TWI396323B - 燃料電池之電極結構及其製作方法 - Google Patents

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Description

燃料電池之電極結構及其製作方法
　　本發明係有關於一種燃料電池之電極及其製作方法，特別係有關於一種可降低觸媒使用量及可大面積製作之燃料電池之電極結構及其製作方法。
　　習知燃料電池為提昇性能係會於電極之觸媒層與氣體擴散層之間製作一些規則微柱狀結構，其主要目的是用以增加觸媒反應面積。而為了製作上述微柱狀結構，習知主要採用奈米壓印法，請參閱第1A至1D圖，習知奈米壓印法係利用具有微柱狀結構之金屬模仁，在觸媒層與氣體擴散層之間壓出可增加界面面積之微柱狀結構，然而，奈米壓印法並無法用於製作大面積之電極，且奈米壓印法在脫模時，易發生碳粉或觸媒層沾黏於金屬模仁之問題，此外，奈米壓印法所使用之金屬模仁通常必須以微機電製程技術(MEMS)製作，其製作成本相當高。
　　本發明之主要目的係在於提供一種燃料電池之電極結構及其製作方法，該燃料電池之電極結構係包含一擴散層、一導電粒子層以及一觸媒層，該擴散層係具有一表面，該導電粒子層係形成於該擴散層之該表面，且該導電粒子層係具有複數個導電粒子及一由該些導電粒子所構成之凹凸表面，該觸媒層係形成於該導電粒子層之該凹凸表面。該燃料電池之電極製作方法係包含提供一擴散層，該擴散層係具有一表面；形成一導電粒子層於該擴散層之該表面，該導電粒子層係具有複數個導電粒子及一由該些導電粒子所構成之凹凸表面；以及形成一觸媒層於該導電粒子層之該凹凸表面。本發明之製作方法係可大面積及低成本製作燃料電池之電極，且本發明之電極結構亦藉由該導電粒子層之該凹凸表面增加與該觸媒層接觸之表面積，其功效上可大幅降低觸媒使用量。
　　請參閱第2及3A至3C圖，其係本發明之一較佳實施例，一種燃料電池之電極製作方法，其步驟係詳述如下：首先，請參閱第2圖之步驟(a)及第3A圖，提供一擴散層10，該擴散層10係具有一表面10a，在本實施例中，該擴散層10係為氣體擴散層；接著，請參閱第2圖之步驟(b)及第3B圖，形成一導電粒子層20於該擴散層10之該表面10a，該導電粒子層20係具有複數個導電粒子21及一由該些導電粒子21所構成之凹凸表面22，在本實施例中，該導電粒子層20之該些導電粒子21係以噴敷方式形成於該擴散層10之該表面10a，且各該導電粒子21係具有一接觸該擴散層10之第一曲面21a及一相對於該第一曲面21a之第二曲面21b，其中該些導電粒子21之該些第二曲面21b係構成該凹凸表面22，又，在本實施例中，該些導電粒子21係至少包含有複數個第一導電粒子211及複數個第二導電粒子212，較佳地，該些第一導電粒子211之粒徑係大於該些第二導電粒子212之粒徑，以使該凹凸表面22具有較大之表面高低落差(即粗糙度)，而可增加觸媒附著之表面積；最後，請參閱第2圖之步驟(c)及第3C圖，形成一觸媒層30於該導電粒子層20之該凹凸表面22，即該觸媒層30係接觸各該導電粒子21之各該第二曲面21b，在本實施例中，該觸媒層30係由複數個觸媒微粒30a所組成，較佳地，該些觸媒微粒30a之粒徑係小於該些導電粒子21之粒徑，以使該些觸媒微粒30a可附著於該些導電粒子21之該些第二曲面21b，又，在本實施例中，該些觸媒微粒30a係以噴敷方式形成於該導電粒子層20之該凹凸表面22，或者，在另一實施例中，該觸媒層30係可以壓合方式形成於該導電粒子層20之該凹凸表面22。
　　本發明之製作方法係可大面積及低成本製作燃料電池之電極，且本發明之電極結構亦藉由該導電粒子層20之該凹凸表面22增加與該觸媒層30接觸之表面積，其功效上可大幅降低觸媒使用量。
　　請再參閱第3C圖，其係依據本發明之製作方法所製成之燃料電池之電極結構，其包含有一擴散層10、一導電粒子層20以及一觸媒層30，該擴散層10係具有一表面10a，該導電粒子層20係形成於該擴散層10之該表面10a，且該導電粒子層20係具有複數個導電粒子21及一由該些導電粒子21所構成之凹凸表面22，在本實施例中，各該導電粒子21係具有一接觸該擴散層10之第一曲面21a及一相對於該第一曲面21a之第二曲面21b，其中該些導電粒子21之該些第二曲面21b係構成該凹凸表面22，又，在本實施例中，該些導電粒子21係至少包含有複數個第一導電粒子211及複數個第二導電粒子212，較佳地，該些第一導電粒子211之粒徑係大於該些第二導電粒子212之粒徑，以使該凹凸表面22具有較大之表面高低落差(即粗糙度)，而可增加觸媒附著之表面積，該觸媒層30係形成於該導電粒子層20之該凹凸表面22，且該觸媒層30係接觸各該導電粒子21之各該第二曲面21b，在本實施例中，該觸媒層30係由複數個觸媒微粒30a所組成，較佳地，該些觸媒微粒30a之粒徑係小於該些導電粒子21之粒徑，以使該些觸媒微粒30a可附著於該些導電粒子21之該些第二曲面21b。
　　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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
10‧‧‧擴散層
10a‧‧‧表面
20‧‧‧導電粒子層
21‧‧‧導電粒子
21a‧‧‧第一曲面
21b‧‧‧第二曲面
211‧‧‧第一導電粒子
212‧‧‧第二導電粒子
22‧‧‧凹凸表面
30‧‧‧觸媒層
30a‧‧‧觸媒微粒
第1A至1D圖：習知以奈米壓印法製作燃料電池電極之製程示意圖。
第2圖：依據本發明之一較佳實施例，一種燃料電池之電極製作方法流程圖。
第3A至3C圖：該燃料電池之電極製作方法流程示意圖。
10‧‧‧擴散層
10a‧‧‧表面
20‧‧‧導電粒子層
21‧‧‧導電粒子
21a‧‧‧第一曲面
21b‧‧‧第二曲面
211‧‧‧第一導電粒子
212‧‧‧第二導電粒子
22‧‧‧凹凸表面
30‧‧‧觸媒層
30a‧‧‧觸媒微粒

Claims (9)

  1. 一種燃料電池之電極結構，其包含：一擴散層，其係具有一表面；一導電粒子層，係形成於該擴散層之該表面，其具有複數個導電粒子及一凹凸表面，各該導電粒子係具有一第一曲面及一第二曲面，該第一曲面接觸該擴散層，該些第二曲面係構成該凹凸表面；以及一觸媒層，其係形成於該導電粒子層之該凹凸表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池之電極結構，其中該觸媒層係由複數個觸媒微粒所組成，該些觸媒微粒之粒徑係小於該些導電粒子之粒徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池之電極結構，其中該些導電粒子係至少包含有複數個第一導電粒子及複數個第二導電粒子，該些第一導電粒子之粒徑係大於該些第二導電粒子之粒徑。
  4. 一種燃料電池之電極製作方法，其包含：提供一擴散層，該擴散層係具有一表面；形成一導電粒子層於該擴散層之該表面，該導電粒子層係具有複數個導電粒子及一凹凸表面，各該導電粒子係具有一第一曲面及一第二曲面，該第一曲面接觸該擴散層，該些第二曲面係構成該凹凸表面；以及形成一觸媒層於該導電粒子層之該凹凸表面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電極製作方法，其中該觸媒層係由複數個觸媒微粒所組成，該些觸媒微粒之粒徑係小於該些導電粒子之粒徑。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電極製作方法，其中該觸媒層之該些觸媒微粒係以噴敷方式形成於該導電粒子層之該凹凸表面。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之電極製作方法，其中該些導電粒子係至少包含有複數個第一導電粒子及複數個第二導電粒子，該些第一導電粒子之粒徑係大於該些第二導電粒子之粒徑。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之電極製作方法，其中該導電粒子層之該些導電粒子係以噴敷方式形成於該擴散層之該表面。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之電極製作方法，其中該觸媒層係以壓合方式形成於該導電粒子層之該凹凸表面。
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