處理框架俾輔助堆叠黏合過程 。使用自動光學繪圖櫬畫出小板原圖。檢視後，小板原園 之頂（正面）與底（背面）準確對齊。 第14A画為顯示板161之深部蝕刻纹路171和貫穿蝕刻 紋路181之剖面園。貫穿蝕刻係藉雙側深部蝕刻形成，如 所示交叉於231。第14B圔顯示剛性或自撐性片堆191之壓 塑播製多階紋路20 1，211和貫穿紋路221，特別可用於可 藉膠、溶劑黏合、或賴熱壓黏合於域區匹配面的塑膠小板 Ο 工業應用 典型本發明之IFMT小板燃料電池有下列操作資料： 兩堆電池試驗堆消耗氫和氧或空氣，PEM EMA於95Ό ，於空氣之於460 mA/CMa至氧之83 0 mA/CM*的0.4 V输出 和空氣之於10 mA/CMa至氣之50 nA/CMB的0.9 V輪出之範 蘭顯示線性輸出。對足尺檷度100 IFMT小板霣池之燃料霣 池堆而言•電池功率密度超過52 2 bW/cb8，相當於50磅Μ 下小於13吋長6吋寬8时高之«池堆之6.79 kW。相反地 ，輪出於5-7 kW範園之石墨板燃料電極重100-500磅。讲 汽車用，需10-40 kW燃科霣池_出，公共汽車需1〇〇-150 如此，本發明之IFMT小板燃料霣池可滿足目前霣動車 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .装- 、-'° A7 B7 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（25 ) 補求。 對本發明之足尺檷度100 IFMT小板霣池（依壓力而定 ，以氫氣-氧氣/空氣於0.7 V和EMA«流密度750 mA/CM« 搡作）而言，功率密度為326 W/kg而比功率743 kW/n3(743 W/L)。此等效果比起石墨/NAFION氫/氧和氫/空氣電池 而言為絕佳，後二者產生50- 1 25 W/kg之範圈。換言之， 本發明之整合流體控制技術（IFMT)小板®池之功率密度比 現行石墨燃料霣池大約3-6倍。表示本發明之IFMT小板氫 /空氣燃料電池可於重僅21千克（46磅），體積約0.00 9立 方米（Q. 3 23立方呎）亦即，12.9吋長5.6时寬7.6吋高之霣 池堆產生6.79 kW。如此有力但又夠小可用於拼裝車。 顯然本發明之改良的IFMT燃料霣池可有廣泛用途作靜 態電源•特別，遠處家、工業或建築位置縮小單一裝置電 源，作汽車電源，特別，用於重型建築設備，卡車*嫌軌 與船。構成本發明之IFMT燃料電池之「印刷」技術可於光 刻術，蝕刻與淸潔，組装，黏合，鈍化，分銷與服務等領 域提供無數工作機會與成長。此處掲示之専桊應用的燃料 霄池設計之功率输出超過三倍的改良，重量/kW輸出之減 低，易於製造·與應用快速乃本發明可廣為人採纳的強有 > 力基礎。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本f) -s 本紙浪尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 28 A7 B7 五、發明説明（26 ) 元件棵號對照 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 1 ....燃料電池堆 2 ....雙極性分隔器 3，4 ....單極性端末分隔器 5 ....質子交換電極膜總成（EMA) 6 ....歧管系統 7 * 66，74，83____歧管 10 · 30____小板 12.. ..横向歧管 14.. ..輸出歧管 15A * 15B____電池 18.. ..歧管孔 2 0 ....濕化分隔器 25A，25C____活性區 27.. ..熱源 28.. ..活性電極瞑區段 32.. ..排齊孔 34.. ..繫桿孔 35.. ..限極濕化區段 37.. ..濕化膜區 40.. ..除極濕化區段 42____膜 44.. ..燃料（氳）流域 46.. ..燃料（氫）濕化域 48____域 49.. ..陰極水域 50.. ..小垂片 52，67，89，91，94____通道 5 4 ....紋間表面 69.. ..延伸與廢氣歧管 70，71 * 72，73____口 76.. ..入口歧管 77，78....空氣分布妓管 79.. ..廢氣收集歧管 80，81....熱交換器 88____入口 93----陲極水通道 98.. ..活性區 161.··板 171.. .深部蝕刻紋路 181.. .貫穿蝕刻紋路 191.. .片堆 201 » 211____紋路 221.. .貫穿紋路 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS )八4规格（210X297公釐） -29 -

