专利名称：复合膜电极组及其组装方法
技术领域：
本发明涉及一种复合膜电极组，尤其涉及一种以热压方式固定交换膜的复合膜电
极组。
背景技术：
参照图l，其显示公知的燃料电池的模电极组l，包括一第一电极10、一第二电极 20以及一质子交换膜30。该质子交换膜30夹设于该第一电极10以及该第二电极20之间。 该质子交换膜30与框体40之间通过螺栓2而锁固。在公知技术的工艺中，在质子交换膜 30结合该第一电极10以及该第二电极20之后，会有相当的时间暴露于空气之中，因此容易 造成质子交换膜30的水分散失而巻曲，使得螺栓2不易对准锁固质子交换膜30，并造成在 电池反应过程中的燃料泄漏。 此外，由于该质子交换膜30与框体40之间通过螺栓2而锁固，因此各元件之间具 有空隙，质子交换膜30的水分在燃料电池反应时，易因为反应产生的高热而蒸发，并从各 元件之间的空隙散失，进而使得质子交换膜30破裂。 并且，由于公知技术中质子交换膜的水分易散失且对位不易，因此当多个模电极 组并列时，公知的该等模电极组的质子交换膜彼此相连以避免质子交换膜巻曲，如此却提 高了燃料电池的制作成本。
发明内容
本发明即为了欲解决公知技术的问题而提供的一种燃料电池，包括一模电极组、 一第一固定材以及一第二固定材。模电极组包括一交换膜、一第一电极以及一第二电极。交 换膜具有一第一表面以及一第二表面。第一电极设于该第一表面之上。第二电极设于该第 二表面之上。第一固定材接触该第一表面。第二固定材接触该第二表面，其中，该第一固定 材、该第二固定材以热压合的方式与该交换膜结合，以固定该交换膜。
本发明还提供了一种复合膜电极组，包括一第一模电极组，包括一第一交换膜；
一第二模电极组，包括一第二交换膜；一第一固定材；以及一第二固定材，其中，该第一固
定材、该第二固定材以热压合的方式与该第一交换膜以及该第二交换膜结合，以固定该第
一交换膜以及该第二交换膜，该第一交换膜与该第二交换膜之间具有一间距。 本发明还提供了一种复合膜电极组组装方法，包括提供一模电极组，包括一交换
膜、一第一 电极以及一第二电极，该交换膜具有一第一表面以及一第二表面，该第一 电极设
于该第一表面之上，该第二电极设于该第二表面之上；提供一第一固定材以及一第二固定
材；热压合该第一固定材、该第二固定材以及该交换膜，以固定该交换膜，该第一固定材接
触该第一表面，该第二固定材接触该第二表面。 在本发明实施例之中，通过材料的选择与搭配，在低温状态下热压合该第一固定 材、该第二固定材以及该交换膜。由于热压合固定的工艺不需要精准的对位，因此可在制作 模电极组的工艺之后直接自动化的将第一固定材、该第二固定材以及该交换膜热压合，减少交换膜与空气接触的机会。此外，由于该第一固定材以及该第二固定材的塑性变形可确 实的填充交换膜周围的元件空隙，因此可以为交换膜提供良好的密封效果，避免交换膜的 水分散失。
图1显示公知的燃料电池的模电极组；
图2显示本发明实施例的复合膜电极组；
图3显示第一固定材的俯视图；以及
图4显示该第一软板的俯视图。
其中，附图标记说明如下:1 模电极组；2 螺栓；10 第一电极；20 第二电极；30 质子交换膜；40 框体；100 复合膜电极组；110 模电极组；111 交换膜；1111 第一表面；1112 第二表面；112 第一电极；1121 第一触媒层；1122 第一气体扩散层113 第二电极；1131 第二触媒层；1132 第二气体扩散层；120 第一固定材；130 第二固定材；140 第一软板；150 第二软板；110' 模电极组；iir 交换膜。
具体实施例方式
参照图2，其显示本发明实施例的复合膜电极组100，包括一模电极组110、一第一 固定材120、一第二固定材130、一第一软板140以及一第二软板150。 模电极组110包括一交换膜111、一第一电极112以及一第二电极113。交换膜111 具有一第一表面1111以及一第二表面1112。第一电极112设于该第一表面之上llll，第 二电极113设于该第二表面1112之上。该第一电极112包括一第一触媒层1121以及一第 一气体扩散层1122，该第一触媒层1121夹设于该交换膜111与该第一气体扩散层1122之 间。该第二电极层113包括一第二触媒层1131以及一第二气体扩散层1132，该第二触媒层 1131夹设于该交换膜111与该第二气体扩散层1132之间。 第一固定材120接触该第一表面llll，第二固定材130接触该第二表面1112。该 第一软板140覆盖该第一固定材120，该第二软板150覆盖该第二固定材130。该第一软板 140以热压合的方式结合该第一固定材120，该第二软板150以热压合的方式结合该第二固 定材130，同时，该第一固定材120、该第二固定材130以热压合的方式与该交换膜111结 合，以固定该交换膜111。 该交换膜111为一质子交换膜，在本发明的实施例中为Nafion系列质子交换膜。
