TWI229471B - Flexible fuel cell - Google Patents

Description

1229471 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種可撓式燃料電池，其特別係利用 撓性基板為結構中所需的基材，用以構成各種幾何造型 之可撓式燃料電池結構者。 先前技術 習知燃料電池係在一電解質離子交換膜兩側分別供 應含氫燃料及含氧空氣，使得經過氧化還原反應之後， 而形成電流迴路，用以提供電源之需。這類燃料電池通 常具有龐大之結構，以提供反應環境，以及燃料的儲 存，使得其所適用之產品會侷限於大型之設備中，例如 汽電共生、發電廠、汽車、潛水艇、太空船等。然而， 就需求上，許多可攜式電源之需求，例如手機、可攜式 電腦、隨身聽、相機等各種數位裝置，都需要一種便 宜、長時效供電、體積小、重量輕，且可以適用於各種 環境之電池，雖然習知的燃料電池具有經濟而長效之特 點，但受到習用結構之限制，使得其仍無法廣泛使用於 各類產品上。因此，本發明基於習用燃料電池之缺失， 乃亟思發明而改良，發明出一種可撓式燃料電池。 發明内容 本發明主要目的係提供一種可撓式燃料電池，其能 夠構成各種幾何造型與各種外觀結構，並可相容於各種 用途所需之電池。

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第7頁 1229471 五、發明說明（3) 分子樹脂所組成的軟性銅箔基板材質，用以構成各種幾 何造型與各種外觀結構的可撓式燃料電池結構。請參見 第一圖所顯示為本發明之可撓式燃料電池的第一種較佳 實施例，其係至少具有一燃料電池組（1 )，且燃料電池組 (1 )係包括一燃料供給單元（2 )以及一給電單元（3 )，各構 件分述如下文。

燃料供給單元（2 )係一具有數個燃料流道（2 1 )之流體 導引結構，用以供給給電單元（3 )反應所需之甲醇燃料或 其他可解離氫原子之燃料。再者，燃料供給單元（2 )中可 具有數個燃料槽（2 3 )，用以儲存並供應燃料流道（2 1 )之 燃料。 給電單元（3 )係由一陽極層（3 1)' —第一撓性基板 (331 )、一質傳電解層（35)、一第二撓性基板（ 3 3 2 )、以 及一陰極層（3 7 )各層依序堆疊所構成。其中，第一撓性 基板（3 3 1 )及第二撓性基板（3 3 2 )皆係使用環氧樹酯 (epoxy)或膠片（prepreg)等可撓性絕緣體所構成，且第 一撓性基板（3 3 1 )及第二撓性基板（3 3 2 )皆形成數個通透 孔（3 3 a )，使得第一撓性基板（3 3 1 )中的各個通透孔（3 3 a ) 配合前述燃料供給單元（2 )中的燃料流道（2 1 )以輸入燃 料，而第二撓性基板（3 3 2 )則可輸入含氧之空氣。陽極層 (3 1)'及陰極層（3 7 )則分別鋪設於第一撓性基板（3 3 1 )及第 二撓性基板（3 3 2 )上，且形成配合各個該之電流導引迴路 及控制電路所需要的線路。質傳電解層（3 5 )係形成數個 進行化學反應而產生電流之區域，且固設於第一撓性基

