专利名称：边缘封装燃料电池模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种边缘封装燃料电池模块，尤其涉及一种可有效防止燃料泄漏的边缘封装燃料电池模块。
背景技术：
燃料电池(Fuel Cell)是一种利用甲醇或氢气等燃料和氧气进行氧化还原反应来产生电力的装置。为了使燃料电池产生电化学反应(或氧化还原反应)，燃料及氧气必须分别经由适当的通道进入燃料电池之中。举例来说，以氢气0 )作为燃料的燃料电池而言， 氢气0 )及氧气会分别经由阳极气体扩散层及阴极气体扩散层被输送至膜电极组的阳极反应侧(或阳极触媒层)及阴极反应侧(或阴极触媒层)来进行氧化还原反应，以产生电力输出。在此，阳极反应侧及阴极反应侧的氧化还原反应是分别如下所示阳极反应侧H2— 2H++2e"阴极反应侧l/202+2H++2e_— H2O如上所述，倘若阳极反应侧的氢气(H2)以及阴极反应侧的氧气泄漏至燃料电池的外部或阳极反应侧的氢气(H2)以及阴极反应侧的氧气彼此泄漏混合，则可能会导致燃料电池的效能变差或甚至发生爆炸等危险情形。因此，为了确保阳极反应侧的氢气(H2)以及阴极反应侧的氧气不会泄漏至燃料电池的外部以及不会彼此泄漏混合，边缘封装元件已经被广泛地应用于燃料电池之中。然而，公知的燃料电池模块的边缘封装元件具有粘着力及支撑强度不足的缺点， 如此容易导致燃料及氧气泄漏至燃料电池模块的外部以及发生彼此泄漏混合的现象。
发明内容
本发明基本上采用如下所详述的特征以为了要解决上述的问题。也就是说，本发明包括一膜电极组，具有一质子交换膜、一阳极触媒层及一阴极触媒层，其中，该质子交换膜位于该阳极触媒层与该阴极触媒层之间；一阳极气体扩散层；一阴极气体扩散层；一阳极边缘封装元件，连接于该膜电极组的该阳极触媒层与该阳极气体扩散层之间；以及一阴极边缘封装元件，连接于该膜电极组的该阴极触媒层与该阴极气体扩散层之间，并且于该膜电极组外缘与该阳极边缘封装元件互相粘着。同时，根据本发明的边缘封装燃料电池模块，该阳极边缘封装元件及该阴极边缘封装元件分别具有一基材层及两粘着层，该基材层成型于所述粘着层之间，该阳极边缘封装元件借由所述粘着层连接于该膜电极组的该阳极触媒层与该阳极气体扩散层之间，以及该阴极边缘封装元件借由所述粘着层连接于该膜电极组的该阴极触媒层与该阴极气体扩散层之间。又在本发明中，该基材层可由一纤维材料或薄膜所制成。又在本发明中，该纤维材料包括玻纤布、尼龙布、聚酯布或克维拉纤维纸。又在本发明中，该薄膜包括一聚酯膜或一聚碳酸酯膜。
又在本发明中，所述粘着层由一热塑性材料或一热固性材料所制成。又在本发明中，该热塑性材料包括改性聚酯膜、聚偏氟乙烯、含氟热塑性弹性体、 芳香烃高分子聚合物、改性聚乙烯、改性聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯、热塑性弹性体或芳香族聚烯胺。又在本发明中，该热固性材料包括环氧树脂或硅树脂。本发明可以有效避免燃料以及氧气泄漏至边缘封装燃料电池模块的外部以及彼此泄漏混合，并且可避免多个边缘封装燃料电池模块组装成一燃料电池堆时发生组装对位不良的情形。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合所附附图做详细说明。
图1显示本发明的边缘封装燃料电池模块的剖面示意图；图2显示本发明的边缘封装燃料电池模块的阳极边缘封装元件或阴极边缘封装元件的一种制造方式示意图；图3显示本发明的边缘封装燃料电池模块的阳极边缘封装元件或阴极边缘封装元件的另一种制造方式示意图；图4显示本发明的边缘封装燃料电池模块的阳极边缘封装元件或阴极边缘封装元件的再一种制造方式示意图；以及图5显示本发明的边缘封装燃料电池模块的制造方式示意图。其中，附图标记说明如下100 边缘封装燃料电池模块
110 膜电极组
111 . 质子交换膜
112 . 阳极触媒层
113 . 阴极触媒层
120 阳极气体扩散层
130 阴极气体扩散层
140、140’ 阳极边缘封装元件
150、150， 阴极边缘封装元件
160 卷状材料
161 . 基材层
161， 基材层卷状材料
162 . 粘着层
162， 粘着层卷状材料
171 . 上热压滚轮
172 . 下热压滚轮
180 卷收轴
191、191a 离型膜
191， 离型膜卷状材料192 第一离型纸193 第二离型纸201 上压合治具202 下压合治具301 上叠板治具302 下叠板治具
具体实施例方式配合