该第一固定材120以及该第二固定材130的材质可以为热固性材料，例如预浸材料(Pr印reg)或环氧树脂材料。 该第一软板140以及该第二软板150的材质可以为环氧树脂材料或玻璃纤维材料 (例如，FR5)。 在上述热压合该第一软板140、该第二软板150、该第一固定材120、该第二固定材 130以及该交换膜111的步骤中，一压合压力施加于该第一固定材120、该第二固定材130、 该第一软板140、该第二软板150以及该交换膜111之上，该压合压力介于0 100kg/cm2， 一压合温度施加于该第一固定材120、该第二固定材130、该第一软板140、该第二软板150 以及该交换膜111之上，该压合温度介于50 150°C。 在公知技术的思维之中，由于认为热压合所需要的高温会蒸发交换膜中的水分而 损伤交换膜。因此并不会有以热固性材料热压合交换膜，而将交换膜固定的想法。
在本发明实施例之中，通过材料的选择与搭配，在低温状态下热压合该第一固定 材、该第二固定材以及该交换膜。由于热压合固定的工艺不需要精准的对位，因此可在制作 模电极组的工艺之后直接自动化的将第一固定材、该第二固定材以及该交换膜热压合，减 少交换膜与空气接触的机会。此外，由于该第一固定材以及该第二固定材的塑性变形可确 实的填充交换膜周围的元件空隙，因此可以为交换膜提供良好的密封效果，避免交换膜的 水分散失。 再参照图2，在本发明的实施例中，复合膜电极组100还包括模电极组110'。模电 极组110'具有一交换膜lll'。交换膜111与交换膜lll'之间形成有一间距G。由于在热 压合的过程中该第一固定材以及该第二固定材可塑性变形而填充间距G，解决了交换膜巻
曲以及定位的问题，因此交换膜iii与交换膜iir不需要彼此连接，因而降低了燃料电池
的成本。在此实施例中，该第一固定材与该第二固定材于该间距G的位置部分相结合。
图3显示第一固定材120的俯视图。该第二固定材130的结构与该第一固定材 120相同。图4显示该第一软板140的俯视图。该第二软板150的结构与该第一软板140 相同。搭配参照图2，在本发明的一实施例中，通过调整该第一软板140与该第二软板150 的厚度，可调整该第一电极112以及该第二电极113于工艺中的压縮量，进而控制复合膜电 极组100的性能。 虽然本发明已以具体的优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本 领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作出的改动与修改，因此本发明 的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
一种复合膜电极组，包括一模电极组，包括一交换膜，具有一第一表面以及一第二表面；一第一电极，设于该第一表面之上；以及一第二电极，设于该第二表面之上；一第一固定材，接触该第一表面；以及一第二固定材，接触该第二表面，其中，该第一固定材、该第二固定材以热压合的方式与该交换膜结合，以固定该交换膜。
2. 如权利要求1所述的复合膜电极组，其中，该第一电极包括一第一触媒层以及一第 一气体扩散层，该第一触媒层夹设于该交换膜与该第一气体扩散层之间，该第二电极层包 括一第二触媒层以及一第二气体扩散层，该第二触媒层夹设于该交换膜与该第二气体扩散 层之间。
3. 如权利要求1所述的复合膜电极组，其中，该第一固定材以及该第二固定材的材质 为预浸材料或环氧树脂材料。
4. 如权利要求1所述的复合膜电极组，其还包括一第一软板以及一第二软板，该第一 软板覆盖该第一固定材，该第二软板覆盖该第二固定材。
5. 如权利要求4所述的复合膜电极组，其中，该第一软板以及该第二软板的材质为环 氧树脂材料或玻璃纤维材料。
6. —种复合膜电极组，包括 一第一模电极组，包括一第一交换膜； 一第二模电极组，包括一第二交换膜； 一第一固定材；以及一第二固定材，其中，该第一固定材、该第二固定材以热压合的方式与该第一交换膜以 及该第二交换膜结合，以固定该第一交换膜以及该第二交换膜，该第一交换膜与该第二交 换膜之间具有一间距。
7. 如权利要求6所述的复合膜电极组，其中，该第一固定材以及该第二固定材的材质 为预浸材料或环氧树脂材料。
8. 如权利要求6所述的复合膜电极组，其还包括一第一软板以及一第二软板，该第一 软板覆盖该第一固定材，该第二软板覆盖该第二固定材。
9. 如权利要求8所述的复合膜电极组，其中，该第一软板以及该第二软板的材质为环 氧树脂材料或玻璃纤维材料。
10. —种复合膜电极组组装方法，包括提供一模电极组，包括一交换膜、一第一电极以及一第二电极，该交换膜具有一第一表 面以及一第二表面，该第一 电极设于该第一表面之上，该第二电极设于该第二表面之上； 提供一第一固定材以及一第二固定材；热压合该第一固定材、该第二固定材以及该交换膜，以固定该交换膜，该第一固定材接 触该第一表面，该第二固定材接触该第二表面。
11. 如权利要求io所述的复合膜电极组组装方法，其中，该第一电极包括一第一触媒层以及一第一气体扩散层，该第一触媒层夹设于该交换膜与该第一气体扩散层之间，该第二电极层包括一第二触媒层以及一第二气体扩散层，该第二触媒层夹设于该交换膜与该第 二气体扩散层之间。
12. 如权利要求IO所述的复合膜电极组组装方法，其中，该第一固定材以及该第二固 定材的材质为热固性材料。
13. 如权利要求10所述的复合膜电极组组装方法，其中，该第一固定材以及该第二固 定材的材质为预浸材料或环氧树脂材料。
14. 如权利要求10所述的复合膜电极组组装方法，其还包括 提供一第一软板以及一第二软板；以及将该第一软板覆盖该第一固定材，将该第二软板覆盖该第二固定材，其中，在热压合该 第一固定材、该第二固定材以及该交换膜的步骤中，该第一软板与该第一固定材热压合，该 第二软板与该第二固定材热压合。
15. 如权利要求14所述的复合膜电极组组装方法，其中，该第一软板以及该第二软板 的材质为环氧树脂材料或玻璃纤维材料。
16. 如权利要求14所述的复合膜电极组组装方法，其中，在热压合该第一固定材、该第 二固定材以及该交换膜的步骤中，一压合压力施加于该第一固定材、该第二固定材、该第一 软板、该第二软板以及该交换膜之上，该压合压力介于0 100kg/cm2。
17. 如权利要求14所述的复合膜电极组组装方法，其中，在热压合该第一固定材、该第 二固定材以及该交换膜的步骤中，一压合温度施加于该第一固定材、该第二固定材、该第一 软板、该第二软板以及该交换膜之上，该压合温度介于50 150°C。
18. 如权利要求14所述的复合膜电极组组装方法，其还包括调整该第一板材以及该第 二板材的厚度，以调整该第一电极以及该第二电极于工艺中的压縮量。
19. 如权利要求10所述的复合膜电极组组装方法，其中，在热压合该第一固定材、该第 二固定材以及该交换膜的步骤中，一压合压力施加于该第一固定材、该第二固定材以及该 交换膜之上，该压合压力介于0 100kg/cm2。
20. 如权利要求10所述的复合膜电极组组装方法，其中，在热压合该第一固定材、该第 二固定材以及该交换膜的步骤中，一压合温度施加于该第一固定材、该第二固定材以及该 交换膜之上，该压合温度介于50 150°C。
全文摘要
本发明公开了一种复合膜电极组及其组装方法，其中该复合膜电极组包括一模电极组、一第一固定材以及一第二固定材。模电极组包括一交换膜、一第一电极以及一第二电极。交换膜具有一第一表面以及一第二表面。第一电极设于该第一表面之上。第二电极设于该第二表面之上。第一固定材接触该第一表面。第二固定材接触该第二表面，其中，该第一固定材、该第二固定材以热压合的方式与该交换膜结合，以固定该交换膜。本发明可以减少交换膜与空气接触的机会，并可以为交换膜提供良好的密封效果，避免交换膜的水分散失。
文档编号H01M4/86GK101740790SQ20081017542
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者张维凯, 杨清森, 蔡明洲, 赖将文 申请人:南亚电路板股份有限公司