专利名称：可挠式电源供应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及可挠式电源供应器，更特别关于其供氢装置及燃料电池的设计。
背景技术：
可携式电子产品外型变化多端且生命周期短暂，因此提供一个可挠式的、可变形 的、易于外型设计的和续航力长的充电器/电源极为重要。当可携式充电器/电源置于背 包或口袋时，易因人体动作受力扭曲或变形，并破坏可携式充电器/电源，特别是燃料电池 的质子交换膜和氢气密封处。若要充电器/电源不受外力破坏，则需要刚性强的支撑机构， 但这会大幅增加可携式充电器/电源的重量和体积。由于可挠式材料的发展，燃料电池的端板、气体扩散、触媒层、及质子交换膜等组 件也慢慢成为可挠式。目前大部分的可携式电源的燃料来源可分为甲醇及氢气两大类。但， 无论采用哪一种燃料，都需要一个刚性燃料槽而非可挠性结构容纳燃料，以保证燃料在使 用时不会因外力挤压而逸出。特别是在直接使用氢气作为燃料时，保存压缩氢气的装置不 但昂贵而且危险。此外，该些刚性燃料槽也会大幅增加可携式充电器/电源的重量和体积， 大幅降低充电器/电源的可移植性及可挠性。在中国台湾专利公告号第1255579号中，提供一种可携式、且每单位体积及/或 单位重量具有高输出电功率值的燃料电池，其包含挠曲成封闭环形的电解质膜、多个彼此 相间隔地设置在电解质膜上并对应串联的反应单元，及容设在电解质膜界定出的管状空间 中的燃料供应单元，电解质膜作为离子的导体，每一反应单元具有可挠曲且设置在电解质 膜两相反面上的内反应块与外反应块，内反应块接受燃料供应单元提供的氢进行电化学反 应，外反应块接受外界的氧进行电化学反应，以产生可对外输出应用的高电压。上述燃料电 池可为挠曲成封闭环形的电解质膜，即可制成「可挠式的燃料电池」。然而上述电池的燃料 来源主要为甲醇且未揭示可挠性的氢燃料单元，仍需一刚性的燃料槽且难以避免燃料槽受 外力挤压所带来的问题。综上所述，目前仍需一可挠性充电器以应用于可携式电子产品。
实用新型内容本实用新型的目的是，提供一种可挠式电源供应器，包括可挠式燃料电池连接至 供氢装置，该供氢装置含有可塑性氢燃料；其中可挠式燃料电池为多层结构，依序为上端 板、空气流场板、两个软性电极单元、膜电极组、氢气流场板、以及下端板，且膜电极组是质 子交换膜夹设于两个触媒层之间；其中可塑性氢燃料包括固体氢化物、固体催化剂、及疏水 性高分子弹性体。本实用新型一种可挠式电源供应器，包括一可挠式燃料电池连接至一供氢装置，该供氢装置含有一可塑性氢燃料；其中该可挠式燃料电池为一多层结构，依序为一上端板、一空气流场板、两个软性 电极单元、一膜电极组、一氢气流场板、以及一下端板，且该膜电极组是一质子交换膜夹设于两个触媒层之间；其中该可塑性氢燃料包括固体氢化物、固体催化剂、及疏水性高分子弹性体。所述的可挠式电源供应器，其中，该可挠式电源供应器为一平板构造。所述的可挠式电源供应器，其中，该上端板及/或该下端板包括塑料板、橡胶板、 金属薄板或金属网板。所述的可挠式电源供应器，其中，该空气流场板或氢气流场板包括电路板、塑料 板、橡胶板或绝缘处理金属板。所述的可挠式电源供应器，其中，该膜电极组还包括一触媒层。所述的可挠式电源供应器，其中，该膜电极组包括一软性电极单元，且该软性电极 单元包括碳纤维丛聚、导电高分子、碳布、或碳纸及/或碳粉组合成的复合材料导电软块。所述的可挠式电源供应器，其中，该固体氢化物包括硼氢化物、氮氢化物、碳氢化 物、金属氢化物、硼氮氢化物、硼碳氢化物、氮碳氢化物、金属硼氢化物、金属氮氢化物、金属 碳氢化物、金属硼氮氢化物、金属硼碳氢化物、金属碳氮氢化物、硼氮碳氢化物、金属硼氮碳 氢化物或上述的组合。所述的可挠式电源供应器，其中，该固体催化剂包括钌、钴、镍、铜、铁、钌离子、钴 离子、镍离子、铜离子、铁离子、或上述的组合。所述的可挠式电源供应器，其中，该疏水性高分子弹性体包括硅胶、橡胶或硅橡 胶。所述的可挠式电源供应器，其中，该供氢装置包括塑料、橡胶、尼龙或不透气布袋。所述的可挠式电源供应器，其中，该燃料电池为一片状结构。所述的可挠式电源供应器，其中，该供氢装置为一可挠式扁平袋状结构贴附于该 片状的燃料电池。所述的可挠式电源供应器，其中，该供氢装置还包括一吸水性材料或吸水性高分子。本实用新型的有益效果是，所提供的可挠式电源供应器，由于其燃料电池及供氢 装置组成的电源供应器为可挠式片状结构，可装入随身行李或背包的口袋，装入大衣、帽 子、或衬衫等贴身衣物的口袋、或缝制于上述衣物的外侧。由于电源供应器为可挠性，即使 在受到外力碰撞或挤压亦不会破坏内部的导电接触和氢气密封处。与现有技术比较，本实 用新型电源供应器为片状而非块状或圆筒状等固定形状，不占体积且不需固定空间放置， 可有效增加其携带性。本实用新型的电源供应器可随口袋大小不同改变尺寸的设计。
