專利名稱：平面型燃料電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池的結(jié)構(gòu)，且特別是涉及一種平面型燃料電池組。

背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的進步，傳統(tǒng)能源如煤、石油及天然氣的消耗量持續(xù)升高，由于天然能源的存量有限，因此必須研發(fā)新的替代能源以取代傳統(tǒng)能源，而燃料電池便是一種重要且具實用價值的選擇。
簡單來說，燃料電池基本上是一種利用水電解的逆反應(yīng)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。以質(zhì)子交換膜燃料電池來說，其主要是由薄膜電極組(membrane electrode assembly，簡稱MEA)及二電極板所構(gòu)成。薄膜電極組是由質(zhì)子交換膜(proton exchange membrance)、陽極催化劑層、陰極催化劑層、陽極氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)以及陰極氣體擴散層所構(gòu)成。其中，上述陽極催化劑層與陰極催化劑層分別配置于質(zhì)子交換膜的兩側(cè)，陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層分別設(shè)置在陽極催化劑層與陰極催化劑層之上。另外，二電極板包括陽極與陰極，其分別配置于陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層之上。
目前業(yè)界常見的質(zhì)子交換膜燃料電池是直接甲醇燃料電池(DirectMethanol Fuel Cell，簡稱DMFC)，其是直接使用甲醇水溶液當(dāng)作燃料供給源，并經(jīng)由甲醇與氧的相關(guān)電極反應(yīng)來產(chǎn)生電流。直接甲醇燃料電池的反應(yīng)式如下 陽極CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- 陰極3/2O2+6H++6e-→3H2O 反應(yīng)時，陽極會消耗1摩爾的水，陰極會產(chǎn)生3摩爾的水，而反應(yīng)所產(chǎn)生的水要立即移除，不可滯留在催化劑層的表面上，如此才能夠使燃料電池持續(xù)進行反應(yīng)，以產(chǎn)生電流。
關(guān)于燃料電池中的水管理，業(yè)界已提出多種處理方式。例如，題目為“FUEL CELL”的美國專利申請早期公開號2005/0079398A1(U.S.Pub.No.2005/0079398A1)，其內(nèi)容披露，可另外使用泵(pump)、散熱片、風(fēng)扇等裝置，將燃料電池中所產(chǎn)生的水移出。然而，這種做法會增加成本，且會造成整個組件的體積過大，而無法小型化。另外，題目為“PASSIVE WATERMANAGEMENT TECHNIQUES IN DIRECT METHANOL FULE CELLS”的美國專利申請早期公開號2004/0209154A1(U.S.Pub.No.2004/0209154A1)，其內(nèi)容披露，在陰極外側(cè)配置具有微孔的疏水材料層，使陰極的水在其間產(chǎn)生背壓，接著利用質(zhì)子交換膜兩側(cè)的壓力差，可將水滲透至陽極，使其可在燃料電池內(nèi)部循環(huán)應(yīng)用。但是，此方式容易造成水阻塞在微孔或無法回收的問題。因此，這種方法的制作難度較高，且甚至?xí)斐煽諝鉄o法順利進入，進而使燃料電池的輸出功率受到影響。
另一種關(guān)于燃料電池中的水管理為，日本專利WO 2006/101071號公報所記載的燃料電池。該專利的內(nèi)容披露，燃料電池的陰極側(cè)設(shè)置有空氣室(air chamber)，且在空氣室內(nèi)充填有保濕薄膜(humidity-holdingsheet)。保濕薄膜的作用主要是抑制陰極側(cè)所產(chǎn)生的水產(chǎn)生蒸散，進而使陰極催化劑層內(nèi)的水分儲藏量增加。通過滲透壓現(xiàn)象，可促進在陰極催化劑層中生成的水移動至陽極催化劑層。
另外，日本專利WO 2005/112172A1號公報所記載的將液體燃料氣化成分供應(yīng)給催化劑層的方式的燃料電池，其內(nèi)容披露，燃料電池的陽極結(jié)構(gòu)需要包括有燃料儲存槽、燃料氣化層以及氣化燃料收容室等，以使液體燃料可進行氣化，而在陰極側(cè)則設(shè)置有具有適當(dāng)透濕度與透氣度的保濕層，但是該保濕層為具有均勻微小孔隙的多孔材料，實際使用時極易因水氣凝結(jié)而堵住保濕層上的孔隙，進而使得氣體無法進入，影響燃料電池的輸出功率。