第8頁 1229471 五、發明說明（4) 板（331)下表面及第二撓性基板（332)上表面之間。 前述之陽極層（3 1 )及陰極層（3 7 )的製作，乃利用傳 統印刷電路板製程的技藝手段，在撓性基板（3 3 1 )、 (332)鑽孔後，全板電鍍上厚度約為10u至50u英吋的化學 銅，再電鍍上厚度約為2 0 0 u至5 0 0 u英吋的銅，再施以壓 膜作業、曝光作業與顯影作業後，再電鍍上厚度約為3u 至1 0 u英吋的金後，然後蝕刻出電流導引迴路及控制電路 等所需要的線路，此即完成陽極層（31)及陰極層（37)的 製作。 前述之燃料供給單元（2 )可以係一獨立且可填充燃料 之結構，並透過數道管路分別形成各個燃料流道（2 1 )， 用以供給燃料至給電單元（3)之質傳電解層（35)的每一個 膜電池單元（3 51 )，以和氧氣進行氧化還原反應，而產生 電流迴路。 參考第二圖所顯示，基於前述本發明之可撓式燃料 電池的第一種較佳實施例，燃料電池組（1 )係包括燃料供 給單元（2 )以及給電單元（3 )，其中，給^r單元（3 )係一可 撓性板體，並將其環繞形成一柱狀結構，例如將平板狀 的給>電單元（3)將其環繞形成一圓柱狀結構，且封閉其上 下端面，使得此柱—狀結構中空處形成燃料供給單元（2 )之 燃料槽（2 3 )，燃料槽（2 3 )並與燃料供給單元（2 )中的各個 燃料流道（2 1 )連通，用以供應各個燃料流道（2 1 )輸送所 需之燃料。再者，燃料供給單元（2)係一具有數個燃料流 道（2 1 )之流體導引結構，用以供給給電單元（3 )反應所需

1229471 五 之 料 燃 之 子 原 氮 韻 解 可 他 其 或 5)料 V i醇 明m f 曱 等其 體或 方型 立造 或之 狀池 柱電 角性 六鹼 或般 狀一 柱成 方形 或可 (3狀， 元柱此 單角因 /\ 電三 給或型 之狀造 述柱何 前圓幾 -^^ νίύΐιΐ 成種 形各 構 結 狀 柱 之 成 形 所 而 要 需 視 可 用 使 置 裝 之 池 電 類 這 用 使} 供(2 提元 以單 藉給 ，供 型料 造燃 池之 電述 vUml /-nj 輕V 各 它 道 流 料 燃 個 各 的 中 以 可 性(2 撓元 一單 由給 藉供 係料 成 構 所 構 結 弓 導 體 流 設 舖 上 板 基 元 單 電 給 於 疊 堆 可 構 結 性 撓 可 之 燃， }該上 11} 2 i 3 撓組 可池 的電 構料 結燃 狀的 面圖 曲三 成第 形。 tuj 發施 本實 。為佳 構示較 結顯種 狀所二 柱圖第 一三的 成第池 形考電 時參料 同 燃 而 式 結 狀元 面卑 曲電 個給一的 構 結 :式 (3浪 元波 單於 電基 給。 於構 在結 乃式 徵浪 特波 要為 主如 其例 \)/ ， 1構 為 係 施 實 佳 較 *ie11 種 二 第 的 明 發 本 之 示 顯 圖 四 第 見 參 合 配 請 且 ， 構 結 體 柱 狀 星 1 成 形 繞 環 其 將 明 發 本 圖 意 示 的 例 面 端： 下(2 上元 其單 、> 閉給(2 封供元 料 燃 成 形 處 空 中 構 結 體 柱 狀 星 此 得 使 2 道 槽流 料料 燃燃 之個 }各 2 的 中 單流 給料 供燃 料個 燃各 與應 並供 }以 3 I 用 槽， 料通 燃連 燃 式 撓 可 式 筒 捲 層 多 明 發 本 為 〇示 料顯 燃所 之圖 需五 所第 送見 輸參 1)請 2 /(V 道 組 池 電 料 燃 例： ； 施K一一c( 層 j元 實 此 1極 單 佳 在 陰 電 較 並 tr之給 部 個 ~底37各 第} 3 } C 且 的(3層 池元極} 電單陰(4 料電之道 單/ 5 形3 電f C 間層 給.M 一之解 \)y 7 3 傳 層質 極之 陰0 另 接 固 乃 元 分 給部流接 一底氣連 由3)空別

