TWI385846B - Fuel cell member and manufacturing method thereof - Google Patents

Fuel cell member and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
TWI385846B
TWI385846B TW098120819A TW98120819A TWI385846B TW I385846 B TWI385846 B TW I385846B TW 098120819 A TW098120819 A TW 098120819A TW 98120819 A TW98120819 A TW 98120819A TW I385846 B TWI385846 B TW I385846B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
fuel cell
photoresist
cell member
member according
Prior art date
Application number
TW098120819A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201101566A (en
Inventor
Yean Der Kuan
Min Feng Sung
Ping Hsien Chen
Shih Ming Li
Original Assignee
Nat Univ Chin Yi Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Univ Chin Yi Technology filed Critical Nat Univ Chin Yi Technology
Priority to TW098120819A priority Critical patent/TWI385846B/zh
Publication of TW201101566A publication Critical patent/TW201101566A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI385846B publication Critical patent/TWI385846B/zh

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

燃料電池構件及其製造方法
本案係一種用於燃料電池構件的製造技術，尤指結合微機電製程、塗佈光阻及改質、物理氣相沈積法，以及金屬舉離法，以製得燃料電池構件的製造方法。
自工業革命以來，使用石化燃料作為能源的工業，確實帶動了世界經濟的快速成長。但，近年來大量開採石化能源的結構，其衍生而來的是能源短缺與環境污染的問題，尤以溫室效應所帶來的全球增溫、海平面上升及全球氣候變遷加劇等現象，會嚴重壓縮人類生存的空間。
因此，於1997年所通過的京都議定書，更進一步規範工業國家未來之溫室氣體減量責任，並衍生出再生潔淨能源的開發利基，這些可再生能源包括了太陽能、風力、地熱能、水力能、生質能、潮汐能與磁能等等；而電能為工業之母，因此，近年來，尋找替代能源即廣泛地被各界所研究與討論，而燃料電池是非常受到重視的未來替代能源之一，其基本原理係將化學能直接轉為電能。
而燃料電池的種類，依電解質作區分，主要可分為鹼性燃料電池(AFC)、質子交換膜燃料電池 (PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態氧化物燃料電池(SOFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)等。若再以操作溫度來區分，則可分為低溫燃料電池(操作溫度50℃~200℃)，常見的有AFC、PEMFC、DMFC；中溫燃料電池(操作溫度160℃~220℃)，常見的有PAFC；高溫燃料電池(操作溫度600℃~1000℃)，常見的有MCFC、SOFC。因此，在各種燃料電池中，又以直接甲醇燃料電池(DMFC)最具潛力，其具有可提供高能量與功率密度、低污染、工作溫度接近於室溫，以及迅速有效地補充溶液等優點，而可應用於低功率的3C電子產品上。也因為如此，DMFC大多朝可攜式電源之方向發展。
為一般燃料電池反應時，其基本反應式如下：陽極反應：CH3 OH+H2 O → CO2 +6H+ +6e- ，En=0.046V；陰極反應：O2 +6H+ +6e- → 3H2O，En=1.229V；總反應：CH3 OH+O2 +H2 O → CO2 +2H2 O，En=1.183V
其中，En是燃料電池的電動勢(electromotive potential)，或稱為開路電壓(open-circuit voltage，OCV)。