图1A及图1B是本实用新型一实施例中，电源供应器的示意图；图2是本实用新型一实施例中，膜电极组的示意图；以及图3是本实用新型一实施例中，膜电极组的剖面图。主要元件符号说明1、2 端板；3空气流场板；4氢气流场板；
4[0031]5膜电极组；[0032]10燃料电池；[0033]20供氢装置；[0034]51质子交换膜；[0035]52软性电极单元[0036]53,54触媒层。
具体实施方式
本实用新型提供一种可挠式电源供应器，包括可挠式燃料电池10连接至供氢装 置20，该供氢装置20属可挠性材质且含有可塑性氢燃料。可挠式电源供应器的示意图如 图1A及图1B所示。可挠式燃料电池10的端板1及2中夹设有空气流场板3、连接至供氢 装置20的氢气流场板4、及膜电极组5。端板1及2为外壳材质如塑料板、橡胶板、金属薄 板或金属网板。空气流场板3及氢气流场板4的材质为不导电的可挠性材料，如印刷电路 板、橡胶板、塑料板、或绝缘处理金属板，该些材料不与氢气或氧气反应，在其上再附加上导 电电路可将软性电极单元的电流传至外部。膜电极组5包含软性电极单元52，其材质为软 性或可挠性导电体，如碳纤维丛聚、导电高分子、或碳纸及/或碳粉组合成的复合材料导电 软块。软性电极单元52可提供膜电极组5与空气流场板与氢气流场板上导线的软性导电 接触(即可承受变形还能维持导电的接触)。如图2所示，膜电极组5反应所产生的电由软 性电极单元52来收集并导出至空气流场板3及氢气流场板4上的导电电路。如图3所示 的膜电极组5，质子交换膜51夹设于触媒层54及53之间。氢气自供氢装置20经氢气流 场板4接触触媒层54后形成氢质子及电子，其中氢质子穿过质子交换膜51后与触媒层53 中的氧气进行反应，而电子经外接电路连接至可携式电子元件或电池。质子交换膜51可为 一般公司生产的燃料电池用的质子交换膜如购自DuPont、Dow、Gore, Asahi Glass、Asahi Chemical等公司的质子交换膜。在本实用新型一实施例中，质子交换膜51两侧可进一步 含有触媒层及/或扩散层，即市售的3或5层的膜电极组5。上述的质子交换膜51、触媒层 54、及扩散层53所组成的膜电极组为软性，在夹设至可挠性端板1及2与空气流场板3及 氢气流场板4后，即形成可挠式燃料电池。本实用新型的可塑性氢燃料的组成含有固体催化剂、固体氢化物、及疏水性 高分子弹性体。固体氢化物可为硼氢化物如NaBH4、LiBH4、Ca(BH4)2、Mg(BH4)2、KBH4、或 A1 (BH4) 3、金属氢化物如LiH、NaH、MgH2或CaH2、硼氮氢化物如氨硼烷、乙硼烷、二氨乙硼烷、 H2B(NH3)2BH4、聚氨基硼烷、环硼氮烷、吗啉硼烷、硼烷-四氢呋喃、或上述的组合。固体催化 剂系含有钌(Ru)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钌离子、钴离子、镍离子、铜离子、铁离 子、或上述的组合的催化剂。疏水性高分子弹性体包括硅胶、橡胶、或硅橡胶。将固体催化 剂及固体氢化物高速球磨后，再加入疏水性高分子弹性基材，便形成可塑性氢燃料，其详细 成份配比及作法可参考中国台湾专利申请号第98108205号。将上述的可塑性氢燃料置于供氢装置20后，连接至氢气流场板4。将水加入供氢 装置20后，即可形成氢气。供氢装置20为一可挠式的包装如塑料、橡胶、尼龙、或不透气布 袋。在本实用新型一实施例中，燃料电池10为一可挠式的片状结构，而供氢装置20为一可 挠式扁平袋状结构，可贴附于上述的可挠性燃料电池。在此实施例中，可塑性氢燃料为一片状结构，其尺寸略小于可挠袋状的供氢装置20。可塑性氢燃料在平常收纳时卷成圆筒状并 置于防水袋中，要使用前再摊平展开置入供氢装置20，加水后即可产生氢气。由于上述的燃 料电池10及供氢装置20组成的电源供应器为可挠式片状结构，可装入随身行李或背包的 口袋，装入大衣、帽子、或衬衫等贴身衣物的口袋、或缝制于上述衣物的外侧。由于电源供应 器为可挠性，即使在受到外力碰撞或挤压亦不会破坏质子交换膜或氢气密封处。与现有技 艺比较，此实施例的电源供应器为片状而非块状或圆筒状等固定形状，相较之下不占体积 且不需固定空间放置，可有效增加其携带性。可以理解的是，本实用新型的电源供应器可随 口袋大小不同改变尺寸的设计。为了使供氢装置20内的水不致流入燃料电池10中，可进一步在供氢装置内侧缝 入高吸水材料或吸水性高分子如聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚环氧 乙烷、淀粉接枝共聚物、或橡胶共混物。