第10頁 1229471 五、發明說明（6) 一燃料供給單元（2 )，使得燃料供給單元（2 )可提供燃料 至質傳電解層（3 5 )。其中，前述之燃料供給單元（2 )及給 電單元（3 )係分別與前述之各實施例具有相同之結構，且 該燃料供給單元（2 )和給電單元（3 )之間的連接關係亦與 前述之各實施例相同。 參考第六圖所顯示，基於前述本發明之可撓式燃料 電池的第三種較佳實施例，燃料電池組（1 π )的各個給電 單元（3 )係一可撓性板體，並將其環繞形成一柱狀結構， 且封閉其上下端面，使得此柱狀結構軸心中空處形成燃 料供給單元（2 )之燃料槽（2 3 )，燃料槽（2 3 )並與燃料供給 單元（2 )中的各個燃料流道（2 1 )連通，用以供應各個燃料 流道（2 1 )輸送所需之燃料。再者，兩個給電單元（3 )之間 的空氣流道（4 )中裝設有一流體控制閥（5 )，該流體控制 閥（5 )係提供含1氧空氣之流量控制者。 前述之燃祷供給單元（2 )係分別形成於内層給電單元 (3)之陽極層（3 1)内表面上，以及外層給_電單元（3)之陽 極層（3 1 )外表面上。 前述之流體控制閥（5 )係包括一風扇，用以提供空氣 輸入，並藉由空氣流道（4)輸送至給電單元（3)中的質傳 電解層（35)的膜電池單元（351)而進行氧化還原反應。 前述之流體控制閥（5 )係包括一流道開關，用以提供 阻止或開放空氣輸入，而達到阻止或開放空氣輸送至該 給電單元（3 )中的質傳電解層（3 5 )，而終止氧化還原反應 之發生。

1229471 五、發明說明（7) 參考第七圖所顯示，前述之燃料供給單元（2)中的各 個燃料流道（2 1 )或燃料槽（2 3 )中亦可裝設一流體控制閥 (5 ’），用以控制燃料之流量者。 參考第八圖所顯示，前述之第一、第二及第三種實 施例中所形成之柱狀結構中，亦可以將給電單元（3 )之陽 極層（31)、第一撓性基板（331)、質傳電解層（35)、第二 撓性基板（3 3 2 )、以及陰極層（3 7 )各層堆疊之次序顛倒， 使得此柱狀結構中空處形成空氣流道（4 )，且第三種實施 例中的兩個給電單元（3 )之間係形成該燃料槽（2 3 )。 本發明的可撓式燃料電池，能夠達到以下效果：

1.本發明的可撓式燃料電池，具有容易撓曲變形之特 性，可藉此形成曲面造型，增加其表面積，並進一步可 產生較大的電流或電壓。 2 ·藉由本發明可撓式燃料電池，可形成各種幾何形狀之 電池造型，因此，可相容於目前市售中各種規格的電 池0 3 .本發明的可撓式燃料電池中，其燃料供給單元可以和 給電單元形成可撓性之層狀結構，可因此達到體積微小 化之效果。

雖然本發明已以一具體實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明 之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，其所作之 更動與潤飾皆屬於本發明之範疇，本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第12頁 1229471 圖式簡單說明 第一圖為顯示本發明可撓式燃料電池第一/種實施例之斷 面結構示意圖； 第二圖為顯示本發明可撓式燃料電池利用第一種實施例 所形成之柱狀電池結構示意圖； 第三圖所顯示為本發明形成曲面狀結構的可撓式燃料電 池的第二種較佳實施例； 第四圖顯示之本發明的第二種較佳實施例的示意圖； 第五圖為顯示本發明多層捲筒式可撓式燃料電池第三種 實施例之斷面結構示意圖； 第六圖為顯示本發明可撓式燃料電池利用第三種實施例 所形成之柱狀電池結構不意圖， 第七圖為顯示本發明可撓式燃料電池中燃料槽之流體控 制閥不意圖， 第八圖為顯示本發明可撓式燃料電池利用第四種實施例 之斷面結構示意圖。 元件符號說明 燃料電池組（1 ) 燃料電池組（1 ’） 燃料電池組（1 ") 燃料供給單元（2 ) 燃料流道（2 1 ) 燃料槽（2 3 ) 給電單元（3 )