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局男工消费合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種捶性燃科霣池分隔器，包括下列之操作姐合： a) 多片薄而自撐式片材製之小板； b) 各小板成形有紋路•該等纹路係擇自貫穿成形 或深部成形計董孔口 •混合室，微通道，输送流體由 一片小板至另一片小板之開口，關閉口，和歧管中之 至少一者； c) 該等紋路逐一小板交互闞職且對應而組合提供 與至少一《入口和一個出口連通的至少一個連績微通 道域； d) 該等小板於至少一域，沿至少一個匹配面固定 在一起，而形成單晶分隔器，內部纹路界定整合流髖 控制回路供與燃料霣池堆總成中之至少一個霄極膜總 成接觸使用。 2. 如申請專利範圃第1項之極性燃料霣池分隔器，其包 含形成燃料或氧化劑之至少一個域之紋路。 3. 如申請專利範画第2項之極性燃料霣池分隔器，其包 含至少一個冷卻劑域。 4. 如申請專利範園第3項之極性燃料《池分隔器，其中 該冷卻劑域與至少一個濡化域連通而提供加热的濕化 流體給濕化域。 5. 如申請專利範圃第1項之極性燃料霣池分隔器*其中 該紋路係由深部蝕刻與貫穿蝕刻姐合形成。 6. 如申誚専利範麵第5項之極性燃料《池分隔器，其中 該小板係經由膠黏、或經由加热與加懕擴散黏合、熔 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS)A4规格U10X297公釐） -30 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 接、銅焊、或焊接而形成單晶分隔器。 7. 如申請專利範圍第6項之極性燃料電池分隔器，其中 該分隔器為雙棰性分隔器，包括陽極側與陰極側，而 該等域通道係依氣«組成與黏度量身訂製長度、微通 道横剖面大小、與盤曲構型。 8. 如申請專利範圍第6項之極性燃料«池分隔器，其中 該分隔器域包含氫氣濕化域，和空氣/氧氣湄化域。 9. 如申請專利範圍第8項之插性燃料電池分隔器，其中 該分隔器域包含至少一個冷卻劑域。 10. —種燃料電池堆，包括下列操作組合： 多個®池包括： i) 成堆叠排列的掻性分隔器與膜電極總成； ii) 於該堆一端之陽極分限器端板與膜霣極總成之一 接觸；及 iii) 於該堆第二端之陰極分膈器端板與膜霣極縴成接 觸； 雙極性分隔器，以限極和陰棰分隔器為如申請專利範 國第1項之分隔器； 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 ---；--^----A------ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該等電池依序壓缩姐裝而形成操作«池。 11. 如申請專利範園第10項之燃料電池堆*其中該紋路包 含燃枓或氧化劑之至少一個廡化域，和至少一個與溉 化域連通之冷卻繭域而提供加热流體至湄化域。 12. 如申請専利範圃第11項之燃料電池堆*其中該等域依 氫氣作燃料與空氣/氧氣作氧化劑而量身訂製長度、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） -31 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 301807 μ8 C8 D8 六、申請專利範圍 微通道剖面大小，和盤曲構型。 13. 如申請專利範圍第12項之燃料霣池堆·其中該等分隔 器係由擇自钛*鋁，铜，鎢，鈮，不锈鋦·其合金* 雇合物•鍍曆及複合物形成；膜《捶縴成係擇自碳紙 塗覆PEM和非碳紙PEM，而分隔器包含與碳紙塗覆PEM 接觸的窗框小板和與非碳紙PEM接觸的窗網小板。 14. 一種生產燃料電池分隔器癉成之方法，包括下列步驟 a) 於一片薄而自撐式片料内形成多片不同小板· 個別小板有相鼷且對應的紋路係擇自寅穿成形或深部 成形微通道，輪送流體由一片小板至另一片小板之開 口 *關閉口，和歧管中之至少一者，該等紋路共同形 成至少一個與膜電極總成接觸之氧化劑或燃料消耗用 活性區域； b) 堆叠小板而個別小板紋路與匹配毗鄰小板之對 應紋路精確對齊而提供氧化劑或燃料之連缅循環徑路 » c) 於至少一個域之區内沿至少一個匹配面固定對 齊的小板·而形成具有内部微通道與接近歧管之單晶 分隔器。 15. 如申請專利範園第14項之方法，其中該片料為金屬， 而該成形步驟包含經由深部蝕刻與貫穿蝕刻之组合胜. v . 1 —--- 刻成形紋路之步驟。 16. 如申請專利範圃第15項之方法·其中該貢穿蝕刻包括 本紙張尺度逍用中國國家搮準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 32 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 深部蝕刻特選區域由片科兩側至深度大於薄片厚度之 50%。 17. 如申誧専利範園第16項之方法，其中該金属係擇自钛 ，鋁，飼，鎢，鈮，不锈網，其合金，層合物，鍍層 及複合物。 18. 如申請專利範園第15項之方法·其中該成形步驟包含 Μ光刻術光阻被覆薄片金羼堆而於其上界定紋路。 19. 如申請專利範園第15項之方法，其包含於_合後使分 隔器鈍化之步驟。 ” ...... " ' .........·、 · 20. 如申請專利範園第19項之方法，其中該黏合包含加热 ίΠΙΕ擴散黏合，該金屬為钛，而該盹化钽含於升溫暴 露於氮。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 經濟部中央#準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐〉 33
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