使用燃料電池的主要優點係結構簡單，且可應用於可攜式電子產品上。然，該等燃料電池係由一陽極集電片、一流道板、一膜電極組(Membrane Electrode Assembly，MEA)、一陰極集電片及複數個環氧樹脂片(Prepreg，PP)疊合而成，位於陰極或陽極的集電片及流道板均為單獨的個體，且無法整合為一體。請參閱第1圖，該等集電片10係由一銅箔11嵌設於一玻纖板12上而成，且於嵌有銅箔11的區域設有複數個貫穿孔13；如此一來，不但增加了組裝後的厚度，且設有銅箔11的集電片10之重量，也會造成將來應用於可攜式產品時，除了攜帶液態甲醇溶液之外的負擔；再者，該集電片10使用時會有受熱膨脹的情況，因銅箔11與玻纖板12的熱膨脹係數不同，容易造成嵌合處破裂或損壞，使得集電片10的功能受到影響；再者，因此如何透過微機電製程縮減雙極板的重量，仍為目前可攜式燃料電池模組研發之重大方向之一。
有鑑於上述的需求，本發明人爰精心研究，並積個人從事該項事業的多年經驗，終設計出一種嶄新的燃料電池構件及其製造方法。
本發明之一目的，係提供一種燃料電池構件的製造方法，俾能製造出輕量化之燃料電池雙極板，以提供未來發展可攜式燃料電池的參考方向。
本發明之另一目的，係提供一種燃料電池構件，俾整合集電片及流道板之功能，而達到縮減體 積及輕量化的目的。
本發明之此一目的，係提供一種燃料電池，俾能縮減體積而達到輕量化，且可運用堆疊的方式增加實用性。
為達上述目的，本發明燃料電池構件的製造方法，係包括有：一第一步驟，微機電製程：於一非導電材質的基材切割成所需之外形後，製得一基板，該基板的至少一表面上形成有一矩形區域，且該矩形區域中設有一微流道或複數個透孔；一第二步驟，光阻劑塗佈：將一光阻劑塗佈於該矩形區域；第三步驟，紫外線照射：將該基板以一光罩遮蔽後，置放於紫外線光源下進行照射而使塗佈之該光阻劑產生局部改質；第四步驟，鍍製金屬薄膜：利用物理氣相沈積法，於該基板具有該光阻劑的一面，鍍製至少一層作為導電用的金屬薄膜；以及第五步驟，金屬舉離：將該基板置放於一蝕刻槽內後，以進行金屬舉離法之顯影工作，以將不需要之該金屬薄膜去除，而完成一燃料電池構件。再者，該基板至少一表面上係形成一微流道時，該燃料電池構件係為一具集電效果的流道板。再者，該基板至少一表面上係形成複數個透孔時，該燃料電池構件係為一集電片。另外，利用該基板之二面係分別設有相對稱的一微流道，該二微流道間係設有貫通的透孔，並提供以複數形態的基板經疊合後，所形成的 平面式或立體式電池堆，大幅提昇將來應用時的實用性。
於一實施例中，該基板係選用具有撓性且耐熱的材質，如：環氧玻璃纖維板(FR4)。該光阻劑係利用一旋轉塗佈機塗佈於該基板上，且該光阻劑選自負型光阻劑(如：SU-8光阻劑)，以及正型光阻劑(如：AZ4620光阻劑)其中之一者，負型光阻劑為。該物理氣相沈積法係選自濺鍍法、蒸鍍法或離子蒸鍍法其中之一者，以將該金屬薄膜鍍製於該基板上；且使用蒸鍍法時，該基板係置放於一熱蒸鍍機內進行金屬薄膜蒸鍍，而該金屬薄膜的厚度約為5000Å~6000Å，重量會比習用集電片的銅箔來的輕，且不會因使用時的受熱膨脹而造成破裂或損壞，且此種方法可鍍製至少一層金屬薄膜，以及一層或一層以上複合式的金屬薄膜；另外，如使用不同種類的金屬薄膜可大幅降低阻抗，以達到提升導電性的效果。
為使 貴審查委員能清楚了解本發明之內容，僅以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
請參閱第2圖所示，係為本發明較佳實施例的製作流程圖，其主要係利用具有撓性且耐熱的非導電材質，如：環氧玻璃纖維板(FR4)作為基材，係 本發明之製造流程，而成為一燃料電池構件。其製造流程的主要步驟係包括：
一第一步驟，微機電製程21：係於一非導電材質的基板切割成所需之外形後，並於該基板的至少一表面上設有一微流道或是複數個透孔，該微流道或該等透孔於該基板表面形成一矩形區域。
一第二步驟，光阻劑塗佈22：接著，利用一旋轉塗佈機，將一光阻劑均勻塗佈於該基板被設定需要塗佈的位置，亦即塗佈於該矩形區域位置；再者，該光阻劑係選自負型光阻劑及正型光阻劑其中之一者，於本實施例中採用負型光阻劑，且該負型光阻劑係為SU-8光阻劑；於另一實施例中係選用正型光阻劑，且該正型光阻劑係為常見的AZ4620光阻劑。
第三步驟，紫外線照射23：將塗佈有該光阻劑的該基板，經一光罩遮蔽後，置放於紫外線光源下進行照射，而可使該基板表面的該光阻劑產生局部改質，於本實施例中，該負型光阻劑經改質後會留下被照射的部分，反之，正型光阻劑則係用來保留被遮蔽的部分。
第四步驟，鍍製金屬薄膜24：復於該基板具光阻劑的一面，利用物理氣相沈積法鍍製一層金屬薄膜，該物理氣相沈積法係選自濺鍍法、蒸鍍法或離子蒸鍍法其中之一者，在本實施例中，係使用蒸鍍法，以將該基板置放於一熱蒸鍍機內進行金屬薄膜 蒸鍍，以鍍製該導電用的金屬薄膜，且該金屬薄膜的厚度約為5000Å~6000Å，如使用不同種類的金屬薄膜可大幅降低阻抗，以達到提升導電性的效果。