第13頁 1229471 圖式簡單說明 陽極層（3 1 ) 第一撓性基板（3 3 1 ) 質傳電解層（3 5 ) 膜電池單元（3 5 1 ) 陰極層（3 7 ) 第二撓性基板（3 3 2 ) 通透孔（3 3 a ) 空氣流道（4 ) 流體控制閥（5 ) 流體控制閥（5 ’） 1·^ 第14頁

Claims (1)

1229471 六、申請專利範圍 1 . 一種可撓式燃料電池，其係包括一燃料供給單元以及 一個以上的給電單元，其特徵在於·· 該燃料供給單元係具有數個燃料流道之流體導引結 構，用以供給該給電單元反應所需之燃料； 各個給電單元係由一陽極層、一第一撓性基板、一 質傳電解層、一第二撓性基板、以及一陰極層各層依序 堆疊所構成，其中第一撓性基板及第二撓性基板係使用 可撓性絕緣體所構成，且第一撓性基板及第二撓性基板 皆形成數個通透孔，使得第一撓性基板中的各個通透孔 配合前述燃料供給單元中的燃料流道以輸入燃料，而第 二撓性基板則可輸入含氧之空氣；陽極層及陰極層係分 別形成於第一撓性基板及第二撓性基板上；質傳電解層 係進行化學反應而產生電流之區域，且固設於第一撓性 基板及第二撓性基板之間。 2 .依據申請專利範圍第1項所述之可撓式燃料電池，其中 該給電單元，係環繞形成一柱狀結構，且封閉其上下端 面，使得此柱狀結構中空處形成該燃料供給單元之燃料 槽，該燃料槽並與該燃料供給單元中的各個燃料流道連 通，用以供應各個燃料流道輸送所需之燃料，並透過各 個燃料流道供給該給電單元反應所需之燃料。 3 .依據申請專利範圍第2項所述之可撓式燃料電池，其中 該給電單元，係環繞形成之柱狀結構係指等斷面所形成 之塊體，如圓柱體、多面形柱體、立方體等。 4,依據申請專利範圍第2項所述之可撓式燃料電池，其中

1229471 六、申請專利範圍 該柱狀結構 該陽極層、 性基板、以 結構軸心中 5 .依據申請 該空氣流道 氣之流量者 6. 依據申請 該流體控制 藉由該空氣 行氧化還原 7. 依據申請 該流體控制 放空氣輸入 中的質傳電 8. 依據申請 料供給單元 一流體控制 9. 依據申請 該燃料供給 撓性基板上 元之可撓性 柱狀結構， 燃料流道連 及該陰 空處形 專利範 ，係進 之給電單元由外而内依序的各構件，分別係 該第一撓性基板、該質傳電解層、該第二撓 極層各層所堆疊形成，並使得此柱狀 成該空氣流道。 圍第4項所述之可撓式燃料電池，其中 步裝設一流體控制閥，用以控制空 專利範圍第5項所述之可撓式燃料電池，其中 閥，係包括一風扇，用以提供空氣輸入，並 流道輸送至該給電單元中的質傳電解層而進 反應。 專利範圍第5項所述之可撓式燃料電池，其中 閥係，包括一流道開關，用以提供阻止或開 ，而達到阻止或開放空氣輸送至該給電單元 解層，而終止氧化還原反應之發生。 專利範圍第2項所述之可撓式燃料電池，該燃 中的各個燃料流道或燃料槽，係進一步裝設 閥，用以控制燃料之流量者。 專利範圍第1項所述之可撓式燃料電池，其中 單元中的各個燃料流道及燃料槽，係藉由一 鋪設流體導引結構所構成，且該燃料供給單 結構可堆疊於該給電單元上，而同時形成一 使得該燃料槽並與該燃料供給單元中的各個 通，用以供應各個燃料流道輸送所需之燃