本发明的优选实施例。请参阅图1，本实施例的边缘封装燃料电池模块100主要包括有一膜电极组110、 一阳极气体扩散层120、一阴极气体扩散层130、一阳极边缘封装元件140及一阴极边缘封装元件150。膜电极组110具有一质子交换膜111、一阳极触媒层112及一阴极触媒层113。质子交换膜111是位于阳极触媒层112与阴极触媒层113之间。在此，边缘封装燃料电池模块100的氧化与还原反应乃是分别在阳极触媒层112与阴极触媒层113处进行，而质子则是经由质子交换膜111从阳极触媒层112传递至阴极触媒层113。阳极气体扩散层120及阴极气体扩散层130是分别用来输送燃料与氧气至阳极触媒层112及阴极触媒层113，并且阳极气体扩散层120及阴极气体扩散层130可用来传导氧化还原反应所产生的电流。阳极边缘封装元件140是连接于膜电极组110的阳极触媒层112与阳极气体扩散层120之间。阴极边缘封装元件150是连接于膜电极组110的阴极触媒层113与阴极气体扩散层130之间。特别的是，于膜电极组110的外缘处，阴极边缘封装元件150贴合于阳极边缘封装元件140。在本实施例之中，阳极边缘封装元件140及阴极边缘封装元件150乃是具有完全相同的构造，并且其分别具有一基材层161及两粘着层162。基材层161是成型于两粘着层162之间，并且基材层161可具有适当的支撑强度以及可挠性。在此，基材层161可以由一纤维材料或薄膜所制成。举例来说，该纤维材料可以包括玻纤布(fiber glass cloth)、 尼龙布(nylon cloth)、聚酯布(polyester cloth)或克维拉纤维纸(Ke ν Iar paper)。此外，基材层161也可以由一聚酯膜(polyester film)或一聚碳酸酯膜(polycarbonate film)所构成。另外，粘着层162可以由一热塑性材料或一热固性材料所制成。举例来说， 该热塑性材料包括改性聚酯膜、聚偏氟乙烯(PVDF)、含氟热塑性弹性体(thermoplastic f luoroe lastomer s)、芳香经高分子聚合物(aromatic condensationpo lymer s)、改性聚乙烯(modified polyethylene)、改性聚丙烯(modifiedpolypropylene)、聚乙烯 (polyethylene)、聚丙烯、热塑性弹性体(thermoplasticelastomers)或芳香族聚烯胺(aromatic polyamides)，而该热固性材料包括环氧树脂(印oxy resin)或硅树脂 (silicone)。此外，本实施例的阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150可以由下列几
5种方法所制造。请参阅图2，与基材层161的成份相同的一基材层卷状材料161’以及与粘着层162 的成份相同的两粘着层卷状材料162’可以经由一上热压滚轮171与一下热压滚轮172的加热加压滚制而形成阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150。在此，粘着层162必须被施加适当的温度与压力才能具有粘着性，因而才能与基材层161结合成一体。然后，阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150可以借由一卷收轴180的转动而被收集起来。 最后，被收集起来的阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150可以经由适当的裁切而被应用于边缘封装燃料电池模块100之中。请参阅图3，基材层卷状材料161’以及两卷状材料160(由粘着层卷状材料162’ 与离型膜卷状材料191’先预贴合制成)可以经由上热压滚轮171与下热压滚轮172的加热加压滚制而形成含有两离型膜(backing sheet) 191的一阳极边缘封装元件140’或一阴极边缘封装元件150’。在此，粘着层卷状材料162’是与离型膜卷状材料191’预先贴合在一起。值得注意的是，离型膜卷状材料191’或离型膜191主要是用来维持粘着层卷状材料 162’或粘着层162在贴合时的厚度稳定。同样地，粘着层162必须被施加适当的温度与压力才能具有粘着性，因而才能与基材层161结合成一体。接着，阳极边缘封装元件140’或阴极边缘封装元件150’可以借由卷收轴180的转动而被收集起来。然后，当被收集起来的阳极边缘封装元件140’或阴极边缘封装元件150’需要被使用时，可将其上的离型膜191 撕除掉，因而即可形成阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150。最后，阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150可以经由适当的裁切而被应用于边缘封装燃料电池模块100之中。此外，离型膜191可以是一 PET膜的形式。请参阅图4，一基材层161、两粘着层162及两离型膜191可以置于一上压合治具 201与一下压合治具202之内，经加热压合而结合在一起。同样地，用来维持粘着层162的外观稳定的离型膜191可以被撕除掉，因而即可形成阳极边缘封装元件140或阴极边缘封装元件150。另外，本实施例的边缘封装燃料电池模块100可以由下列的方法所制造。