第五步驟，金屬舉離25：將該基板置放於一蝕刻槽內後，利用顯影液及清潔洗邊液等化學品，以進行金屬舉離法之顯影工作，利用該化學品可將經過改質的該光阻劑去除，自然可將位於該光阻劑表面的金屬薄膜去除，以使該基板上形成有電路設計之導電區域，而製得一具有集電效果的流道板，或是製得一設有複數個透孔的集電片。
再者，請參閱第3圖，依據前述製程所完成的具有集電效果的流道板30，其主要係包括一基板31，並於該基板31的其中一表面上設有一連貫的微流道311、一入液孔312及一出液孔313，使該微流道311分別與該入液孔312及該出液孔313相連通；一金屬薄膜32係佈設於該基板31具有該微流道311的位置，以形成一導電用的區域。綜上所述，再請參閱第4圖所示，利用該流道板30應用在製造燃料電池時，係將一第一流道板30’、一第一防水墊片40’、一膜電極組50、一第二防水墊片40”及一第二流道板30”依序疊置所構成，並以熱壓合或是螺合等方式，將各個構件組合成一體；再者，本實施例中，該流道板30僅單面設有一微流道311，故稱作單面單CELL燃料電池。如第3圖所示， 而本發明之流道板進一步可利用打洞穿線的方式，於該流道板30上設有複數個導電部33，以將該流道板30應用於複數顆電池所組成的平面或立體式電池堆，以增加發電量或電流，有關其電池堆的組成方式，本文不再進行贅述。
請參閱第5圖所示，據本發明之製造方法，於另一實施例中係製得一集電片60，其包括：一基板61，於其上設有複數個貫穿二面的透孔611；一金屬薄膜62，係佈設於該基板61具有該等透孔611的位置，以形成一導電用的區域，且以打孔穿線的方式在該集電片60的表面設有複數個導電部63；請再參閱第6圖所示，該集電片60製成燃料電池時，係利用一由壓克力製成的第一流道板70’、一第一集電片60’、一第一防水墊片40’、一膜電極組50、一第二防水墊片40”、一第二集電片60”及一第二流道板70”依序疊置而構成，並以熱壓合或是螺合等方式，將各個構件組合成一體。由於本發明的集電片60不會因為該基板61與該金屬薄膜62的熱膨脹係數不同，而造成在使用時的破裂或損壞，甚至相較於習知之集電片10的構造，本發明之集電片重量更輕，以實現輕量化燃料電池的作法。
綜上所述，本發明之燃料電池構件及其製造方法，係採用非導電材質且易於量產與加工的基材，如：環氧玻璃纖維板(FR4)或是其他複合材料等。 這類基材表面因使用射出成形或治具熱壓製成，其表面過於粗糙而無法直接使用熱蒸鍍法進行蒸鍍；是故，本發明必須使用旋轉塗佈機於表面塗佈一層光阻劑，利用光阻劑藉紫外線照射會有硬化現象，及其硬化後可承受高溫且不致變形的特性，再以物理氣相沈積(熱蒸鍍機)於基材表面，鍍製有一層導電用的金屬薄膜，最後利用金屬舉離法即可完成具導電效果的流道板，或是重量較輕的集電片，進而減輕燃料電池堆因使用大量金屬集電片，導致整體重量過重之窘境。
惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
綜上所述，本發明之燃料電池構件及其製造方法，係具有專利之發明性，及對產業的利用價值；申請人爰依專利法之規定，向 鈞局提起發明專利之申請。
10‧‧‧集電片
11‧‧‧銅箔
12‧‧‧玻纖板
13‧‧‧貫穿孔
21‧‧‧微機電製程
22‧‧‧光阻劑塗佈
23‧‧‧紫外線照射
24‧‧‧鍍製金屬薄膜
25‧‧‧金屬舉離
30‧‧‧流道板
30’‧‧‧第一流道板
30”‧‧‧第二流道板
31‧‧‧基板
311‧‧‧微流道
312‧‧‧入液孔
313‧‧‧出液孔
32‧‧‧金屬薄膜
33‧‧‧導電部
40’‧‧‧第一防水墊片
40”‧‧‧第二防水墊片
50‧‧‧膜電極組
60‧‧‧集電片
60’‧‧‧第一集電片
60”‧‧‧第二集電片
61‧‧‧基板
611‧‧‧透孔
62‧‧‧金屬薄膜
63‧‧‧導電部
70’‧‧‧第一流道板
70”‧‧‧第二流道板
第1圖，為習知集電片的結構示意圖。
第2圖，為本發明較佳實施例的製造流程圖。
第3圖，為本發明較佳實施例流道板的結構示意圖。
第4圖，為本發明較佳實施例流道板應用組裝成燃料電池時的構成示意圖。
第5圖，為本發明較佳實施例集電片的結構示意圖。
第6圖，為本發明較佳實施例集電片應用組裝成燃料電池時的構成示意圖
21‧‧‧微機電製程
22‧‧‧光阻劑塗佈
23‧‧‧紫外線照射
24‧‧‧鍍製金屬薄膜
25‧‧‧金屬舉離

Claims (16)