第16頁 1229471 燃 之 需 所 應 反 元 單 電 給 該 給 供 道 流 料 燃 個 各 圍過 成透 專並 請 申，。 六S 其 池 電 料 燃 式 撓。 可狀 之板 述平 所一 項為 1係 第 圍 範 利 專 請 申 據 依 狀 形 的 元 單 電 給 該 中 其 池 電 料 燃 式 撓。 可狀 之面 述曲 所一 項為 1係 第 圍 範 利 專 請 由- 據 依 狀 形 的 元 單 電 給 該 中 第 圍 範 利 專 請 申 據 依 池 電 料 燃 式 撓 可 該 中 其。 ，池 池電 電料 料燃 燃醇 式甲 撓接 可直 之式 述撓 所可 項一 係 料 燃 的 上 以 個一 括 包 係 其 池 料 燃 式 撓 可 層 多 種一 IX 於結 在引 徵導 特體 其流 ，之 元道 單流 給燃 的個 上數 以有 個具 兩係 少元 至單 及給 以供 元料 單燃 給個 供各 板 •，基 料性 燃撓 之一 需第 所一 應、 反層 元極 單陽 電一 給由 該係 給元 供單 以電 用給 ，個 構各 傳 質 疊撓 堆可 序用 依使 層係 各板 層基 極性 陰撓 一二 及第 以及 、板 板基 基性 性撓 撓一 二第 第中 一其 層成 解構 電所 形合基 皆配性 板孔撓 基透二 性通第 撓個而 二各， 第的料 及中燃 板板入 基基輸 性性以 撓撓道 一 一流 第第料 且得燃 ，使的 成，中 構孔元 所透單 體通給 緣個供 絕數料 性成燃 於進板 成係基 形層性 別解撓 分電 一 係傳第 層質於 極；設 陰上固 及板且 層基， 極性域 陽撓區 :二之 氣第流 空該電 之及生 氧板產 含基而 入性應 輸撓反 可一學 則第化 板該行 另一料 接成燃 固形接 層間連 極之別 陰層分 之極層 部陰解 底二電 元此傳 單在質 電並之 給，元 且層單 ;極電 間陰給 之之個 板部各 基底且 性元， 撓單道 二電流 第給氣 及一空 第17頁 1229471 六、申請專利範圍 供給單元，使得燃料供給單元可提供燃料至質傳電解 層。 1 4 .依據申請專利範圍第1 3項所述之多層可撓式燃料電 池，其中各個給電單元，係同時環繞形成一柱狀結構， 且封閉其上下端面但開通其空氣流道，使得此柱狀結構 中空處形成該燃料供給單元之燃料槽，該燃料槽並與該 燃料供給單元中的各個燃料流道連通，用以供應各個燃 料流道輸送所需之燃料，並透過各個燃料流道供給該給 電單元反應所需之燃料。 1 5 .依據申請專利範圍第1 4項所述之多層可撓式燃料電 池，其中該給電單元，係環繞形成之柱狀結構係指等斷 面所形成之塊體，如圓柱體、多面形柱體、立方體等。 1 6 .依據申請專利範圍第1 3項所述之多層可撓式燃料電 池，其中各個@料供給單元中的各個燃料流道及燃料 槽，係藉由一撓性基板上鋪設流體導引結構所構成，且 該燃料供給單元之可撓性結構可堆疊於該給電單元上， 而同時形成一柱狀結構，使得該燃料槽並與該燃料供給 單元中的各個燃料流道連通，用以供應各個燃料流道輸 送所需之燃料，並透過各個燃料流道供給該給電單元反 應所需之燃料。 1 7 .依據申請專利範圍第1 3項所述之多層可撓式燃料電 池，其中該空氣流道，係進一步裝設有流體控制閥，用 以控制空氣之流量者。 1 8 .依據申請專利範圍第1 2項所述之可撓式燃料電池，其

1229471 六、申請專利範圍 中該流體控制閥，係包括一風扇，用以提供空氣輸入， 並藉由該空氣流道輸送至該給電單元中的質傳電解層而 進行氧化還原反應。 1 9 .依據申請專利範圍第1 3項所述之多層可撓式燃料電 池，其中該流體控制閥，係包括一流道開關，用以提供 阻止或開放空氣輸入，而達到阻止或開放空氣輸送至該 給電單元中的質傳電解層，而終止氧化還原反應之發

2 0 .依據申請專利範圍第1 3項所述之多層可撓式燃料電 池，其中多層可撓式燃料電池，係一多層可撓式直接甲 醇燃料電池。

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