如此一来，加入供氢装置内的水将形成不流动的水 胶状，而可塑性氢燃料接触水胶后将会吸出水并反应形成氢气。为了让本实用新型的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实 施例配合所附图示，作详细说明如下实施例燃料电池的质子交换膜为商购产品Dupont NRE211。触媒层和扩散层为合在一起 的商购产品(⑶E BASF(E-tek)LT121EW)，将其剪裁至如空气流场板和氢气流场板上金属导 电电路电极的大小。将质子交换膜(商购产品为Dupont NRE211)与触媒层/扩散层(GDE BASF(E-tek)LT121EW，产品上已有结合剂)以热压方式压合形成膜电极组5，热压条件为 130-140°C持压一分钟。取可挠的导电碳布剪裁其大小使其符合空气流场板和氢气流场板 上金属导电电极的大小，即本实用新型的软性电极单元52。将膜电极组、软性电极单元、空 气流场板、和氢气流场板、选择性地加上端版(非必要)后，以快干胶粘合固定，并维持膜电 极组、软性电极单元和空气/氢气流场板上的导电电路为导电状态，四周再以软胶封住。空 气流场板侧直接接触空气。氢气流场板侧则衔接至可挠袋状的供氢装置，衔接处以快干胶 粘合再以软胶封口，并以薄钢片将衔接处固定起来，形成外围有铁框的可挠式电源供应器。虽然本实用新型已以多个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型， 任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此 本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求一种可挠式电源供应器，其特征在于包括一可挠式燃料电池连接至一供氢装置，该供氢装置含有一可塑性氢燃料；其中该可挠式燃料电池为一多层结构，依序为一上端板、一空气流场板、两个软性电极单元、一膜电极组、一氢气流场板、以及一下端板，且该膜电极组是一质子交换膜夹设于两个触媒层之间；其中该可塑性氢燃料包括固体氢化物、固体催化剂、及疏水性高分子弹性体。
2.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该可挠式电源供应器为一平 板构造。
3.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该上端板及/或该下端板包括 塑料板、橡胶板、金属薄板或金属网板。
4.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该空气流场板或氢气流场板 包括电路板、塑料板、橡胶板或绝缘处理金属板。
5.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该膜电极组还包括一触媒层。
6.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该疏水性高分子弹性体包括 硅胶、橡胶或硅橡胶。
7.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该供氢装置包括塑料、橡胶、 尼龙或不透气布袋。
8.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该燃料电池为一片状结构。
9.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该供氢装置为一可挠式扁平 袋状结构贴附于该片状的燃料电池。
10.如权利要求1所述的可挠式电源供应器，其特征在于，该供氢装置还包括一吸水性 材料或吸水性高分子。
专利摘要本实用新型公开了一种可挠性电源供应器，包括一可挠式燃料电池连接至一供氢装置，该供氢装置含有一可塑性氢燃料；其中该可挠式燃料电池为一多层结构，依序为一上端板、一空气流场板、两个软性电极单元、一膜电极组、一氢气流场板、以及一下端板，且该膜电极组是一质子交换膜夹设于两个触媒层之间；其中该可塑性氢燃料包括固体氢化物、固体催化剂、及疏水性高分子弹性体。本实用新型的可挠性燃料电池为片状结构，且供氢装置为可挠性扁平袋状，两者贴附形成片状的可挠性电源供应器，可放置于衣物或行李的口袋中，或缝制于衣物如大衣帽子的外侧。
文档编号H02J7/00GK201608234SQ20092017487
公开日2010年10月13日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年4月29日
发明者太原丽子, 曹芳海, 洪剑长, 蔡幸芬, 薛展立, 许雅意, 谷杰人, 郑名山, 陈政严 申请人:财团法人工业技术研究院