  1. 一種燃料電池構件的製造方法，至少包括：一第一步驟，微機電製程：於一非導電材質的基板切割成所需之外形後，於該基板至少一表面上形成有一矩形區域，且該矩形區域中設有一微流道或複數個透孔；一第二步驟，光阻劑塗佈：將一光阻劑塗佈於該矩形區域；一第三步驟，紫外線照射：將該基板以一光罩遮蔽後，置放於紫外線光源下進行照射而使塗佈之該光阻劑產生局部改質；一第四步驟，鍍製金屬薄膜：利用物理氣相沈積法，於該基板具有該光阻劑的一面，鍍製至少一層作為導電用的金屬薄膜；以及一第五步驟，金屬舉離：將該基板置放於一蝕刻槽內後，以進行金屬舉離法之顯影工作，以將不需要之該金屬薄膜去除，而完成一燃料電池構件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，該基板係為環氧玻璃纖維板(FR4)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，該第二步驟中，該光阻劑係利用一旋轉塗佈機塗佈於該基板上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，該物理氣相沈積法係選自濺鍍法、蒸鍍法或離子蒸鍍法其中之一者，以將該金屬薄膜鍍製於該基板上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之燃料電池構件的製造方法，其使用蒸鍍法時，該基板係置放於一熱蒸鍍機內進行金屬薄膜蒸鍍。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，該光阻劑係選自負型光阻劑及正型光阻劑其中之一者。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池構件的製造方法，其中之負型光阻劑係為SU-8光阻劑。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池構件的製造方法，其中之正型光阻劑係為AZ4620光阻劑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，該金屬薄膜的厚度約為5000Å~6000Å。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，當該基板至少一表面上係形成該微流道時，該燃料電池構件係為一具集電效果的流道板。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池構件的製造方法，其中，當該基板至少一表面上係形成該等透孔時，該燃料電池構件係為一集電片。
  12. 一種利用申請專利範圍第1項所述之製造方法製成的流道板，其至少包括：一基板，於至少一表面上係設有連貫的一微流道、一入液孔及一出液孔，使該微流道分別與該入液孔及該出液孔相連通；及至少一金屬薄膜，係佈設於該基板具有該微流道的位置，以形成一導電用的區域。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之燃料電池構件，其中，該基板係為環氧玻璃纖維板(FR4)。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之燃料電池構件，其中，該基板之二面係分別設有該微流道，且該基板之二面分設之該微流道係呈對稱位置設置並且不相連通。
  15. 一種利用申請專利範圍第1項所述之製造方法製成的集電片，其至少包括：一基板，於其上設有複數個貫穿二面的透孔；及至少一金屬薄膜，係佈設於該基板具有該等透孔的位置，以形成一導電用的區域。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之燃料電池構件，其中，該基板係為環氧玻璃纖維板(FR4)。
TW098120819A 2009-06-22 2009-06-22 Fuel cell member and manufacturing method thereof TWI385846B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW098120819A TWI385846B (zh) 2009-06-22 2009-06-22 Fuel cell member and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW098120819A TWI385846B (zh) 2009-06-22 2009-06-22 Fuel cell member and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201101566A TW201101566A (en) 2011-01-01
TWI385846B true TWI385846B (zh) 2013-02-11

Family