故從上可知，水管理是燃料電池的重要關(guān)鍵技術(shù)，因此已成為目前業(yè)界極力發(fā)展的課題之一。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種平面型燃料電池組，能夠使陰極部分的水?dāng)U散至陽極部分再使用，且制造方法簡單，以及可提高燃料的能量轉(zhuǎn)換效率。
為達到上述或其它目的，本發(fā)明提出一種平面型燃料電池組，該平面型燃料電池組包括薄膜電極組、陰極多孔集電層、陽極多孔集電層以及阻氣材料層。其中，薄膜電極組具有質(zhì)子交換膜、陽極催化劑層、陰極催化劑層、陽極氣體擴散層以及陰極氣體擴散層，而陽極催化劑層與陰極催化劑層分別配置于質(zhì)子交換膜的兩側(cè)，陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層分別設(shè)置在陽極催化劑層與陰極催化劑層上。陰極多孔集電層配置于薄膜電極組的陰極氣體擴散層一側(cè)。陽極多孔集電層配置于薄膜電極組的陽極氣體擴散層一側(cè)。另外，阻氣材料層配置于陰極多孔集電層上，且阻氣材料層中具有暴露出陰極多孔集電層表面的至少一個開孔。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述阻氣材料層的開孔率介于0.5％～60％之間。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述阻氣材料層的材質(zhì)包括聚酯類高分子或聚烯烴類高分子。其中，聚酯類高分子例如是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)或聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)。聚烯烴類高分子例如是聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)或其它可用于開孔加工的阻氣材料。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述阻氣材料層的厚度介于10μm～5mm之間。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述阻氣材料層與陰極多孔集電層之間存在間隙。如上所述，間隙的寬度介于0～1cm之間。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述阻氣材料層與陰極多孔集電層相接觸。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，進一步包括疏水性多孔材料層，其配置在陰極多孔集電層與阻氣材料層之間。該疏水性多孔材料層的材質(zhì)例如是聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚丙烯(polypropylene，PP)或聚醚砜(polyethersulfone，PES)或是表面與孔洞披覆有疏水處理的相關(guān)材質(zhì)。在一實施例中，疏水性多孔材料層全面覆蓋在陰極多孔集電層上。在另一實施例中，疏水性多孔材料層位于阻氣材料層的開孔所暴露出的陰極多孔集電層上。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述質(zhì)子交換膜的材質(zhì)例如是高分子膜。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述陽極催化劑層的材質(zhì)例如是鉑/釕合金、外鍍鉑/釕合金的碳材微?；蛲忮冦K的碳材微粒。
依照本發(fā)明實施例所述的平面型燃料電池組，上述陰極催化劑層的材質(zhì)例如是鉑合金、外鍍鉑合金的碳材微?；蛲忮冦K的碳材微粒。
本發(fā)明的平面型燃料電池組是在陰極多孔集電層上配置具有至少一個開孔的阻氣材料層，使陰極催化劑層的水可擴散至陽極催化劑層，以回收陰極催化劑層的水再利用，因此制造方式較為簡單，且所需的組件較少，所以可節(jié)省制造成本。而且，本發(fā)明不需更改現(xiàn)行燃料電池中的薄膜電極組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另一方面，本發(fā)明的平面型燃料電池組可使用高濃度的燃料來進行反應(yīng)，如此可提高燃料的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，本發(fā)明的平面型燃料電池組還包括在陰極多孔集電層與阻氣材料層之間配置疏水性多孔材料層，其可使阻氣材料層上存在極高且均勻的濕度，以便能更好地提高回水效果。
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。



圖1為依照本發(fā)明一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為依照本發(fā)明另一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3繪示了本發(fā)明平面型燃料電池組的陰極催化劑層側(cè)所產(chǎn)生的水的蒸發(fā)機制。
圖4為依照本發(fā)明又一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為依照本發(fā)明再一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記說明 100、100’、200、200’平面型 126開孔的周圍區(qū)域 燃料電池組 102薄膜電極組202、202’疏水性多孔材料層 104陰極多孔集電層 111陽極催化劑層 106陽極多孔集電層 112陽極氣體擴散層 108、108’、122阻氣材料層 113陰極催化劑層 110質(zhì)子交換膜 114陰極氣體擴散層 118、120、128蒸發(fā)路徑 116、116’、124開孔d間隙寬度
具體實施例方式 圖1為依照本發(fā)明一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖1，平面型燃料電池組100包括薄膜電極組(MEA)102、陰極多孔集電層104、陽極多孔集電層106以及阻氣材料層108。其中，薄膜電極組102具有質(zhì)子交換膜110、陽極催化劑層111、陰極催化劑層113、陽極氣體擴散層112與陰極氣體擴散層114，而陽極催化劑層111與陰極催化劑層113分別配置于質(zhì)子交換膜110的兩側(cè)，陽極氣體擴散層112與陰極氣體擴散層114分別設(shè)置在陽極催化劑層111與陰極催化劑層113上。上述陽極催化劑層111的材質(zhì)例如是鉑/釕合金(Pt/Ru)、外鍍鉑/釕合金的碳材微粒、外鍍鉑的碳材微?；蚱渌线m的材料，陰極催化劑層113的材質(zhì)例如是鉑合金、外鍍鉑合金的碳材微粒、外鍍鉑的碳材微?；蚱渌线m的材料。質(zhì)子交換膜110是用來當(dāng)作傳輸質(zhì)子的電解質(zhì)膜，質(zhì)子交換膜110的材質(zhì)例如是高分子膜，例如使用美國杜邦(DuPont)公司生產(chǎn)的Nafion膜(商品名)。
陽極多孔集電層106配置于薄膜電極組102的陽極氣體擴散層112一側(cè)。陽極多孔集電層106的材質(zhì)例如是導(dǎo)電材料，其例如使用鈦(Ti)及其合金。陰極多孔集電層104配置于薄膜電極組102的陰極氣體擴散層114一側(cè)。在本發(fā)明一實施例中，陰極多孔集電層104的材質(zhì)例如使用導(dǎo)電材料，其例如是鈦及其合金。
本實施例的平面型燃料電池組100還包括阻氣材料層108，其配置于陰極多孔集電層104上，且阻氣材料層108與陰極多孔集電層104相接觸。阻氣材料層108的材質(zhì)包括聚酯類高分子或聚烯烴類高分子。其中，聚酯類高分子例如是聚對苯二甲酸乙二酯或聚丙烯腈，聚烯烴類高分子例如是聚乙烯、聚丙烯或其它可用于開孔加工的阻氣材料。阻氣材料層的厚度例如介于10μm～5mm之間。在本發(fā)明一實施例中，阻氣材料層108的厚度例如為約100μm。阻氣材料層108的作用是控制反應(yīng)后陰極催化劑層113所產(chǎn)生的水的蒸發(fā)速率，使陰極催化劑層113的水可經(jīng)質(zhì)子交換膜110擴散至陽極催化劑層111，而使陰極催化劑層113的水可提供給陽極催化劑層111的反應(yīng)使用。
阻氣材料層108中具有暴露出陰極多孔集電層104表面的至少一個開孔，在本實施例中是以繪示有多個開孔116為例進行說明。而且，在本發(fā)明的實施例中，并不對開孔116的形狀作特別地限定。由于，本發(fā)明的平面型燃料電池組會在陰極催化劑層113進行反應(yīng)而產(chǎn)生水，因此阻氣材料層108的開孔116的尺寸必須考慮要防止造成淹水，而經(jīng)驗上要避免水引起開孔116堵塞，則開孔116的最短孔徑必須大于阻氣材料層108厚度的兩倍。亦即是，若開孔116為圓形開孔，則其直徑需大于阻氣材料層108厚度的兩倍，在本實施例中，開孔116的直徑約大于200μm；若開孔116為長方形開孔，則其短邊的長度必須大于阻氣材料層108厚度的兩倍，在本實施例中，開孔116的短邊的長度約為大于200μm。