请参阅图5，一膜电极组110、一阳极边缘封装元件140、一阴极边缘封装元件150、 一阳极气体扩散层120、一阴极气体扩散层130、两离型膜191a、两第一离型纸192及多个第二离型纸193依图5所示的顺序置于一上叠板治具301与一下叠板治具302内。在此，第一离型纸192及第二离型纸193乃是用来克服上叠板治具301与下叠板治具302的公差， 以及离型膜191a可用来促进第一离型纸192与(阳极边缘封装元件140及阴极边缘封装元件150的)粘着层162之间的剥离。然后，含有上叠板治具301与下叠板治具302的上述半成品是被置入一热压机(未显示)中进行热压合。接着，在热压合完成后，移除上叠板治具301、下叠板治具302、第一离型纸192、第二离型纸193及离型膜191a，即可完成本实施例的边缘封装燃料电池模块100。如上所述，在本实施例之中，阳极边缘封装元件140是借由其两粘着层162连接 (粘着)于膜电极组110的阳极触媒层112与阳极气体扩散层120之间，以及阴极边缘封装元件150也是借由其两粘着层162连接(粘着)于膜电极组110的阴极触媒层113与阴极气体扩散层130之间。同时，阳极边缘封装元件140及阴极边缘封装元件150彼此在膜电极组110外缘处还贴合在一起，以及阳极边缘封装元件140及阴极边缘封装元件150中的基材层161又可提供适当的支撑强度，因此，即使当边缘封装燃料电池模块100经过长时间的放电使用后，其阳极边缘封装元件140及/或阴极边缘封装元件150也不会因为粘着力或支撑强度不足而从膜电极组110与阳极气体扩散层120之间分离及/或从膜电极组110与阴极气体扩散层130之间分离，因而可以确保边缘封装燃料电池模块100的气密性，进而可以有效避免阳极反应侧(或阳极触媒层11 的燃料以及阴极反应侧(或阴极触媒层113) 的氧气泄漏至边缘封装燃料电池模块100的外部以及彼此泄漏混合。另外，阳极边缘封装元件140及阴极边缘封装元件150可有效针对膜电极组110、阳极气体扩散层120及阴极气体扩散层130加以固定，因而可避免多个边缘封装燃料电池模块100组装成一燃料电池堆时发生组装对位不良的情形。 虽然本发明已以优选实施例揭示于上，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，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种边缘封装燃料电池模块，包括一膜电极组，具有一质子交换膜、一阳极触媒层及一阴极触媒层，其中，该质子交换膜位于该阳极触媒层与该阴极触媒层之间； 一阳极气体扩散层； 一阴极气体扩散层；一阳极边缘封装元件，连接于该膜电极组的该阳极触媒层与该阳极气体扩散层之间；以及一阴极边缘封装元件，连接于该膜电极组的该阴极触媒层与该阴极气体扩散层之间， 并且于该膜电极组外缘与该阳极边缘封装元件互相粘着，其中，该阳极边缘封装元件及该阴极边缘封装元件分别具有一基材层及两粘着层，该基材层成型于所述粘着层之间，该阳极边缘封装元件借由所述粘着层连接于该膜电极组的该阳极触媒层与该阳极气体扩散层之间，以及该阴极边缘封装元件借由所述粘着层连接于该膜电极组的该阴极触媒层与该阴极气体扩散层之间。
2.如权利要求1所述的边缘封装燃料电池模块，其中，该基材层由一纤维材料或薄膜所制成。
3.如权利要求2所述的边缘封装燃料电池模块，其中，该纤维材料包括玻纤布、尼龙布、聚酯布或克维拉纤维纸。
4.如权利要求2所述的边缘封装燃料电池模块，其中，该薄膜包括一聚酯膜或一聚碳酸酯膜。
5.如权利要求1所述的边缘封装燃料电池模块，其中，所述粘着层由一热塑性材料或一热固性材料所制成。
6.如权利要求5所述的边缘封装燃料电池模块，其中，该热塑性材料包括改性聚酯膜、 聚偏氟乙烯、含氟热塑性弹性体、芳香烃高分子聚合物、改性聚乙烯、改性聚丙烯、聚乙烯、 聚丙烯、热塑性弹性体或芳香族聚烯胺。
7.如权利要求5所述的边缘封装燃料电池模块，其中，该热固性材料包括环氧树脂或硅树脂。
全文摘要
本发明公开了一种边缘封装燃料电池模块，包括一膜电极组、一阳极气体扩散层、一阴极气体扩散层、一阳极边缘封装元件及一阴极边缘封装元件。膜电极组具有一质子交换膜、一阳极触媒层及一阴极触媒层。质子交换膜位于阳极触媒层与阴极触媒层之间。阳极边缘封装元件连接于膜电极组的阳极触媒层与阳极气体扩散层之间。阴极边缘封装元件连接于膜电极组的阴极触媒层与阴极气体扩散层之间，并且于该膜电极组外缘与该阳极边缘封装元件互相粘着。本发明可以有效避免燃料以及氧气泄漏至边缘封装燃料电池模块的外部以及彼此泄漏混合，并且可避免多个边缘封装燃料电池模块组装成一燃料电池堆时发生组装对位不良的情形。
文档编号H01M8/22GK102347503SQ20101023993
公开日2012年2月8日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者林昱志, 赖俊邑, 赖将文, 陈竣明, 陈麒元, 黄昆福 申请人:南亚电路板股份有限公司