ID=44837047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098120819A TWI385846B (zh) 2009-06-22 2009-06-22 Fuel cell member and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI385846B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105140544B (zh) * 2015-08-28 2018-08-03 航天新长征电动汽车技术有限公司 一种金属双极板及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090004524A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-01 Coretronic Corporation Fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090004524A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-01 Coretronic Corporation Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
TW201101566A (en) 2011-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW200908427A (en) Fuel cell module
TWI243505B (en) Method of manufacturing a flat panel direct methanol fuel cell
TWI241048B (en) Method for manufacturing bipolar plate and direct methanol fuel cell
CN214203777U (zh) 全固态石墨烯基薄膜锂电池
JP2005294155A (ja) セパレータおよび燃料電池
US11075395B2 (en) Fuel cell membrane electrode assembly (MEA) with hexagonal boron nitride thin film
TW200532979A (en) Flat panel direct methanol fuel cell and method of making the same
JP2008108677A (ja) 電気化学デバイス
US7855029B2 (en) Fuel cell module
CN101499535A (zh) 燃料电池模块
TWI385846B (zh) Fuel cell member and manufacturing method thereof
TWI244798B (en) Method of improving contact between bipolar plate and mea of flat panel fuel cell
US20100122911A1 (en) Method for coating metallic interconnect of solid oxide fuel cell
US20100035112A1 (en) Solid oxide fuel cell
US7682409B2 (en) Wave-shaped charge collection plate of fuel cells and method of making the same
KR101922622B1 (ko) 육방정계 질화붕소 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 및 그 제조방법
KR20150076300A (ko) 금속 분리판과 공기극 집전체 간 접촉 저항이 저감된 고체산화물 연료전지
CN105514332B (zh) 一种可弯曲单基板锂-空气电池串联结构
KR100863869B1 (ko) 적층식 연료전지
KR101161991B1 (ko) 전기 전도성이 우수한 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 그 제조방법
US20080003486A1 (en) Current collector board for fuel cell
TWI398036B (zh) Direct methanol fuel cell and its making method
JP2007080746A (ja) 平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みおよび平面型の高分子電解質型燃料電池
EP2454776B1 (en) Micro fuel cell system and corresponding manufacturing method
TWI657615B (zh) 輕量化質子交換膜之電池結構及燃料電池之集電板的製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees