M418394 100年4月14日替換頁 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本申清请求於2008年12月24日遞交的美國專利申請第 • 12/344,211號以及於2008年5月16日遞交的臺灣專利申請第 • 97118207號的在先縣。以上耕柄讀的全部内容在此 作為參考引用引入本申請。 I 本創作#及-種電池及其製造方法，特別涉及—種使用葉 綠素來產生電能之電池及其製造方法。 【先前技術】 近年來，陸續出現了行動電話、手提式攝影機、筆記型電 腦數位相機、PDA、CDplayer等輕便型電子機器，並謀求 其小型及輕量化，而雜此，作為可齡之輕便跡電池也 同樣受到關注。電池種類包括乾電池、鎳氫電池、經電池與燃 > 料電池等。下面將簡單介紹常見電池。 日常使用的乾電池大多是雜電池，也叫碳鋅電池。碳辞 電池的外殼-般由鋅構成，其既可以作為電池的容器，又可以 作為電池的負極。碳鋅電池是從液體Leclanche電池發展而 來。傳統或-般型碳鋅冑池以氣化録為電解質；超級或高能碳 鋅電池舰常7C使用氯化鋅為電解質的碳鋅電池，是一般廉價 電池的改良版碳鋅電池的正極主要是由粉末狀的二氧化猛和 3 M418394 100年4月14日替換頁 碳構成。電解液是把氯化鋅和氯化銨溶於水中所形成的糊狀溶 液。碳鋅電池是最便宜的原電池，因此成為很多廠商的首選， 因為這些廠商所銷售的設備中常常需要配送電池。鋅碳電池可 以用於遙控器、閃光燈、玩具或電晶體收音機等功率不大的設 備0
然而’當碳鋅電池使用一段時間以後，由於金屬鋅被氧化 成為鋅離子，鋅外殼會逐漸變薄。因此，氯化鋅溶液常常可以 從電池中汽漏出來。洩漏出來的氯化鋅往往會使電池表面變 粘。一些老的電池沒有洩漏保護。鋅碳電池的使用壽命比較 短，保存期一般為一年半。另外，就算電池沒有使用，電池内 的氯化銨有弱酸性，可以與辞反應，鋅外殼也會慢慢的變薄。 現在3C產業常提到的鋰電池其實是鋰鈷電池，廣義的可 充放鐘電池疋才曰由一個石墨負極、一個採用姑、猛或碟酸鐵的 正極、以及-種用於傳驗離子的電解液所構成。而一次_ 子電池則可赌金屬或者嵌崎料作為負極。㈣池產業發展 2〇多年來—錢巾在3C產業為主，鮮少顧在市場經濟規模 =大的儲肺動力電池（咖料較大賴）市場，這市場涵 3電動車、油電混合車、中大型肥、太陽能、大型儲能 機用雷^手工具、電動摩托車、電動自行車、航太設備與飛 ’領域。其主要棚是過去鐘電池的錄正極材 4 M418394 100年4月14日替換頁 料（LiC〇〇2 ’就是現在最常見的鐘電池），無法應用在需要大 電流、南電堡、尚扭力以及具有受穿刺、衝撞和高溫、低溫 等條件等特殊環境，更重要的是，因無法滿足人們對安全的絕 對要求而飽受詬病。 同時’鋰鈷電池也無法達到快速充電與完全避免二次污染 等目的’而且’ -定要設計保護電路以防止過度充電或過度放 電’否則就會造成爆炸等危險，甚至出現如S〇ny電池爆炸導 致全球品牌NB業者投下鉅資回收的情況。 另外，始的價格愈來愈咼昂，全球銘元素最大生產國剛 果，戰亂紛擾多，導致鈷元素價格不斷升高。鋰鈷電池的粉體 因鈷元素價格不斷上漲，現在已從原先的每公斤40美元漲價 到60〜70美元。磷酸經鐵粉體依品質好壞，每公斤售價在3〇〜6〇 美元。 鎳風電池的設計源於錄鑛電池。1982年美國ovONIC公 司請求儲氫合金用於電極製造之專利，使得此一材料受到重 視，繼之為1985年荷蘭飛利浦公司突破了儲氫合金在充放電 過程中容量衰減的問題終使鎳氫電池脫穎而出。目前在日本有 8家以上鎳氫電池製造廠，德國，美國，香港，台灣亦有鎳氫 電池生產’市場反應良好。而且鎳氫電池所造成之污染，會比 含有録之錄録電池小很多，因此’目前鎳鎮電池已逐漸被鎳氫 5 100年4月14曰替換頁 電池取代。 料電池（Fuelcell)是—種使用燃料進行化學反應產生 ^力概置，最早於1839年由英國的G職所創作。最常見 疋以虱氧為祕㈣子交換難料電池，由於燃料價格平宜， 加上對人财轉危險、對魏無害，發紐產钱水和敎， 歷年代剌在美國軍方，後於1965年細於美國雙子星座 計劃雙子星座5號飛船，在也有—些筆記型電腦開始研究使 用燃料電池。但由於產生的電量太小，且無法瞬間提供大量電 能，只能用於平穩供電上。燃料電池是一個電池本體與燃料箱 組合而成的動力機制。燃料的選擇性非常高，包括純氣氣、甲 醇、乙醇、天然氣’甚至於現在運用最廣泛的汽油，都可以做 為燃料電池的燃料。 不論是新型強調環保的碳鋅電池、驗性電池及二次電池， 在製程上還是會使用少量的果或其他重金屬如銘等，而且在原 料及制程上使用具污染性的物質’對環境以及人體都具有較大 危害。 目前應用廣泛的链電池屬不穩定的電化學襄置，若製作過 程、封裝不當、運作於低負載，都可能會引起爆'炸。因此需要 多重複雜的保護機制’比如包括保護電路、排氣孔、隔離膜等， 其中保護電路用於防止過充、過放、超載、過熱；排氣孔用於 100年4月14曰替換頁 避免電池内部壓強過大；隔離膜具有較高的抗穿刺強度，以防 止内部短路，且在電池内部溫度過高時還能融化，阻止鐘離子 通過’阻滯電池反應，升高内阻(至2也）。 鋰電池的正極（如：Ι^·χ(：0〇2)、負極（Lixc)主要原料 鋰礦越來越少，使其價格快速上漲。 鋰電池在溫度稍咼之室外或環境之下效能與壽命皆開始 快速降減。 鎳鑛電池或鎳氫電池因具有記憶效應，很容易因充放電不 良，而造成可用容量降低。 【新型内容】 本創作的目的是提供一種電池。 山為解決上述問題，本創作實施例提供了一種電池，其包括 =精棒丨正極結構、隔離結構、負極結構以及外殼，所述正極 W 3 °構、負極結構以及外殼依次地環繞所述碳精棒， '、中斤述正負極結構令的至少之一包括葉綠素。 、根據本_的—優選實施例，所述負極結構包括導電材料 層以及負極材料層，財負極材料層形成在導電材料層上。 】作的一優選實施例，所述導電材料層的面積為 5cmX5cm ° ' 據本句作的-優選實施例，所述隔離結構包括第一隔離 100年4月14日替換頁 膜*二隔離膜，且所述第二隔離膜設置於所述第一隔離膜 之上。 、 根據本創作的-優選實施例，所述第1_與第 膜的面積分别為5cmX5cm。 根據本創作的一優選實施例’所述正極結構包括導電高分 子膜以及奈米導電高分子粉末層，且所述奈米導電高分子粉末 層設置在導電高分子膜上。 根據本創作的一優選實施例，所述奈米導電高分子粉末層 包含奈米導電高分子粉末與葉綠素粉末。 根據本創作的一優選實施例，所述導電高分子膜具有孔 隙。 根據本創作的一優選實施例，所述孔隙的大小為 3A〜1000A。 根據本創作的一優選實施例，所述導電高分子膜的面積為 5cmXl〇cm ° 根據本創作的一優選實施例，所述奈米導電高分子粉末與 葉綠素粉末的重量和為0.1克。 根據本創作的一優選實施例，所述外殼為一紙管。 本創作實施例的電池可利用其正、負極結構中的葉綠素即 可進行儲氫從而達到供電的目的。亦即，在電池之氧化還原反 M418394 100年4月14日替換頁 應中，當葉綠素因其中之鎮離子脫離而形成脫鎂葉綠素 (pheophytm)之際’出缺鎂的部份即能結合兩個氫離子，故 能儲氫。且由於本創作的電池採用天然的環保物質代替傳統電 . 池中的污染成分，用完即使丟棄也不會對環境造成污染，環保 . 程度遠勝於傳統電池。 【實施方式】 下面結合附圖和實施例對本創作實施例進行詳細說明。 圖1緣示為本創作一實施例所揭示的電池的結構示意 圖。如圖1所示，本創作實施例提供了一種電池1〇〇，其包括 碳精棒110、正極結構120、隔離結構13〇、負極結構14〇以 及外殼150。其中正極結構、隔離結構13〇、負極結構⑽以 及外殼150依次地環繞碳精棒11()。 圖2繪示為圖1所示的負極結構的結構示意圖。如圖2所 示，負極結構140包括導電材料層141以及負極材料層142， 其中負極材料層142可形成在導電材料層141之上。 具體地，導電材料層141由導電材料而製成。導電材料可 以是金屬、金屬化合物解電高分子材料。金屬可以選自紹和 /或金。金屬化合物可以選自一氧化链、氧化辞和氧化射的 -種或多種。導電高分子材料選自_或芳香族雜環化合物。 根據本創作的-優選實施例，導電高分子材簡自以下化合物 9
種或多種··聚乙块、聚芳香烴乙烯、聚齡、聚苯胺、 ‘、、落聚比洛和上述化合物的衍生物。此外，導電材料層的 面積可設定為5cmx5cm。 負極材料層H2主要以葉綠素作為負極材料，其中負極材 ^曰142的製備是將葉綠素與高聚體溶液依照I]軸例進行 ^和’然後以磁石授拌機以6〇轉/分的速率授拌大約！個小 ’’再利用塗佈機塗佈在導電材料層141上，其中塗佈的厚度 、·、、為5mni最後，將上述結構放置人賊度的烤箱中 烤大約6分鐘從而在導電材料層⑷上形成負極材料層。 葉綠素可以為葉綠素a、葉綠素b、騎素d和、葉綠素 2葉綠素d、及葉綠素e中的—種或多種。葉綠素可以為粉 狀歧狀。所採用的葉綠素已去除葉綠素氧化酶。 高聚體溶液具有黏合_，朗此_並_導電材料層 之物理及蝴推，使得負極_⑷更軸科電材料層 外’高聚體溶液的導電度為_磁m。高聚體溶 =:、鎂、㈣、鐘及辞元素之一種或數種。高聚 還胁調制導電材料層141的功函數，俾使正負電極間 之電位差旎達致所欲之伏特數，如。 ㈣液可以由金屬離子與各類酸根離子的化合物、高 讀_細成。咖⑽咖的高聚體。 M418394 100年4月14日替換頁 葡萄糖的高聚體可以為植物澱粉，如為馬铃麵粉、菱角澱 粉、玉米殿粉、地瓜粉、蓮藕;殿粉、芬末粉和葛根粉中的一種 或多種。金麟子與各紐根離子的化合物可叫碳酸舞。金 屬離子與各麵_子的化合物可叫天舰物化學成分。天 然植物化學胁包括木齡類、絲糖、錄 鳴、麟酸、_内醋、兒茶素、p榖固醇、二= 生物驗類。溶劑可以為帶極性、PH值大於3之溶劑，例如： 水、海水、茶、咖啡、果汁或者酒等等。高聚體溶液的pH值 優選為5.5·8。高聚體溶液還可以包括維生素，例如維生素d。 負極、纟。構140可製成膜片狀，從而提高葉綠素的使用量， 增大接觸面積以提高電池的反應面積等。此外，本領域技術人 員可理解的疋’本創作還可以藉由任何已知技織高葉綠素的 使用量增大接觸面積以提高電池的反應面積等。 —圖3繞示為圖！所示的隔離結構的結構示意圖。如圖3所 不’隔離結構130包括第一隔離膜131以及第二隔離膜132， 其中第二隔離膜Π2設置在第一隔離膜131之上。第一隔離膜 131與第二隔離膜132均分別採用高纖維材質而製成，其中高 纖維材質可物_，_包括玻魏、棉紙、宣紙及絹紙等， 且而纖維材質孔隙大小優選為叫m〜iem。優選地，第一隔 離膜131與第二隔離膜132的面積亦分別為5滅5啦。 M418394 100年4月14日替換頁 此外第-隔離膜131吸附有有機或無機鹽類水溶液，其 中有機或無_類水轉電度為iGms/em 5⑽減爪。而 第隔離膜132吸附有有機鹽類與葉綠素的水溶液。有機鹽類 為ts鐘的有機鹽類。有機或無機鹽類選自包含以下離子化合 ，·物中的一種或多種··蛾化納、氯化納和氫氧化納。 ® 4'會不為圖！所不的正極結構12〇的結構示意圖。如圖 > 4所示’正極結構12〇包括導電高分子膜⑵以及奈米導電高 刀子泰末層122’其中奈米導電高分子粉末層122設置在導電 间分子膜121上。導電高分子的材料選自雜環或芳香族雜環化 合物。優選地，導電高分子的材料選自以下化合物中的一種或 多種.聚乙炔、聚芳香烴乙烯、聚嗔吩、聚笨胺、聚轉、聚 轉和上述化合物的衍生物。此外，導電高分子膜的面積為 5cmXl〇cm，且具有3A〜1000A的孔隙。 > 奈米導電高分子粉末層122包括葉綠素粉末，此外，奈米 導電高分子粉末層122可進-步包括奈料電高分子粉末其 可藉由在導電高分子膜m上塗佈奈米導電高分子粉末以及 葉綠素粉末_成，且奈料電高分子粉末與魏素粉末的重 量和約0.1克。 外殼150可為-紙管，用以包覆上述碳精棒11〇、正極結 構120、隔離結構130以及負極結構14〇。 12 M418394 100年4月14日替換頁 在本實施例中，負極結構14〇與正極結構12〇中均包含有 葉綠素，因此，電池1〇〇工作時，負極結構14〇巾的葉綠素及 正極結構層12〇中的葉綠素會因接收光線或遇到溶液而產生 電子或空穴，從而在電池100的正極結構120與負極結構140 .之間形成電位差以提供持續的電流。也就是說，本創作的電池 .1⑻^極結構極結構12Q中的葉綠絲 • 來源來提供電能。優選地，負極結構HO中的葉綠素與正極結 構120巾的葉綠素具有不同之功函數(w〇rkfUncti〇ns)。 雖然在本實施例中’負極結構140與正極結構120中均包 含有葉綠素’但是，本領域技術人員可以理解的是，本創作所 揭示的電池，亦可儘在負極結構140中設置葉綠素，或者僅在 正極結構12〇中設置葉綠素，以利用葉綠素作為能量來源而使 電池提供電能。 _ 5繪示為本創作一實施例所揭示之電池的製作方法的 流程圖。如圖5所示，上述電池的製作方法包括以下步驟： 步驟S1 :以碳精棒捲繞正極結構； 步驟S2 :捲繞隔離結構； 步驟S3 :捲繞負極結構；以及 山步驟S4 :將捲繞了正極結構、隔離結構以及負極結構的 碳精棒套入紙管中從而完成電池的製作。 13 M418394
100年4月14日替換頁 本創作所揭示的電池可利用其正、負極結構中的葉綠素即 可進行储氫從而達到供電的目的。優選地，所述正、負極結構 皆包含葉綠素，但具有不同之功函數（work ^此〇113 )。亦即， 在電池之氧化還原反應中，當葉綠素因其中之鎂離子脫離而形 成脫鎂葉綠素（pheophytin)之際，出缺鎂的部份即能結合兩 個氫離子，故能儲氫。此外由於本創作的電池採用天然的環保 物質代替舰電池㈣污染成分，収即使丟棄也不會對環境 造成污染，環保程度遠勝於傳統電池。 “需要指出的是，在本創作實施例中提到的“第一”、 “第二”等㈣僅是根據需要採㈣文字符號，在實務中 並不限於此，並且該文字符號可以互換使用。 上文所揭露之主題可被認爲是說明性的而不是限制 性的，且義_中請專·_蓋屬於本創作之 神和範嘴内之所有修改、改進和其他實施例 因此 精 在法 ^允=最大範圍’可藉由對所附中請專利制和其均等 = 許可之轉來確定摘作之齡且並不受至Γ 述實施方式的詳細描述的局限或限制。 【圖式簡單說明】 入本本創作的進-步理解，且附圖併 二;書的-部份。附圖說明本創 圖1是本創作一實施例所揭示的電池的結構示意圖。 M418394 100年4月14日替換頁 圖2繪示為圖1所示的負極結構的結構示意圖。 圖3繪示為圖1所示的隔離結構的結構示意圖。 圖4繪示為圖1所示的正極結構的結構示意圖。 圖5繪示為本創作一實施例所揭示之電池的製作方法的 流程圖。 【主要元件符號說明】 100 :電池 110 :碳精棒 120 :正極結構 121 :導電高分子膜 122 :奈米導電高分子粉末層 130 :隔離結構 131 :第一隔離膜 132 :第二隔離膜 133 :電解質材料 140 :負極結構 141 :導電材料層 142 :負極材料層 150 :外殼 SI、S2、S3、S4 :步驟 15