阻氣材料層108中的整體開孔率介于0.5％～60％之間，在本發(fā)明一實施例中，阻氣材料層108的開孔率例如約為5％左右。以下將利用公式計算來詳細說明本發(fā)明阻氣材料層的開孔率的適當(dāng)性。一般而言，當(dāng)燃料電極組產(chǎn)生1安培(A)電流時，陰極催化劑層需要3.5毫升/分鐘(ml/min)的氧氣(O2)參與反應(yīng)，亦即是，大約需要17.4ml/min的空氣量，實際應(yīng)用上則至少必須將此氣體量增加1.1～4倍左右，以確保足夠的氧氣進入陰極催化劑層。阻氣材料層所具備的透氣程度可以用下面的擴散公式來估算 其中，i為單位面積產(chǎn)生的電流量，單位為(A/cm2)；n為摩爾(mole)數(shù)，在陰極催化劑層的反應(yīng)中，1摩爾氧氣對應(yīng)于4摩爾的電子，因此n值為4；F為每摩爾電子的庫侖(coul)量，其值約為96500庫侖/摩爾；D為擴散系數(shù)(diffusion coefficient)，其單位為(cm2/s)，一般在空氣中氧氣的擴散系數(shù)約為0.2～0.3cm2/s；ΔC為濃度差，單位為(mole/cm3)，在1大氣壓常溫環(huán)境中，1立方公分約有8.6×10-6摩爾的氧氣；Δy為擴散路徑長度，單位為米。以阻氣材料層厚度為1×10-2米，阻氣材料層的開孔率為1％為例，則用方程式(1)所計算出的電流值i為660mA/cm2，此值還必須除以1.1～4，而其已足夠供應(yīng)許多情況所需的發(fā)電量。
另外，請參照圖2，其為依照本發(fā)明另一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實施例的平面型燃料電池組100’與上述實施例的平面型燃料電池組100類似，惟二者的主要差異在于平面型燃料電池組100’的阻氣材料層108’配置于陰極多孔集電層104上，阻氣材料層108’中具有暴露出陰極多孔集電層104表面的多個開孔116’。而且，阻氣材料層108’與陰極多孔集電層104之間存在間隙(gap)。上述間隙的寬度d介于0～1.5cm之間。
本發(fā)明的平面型燃料電池組僅需在陰極多孔集電層上配置具有開孔的阻氣材料層，而且阻氣材料層的開孔率在適當(dāng)范圍內(nèi)，因此陰極催化劑層能夠得以減少水分蒸發(fā)，進而形成陰極催化劑層到陽極催化劑層的濃度梯度差異，造成陰極催化劑層的水分向陽極催化劑層方向擴散，達到使陰極催化劑層的水回收至陽極催化劑層再使用的目的，因此制造方式較為簡單，且整個燃料電池的所需的組件較少，所以可節(jié)省制造成本。另一方面，本發(fā)明不需更改現(xiàn)行燃料電池中的薄膜電極組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即可以簡單且有效的方式來進行陰極催化劑層的水回收。
值得注意的是，由于本發(fā)明的平面型燃料電池組可使陰極催化劑層的水回收至陽極催化劑層再使用，因此可使用高濃度的燃料來進行反應(yīng)，如此一來可提高燃料的能量轉(zhuǎn)換效率。
接著，將以圖1的平面型燃料電池組100來詳細說明平面型燃料電池組的陰極催化劑層的水回收方法。
請再次參照圖1，將燃料導(dǎo)入陽極多孔集電層106中，在此實施例中，是使用甲醇(MeOH)水溶液當(dāng)作燃料。當(dāng)然，本發(fā)明的平面型燃料電池組的燃料還例如是使用乙醇、丙醇或其它的合適燃料。另外，空氣由阻氣材料層108的開孔116進入，經(jīng)過陰極多孔集電層104與陰極氣體擴散層114，而傳遞至陰極催化劑層113。經(jīng)由陽極催化劑層111的作用可使得甲醇水溶液反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)子(H+)、電子(e-)與二氧化碳(CO2)。上述所產(chǎn)生的質(zhì)子會經(jīng)由質(zhì)子交換膜110至陰極催化劑層113側(cè)，電子則經(jīng)由外電路到達陰極催化劑層113側(cè)，且經(jīng)由陰極催化劑層113的作用可與空氣所提供的氧形成水(H2O)。當(dāng)陰極催化劑層113反應(yīng)生成水之后，阻氣材料層108可控制累積在陰極催化劑層113側(cè)的水的蒸發(fā)速率，形成質(zhì)子交換膜110左右兩邊的水的濃度差，使陰極催化劑層113側(cè)的水?dāng)U散至陽極催化劑層111側(cè)，達到回水的目標。
更詳細而言，請參照圖3，其繪示了本發(fā)明平面型燃料電池組的陰極催化劑層側(cè)所產(chǎn)生的水的蒸發(fā)機制。圖3中僅繪示出阻氣材料層，而省略繪示出平面型燃料電池組的其它構(gòu)件。如圖3所示，在不同位置產(chǎn)生的水蒸汽，其蒸發(fā)路徑會不同。陰極催化劑層反應(yīng)所生成的一部份水蒸汽，會沿著蒸發(fā)路徑118、120穿過阻氣材料層122的開孔124而傳送至大氣中。另外，如蒸發(fā)路徑128所示，其余的水蒸汽則會被阻氣材料層122所阻擋。由此可知，本發(fā)明的平面型燃料電池組的阻氣材料層可用以降低整體水蒸汽的蒸發(fā)速率，以提高濕度進而達到回水的目的。
請再次參照圖3，由蒸發(fā)路徑118、120、128可明白，阻氣材料層122的開孔124的周圍區(qū)域126是相對較干燥的區(qū)域。亦即是，開孔124的周圍區(qū)域126的濕度會比其余部分的阻氣材料層122的濕度低。因此，為了更好地提高回水效果，在本發(fā)明的平面型燃料電池組中還可配置有疏水性多孔材料層。以下，特舉出多個實施例以進行詳細說明。
請參照圖4，其為依照本發(fā)明的又一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實施例的平面型燃料電池組200與圖1的平面型燃料電池組100類似，惟二者的主要差異在于平面型燃料電池組200還包括有疏水性多孔材料層202。疏水性多孔材料層202配置在陰極多孔集電層104與阻氣材料層108之間，且全面覆蓋在陰極多孔集電層104上。疏水性多孔材料層202的材質(zhì)例如是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜或是表面與孔洞披覆有疏水處理的相關(guān)材質(zhì)。疏水性多孔材料層202的厚度例如約為100μm～2mm。因為，此疏水性多孔材料層202具有可保持水蒸汽的功能，所以可使阻氣材料層108的開孔116的正下方及周圍區(qū)域的蒸發(fā)速率降低。換言之，在阻氣材料層108的開孔116周圍區(qū)域不會存在相對干燥的區(qū)域，而阻氣材料層108上會存在有極高且均勻的濕度，如此一來可使回水效果更好地提高且更加穩(wěn)定。
請參照圖5，其為依照本發(fā)明又一實施例所繪示的平面型燃料電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實施例之平面型燃料電池組200’與圖1之平面型燃料電池組100類似，惟二者的主要差異在于平面型燃料電池組200’還包括疏水性多孔材料層202’。疏水性多孔材料層202’配置在陰極多孔集電層104與阻氣材料層108之間，且位于阻氣材料層104的開孔116所暴露出的陰極多孔集電層108上。疏水性多孔材料層202’的材質(zhì)例如是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜或是表面與孔洞披覆有疏水處理的相關(guān)材質(zhì)。疏水性多孔材料層202’的厚度例如約為100μm～2mm。此疏水性多孔材料層202’不僅可降低阻氣材料層108的開孔116正下方及周圍區(qū)域的蒸發(fā)速率，以提高回水效果；而且，疏水性多孔材料層202’還可使阻氣材料層108下方的水蒸汽橫向擴散，如此同樣有助于使阻氣材料層108上存在極高且均勻的濕度。
另外，本發(fā)明的實際測試數(shù)據(jù)，可如表一所示。表一中包括比較例1～2以及實驗例1～7的測試結(jié)果，其中比較例1～2是以未配置阻氣材料層的平面型燃料電池組所做的測試，而實驗例1～2、3～4、5～6是以分別配置厚度為100μm、200μm、400μm的阻氣材料層的平面型燃料電池組所做的測試。實驗例7則是平面型燃料電池組配置厚度100μm的阻氣材料層與500μm的疏水性多孔材料層所做的測試。
表一 由比較例1～2的測試結(jié)果可知，未配置阻氣材料層的平面型燃料電池組無法達到陰極回收水的功效。由實驗例1的測試結(jié)果可知，阻氣材料層的厚度為100μm、開孔率為3％，實際陽極水消耗量/理論陽極水消耗量為-0.25，其表示從陰極回收的水量大于陽極消耗的水量，亦即可達到陰極回收水的功效。由此可知，本發(fā)明的平面型燃料電池組確實可回收陰極催化劑層的水而再利用。
另外，由實驗例3、4與實驗例5、6可知，在阻氣材料層的厚度相同時，開孔率越小則陰極回收水的效果越佳。此外，由實驗例5與6、實驗例7與8、實驗例9與10的測試結(jié)果皆可知道開孔率越小，則陰極回收水的效果越佳。此外，由實驗例3、5與實驗例4、6的測試結(jié)果可以知道，阻氣材料層的厚度愈厚則陰極回收水的效果愈佳。
另外，通過比較實驗例1、2與實驗例7可以知道在阻氣材料層內(nèi)側(cè)再加上疏水性多孔材料層，可以得到更佳的陰極回水效果。
由表一的測試結(jié)果可知阻氣材料層的厚度、開孔率和燃料濃度皆會影響陰極回收水量的多寡。一般而言，阻氣材料層的厚度愈厚、開孔率愈小，均會使得水蒸發(fā)量愈少，陰極側(cè)的水分濃度就愈高，而陽極側(cè)的燃料濃度愈高，則愈有利于形成水從陰極擴散回陽極的濃度梯度。因此若能夠適當(dāng)?shù)卮钆溥@些條件，則本發(fā)明的平面型燃料電池組可以達到使陰極催化劑層的水回收至陽極催化劑層使用的目的。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點 1.本發(fā)明的制造方式較為簡單，且整個燃料電池系統(tǒng)所需的組件較少，所以可節(jié)省制造成本。
2.本發(fā)明不需更改現(xiàn)行薄膜電極組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即可以簡單且有效的方式來進行陰極催化劑層的水的回收。
3.本發(fā)明可使用高濃度的燃料來進行反應(yīng)，如此可提高燃料的能量轉(zhuǎn)換效率。
雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)可作任意更動與潤飾，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求書所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種平面型燃料電池組，包括
薄膜電極組，該薄膜電極組具有質(zhì)子交換膜、陽極催化劑層、陰極催化劑層、陽極氣體擴散層以及陰極氣體擴散層，其中該陽極催化劑層與該陰極催化劑層分別配置于該質(zhì)子交換膜的兩側(cè)，該陽極氣體擴散層與該陰極氣體擴散層分別設(shè)置在該陽極催化劑層與該陰極催化劑層上；
陰極多孔集電層，配置于該薄膜電極組的該陰極氣體擴散層一側(cè)；
陽極多孔集電層，配置于該薄膜電極組的該陽極氣體擴散層一側(cè)；以及
阻氣材料層，配置于該陰極多孔集電層上，且該阻氣材料層中具有暴露出陰極多孔集電層表面的至少一個開孔。
2.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該阻氣材料層的開孔率介于0.5％～60％之間。
3.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該阻氣材料層的材質(zhì)包括聚酯類高分子或聚烯烴類高分子。
4.如權(quán)利要求3所述的平面型燃料電池組，其中該聚酯類高分子包括聚對苯二甲酸乙二酯或聚丙烯腈。
5.如權(quán)利要求3所述的平面型燃料電池組，其中該聚烯烴類高分子包括聚乙烯或聚丙烯。
6.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該阻氣材料層的厚度介于10μm～5mm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該阻氣材料層與該陰極多孔集電層之間存在間隙。
8.如權(quán)利要求7所述的平面型燃料電池組，其中該間隙的寬度介于0～1.5cm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該阻氣材料層與該陰極多孔集電層相接觸。
10.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，進一步包括配置在該陰極多孔集電層與該阻氣材料層之間的疏水性多孔材料層。
11.如權(quán)利要求10所述的平面型燃料電池組，其中該疏水性多孔材料層全面覆蓋在該陰極多孔集電層上。
12.如權(quán)利要求10所述的平面型燃料電池組，其中該疏水性多孔材料層位于該阻氣材料層的開孔所暴露出的陰極多孔集電層上。
13.如權(quán)利要求10所述的平面型燃料電池組，其中該疏水性多孔材料層的材質(zhì)包括聚四氟乙烯、聚丙烯或聚醚砜。
14.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該質(zhì)子交換膜的材質(zhì)包括高分子膜。
15.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該陽極催化劑層的材質(zhì)包括鉑/釕合金、外鍍鉑/釕合金的碳材微?；蛲忮冦K的碳材微粒。
16.如權(quán)利要求1所述的平面型燃料電池組，其中該陰極催化劑層的材質(zhì)包括鉑合金、外鍍鉑合金的碳材微?；蛲忮冦K的碳材微粒。
全文摘要
一種平面型燃料電池組，其包括薄膜電極組、陰極多孔集電層、陽極多孔集電層以及阻氣材料層。其中，薄膜電極組具有質(zhì)子交換膜、陽極催化劑層、陰極催化劑層、陽極氣體擴散層以及陰極氣體擴散層，其中陽極催化劑層與陰極催化劑層分別配置于質(zhì)子交換膜的兩側(cè)，陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層分別設(shè)置在陽極催化劑層與陰極催化劑層上。陰極多孔集電層配置于陰極氣體擴散層一側(cè)，陽極多孔集電層板配置于陽極氣體擴散層一側(cè)。另外，阻氣材料層配置于陰極多孔集電層上，且阻氣材料層中具有暴露出陰極多孔集電層表面的至少一個開孔。
文檔編號H01M4/86GK101308937SQ200710103940
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者康顧嚴, 戴椿河, 賴秋助, 許盈盈, 蔡英文 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院