积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法及直接甲醇燃料电池

摘要

本发明是一种积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法及直接甲醇燃料电池，该方法包括下列步骤：使用印刷电路板的材料材质，制作成型出流道槽/溶液槽层；制作质传电解质层；利用印刷电路板的制程，制作控制电路层；将分别所制作出来的流道槽/溶液槽层、质传电解质层、以及控制电路层等各层，接合成积层整合式直接甲醇燃料电池。该直接甲醇燃料电池包括一流道槽/溶液槽层，系使用印刷电路板的材料材质而制作成型；一质传电解质层；一控制电路层，系利用印刷电路板的制程而制作出，其中个别的该流道槽/溶液槽层、该质传电解质层、以及该控制电路层等各层能够分别制作出来，再将各层接合成该积层整合式直接甲醇燃料电池。

说明书

技术领域

本发明是关于一种直接甲醇燃料电池的制造方法，其特别是关于一种利用印刷电路板的制程技术，来制造积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法，以及实施本发明方法所制成的直接甲醇燃料电池。

背景技术

台湾发明专利申请案第90129665号「包含一整合甲醇传感器的直接甲醇燃料电池系统及制法」，虽已教示直接甲醇燃料电池系统及制法，然而仍存在有下列所指陈的缺失：(a)、燃料电池本身不包含机电设计，未能一体成型设计。(b)、微流体管路的设计，会造成加工不易的现象发生，量产困难。(c)、无法确实甲醇水溶液在反应前与反应后的浓度，无校正机制。(d)、阴极反应区的设计不良，会因为内部的温度及压力，而无法让外部新鲜的空气或氧气进入阴极反应区进行反应。

台湾发明专利申请案第88210246号「平板型燃料电池及其电池基板结构」，虽已教示关于平板型燃料电池的结构技术，然而仍存在有下列所指陈的缺失：(a)、燃料电池本身不包含机电设计，未能一体成型设计。(b)、一旦燃料进行反应，必须在燃料消耗完后，才会停止反应，无法控制。(c)、阴极反应区的设计不良，会因为内部的温度及压力，而无法让外部新鲜的空气或氧气进入阴极反应区进行反应。(d)、反应后所生成的水未被处理。

美国专利USP5,631,099「表面缩小复制的燃料电池(SurfaceReplica Fuel Cell)」，虽已教示关于燃料电池的相关技术，然而仍存在有下列所指陈的缺失：(a)、所具结构复杂而且不易制造。(b)、反应生成物排除不易，例如水反应生成物即不易排除。(c)、所需要的空气或氧气的供应不易。

本发明发明人有鉴于上述公知技术之缺失而亟思发明改良，乃发明出一种利用印刷电路板的制程技术，来实现积层整合式直接甲醇燃料电池的制作。

发明内容

本发明主要目的是提供一种积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法，其利用印刷电路板的制程技术，将积层整合式直接甲醇燃料电池予以制作出来。

本发明另一个目的是提供一种符合轻、薄、短、小等特性的积层整合式直接甲醇燃料电池。

为达成本发明上述目的，本发明提供一种积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法，包括下列步骤：使用印刷电路板的材料材质，制作成型出流道槽/溶液槽层；制作质传电解质层；利用印刷电路板的制程，制作控制电路层；将分别所制作出来的流道槽/溶液槽层、质传电解质层、以及控制电路层等各层，接合成积层整合式直接甲醇燃料电池。

再者，为达成本发明上述目的，本发明提供一种积层整合式直接甲醇燃料电池，包括：流道槽/溶液槽层是使用印刷电路板的材料材质而制作成型；质传电解质层；控制电路层是利用印刷电路板的制程而制作出；其中个别的流道槽/溶液槽层、质传电解质层、以及控制电路层等各层是能够分别制作出来，再将各层接合成积层整合式直接甲醇燃料电池。

再者，为达成本发明上述目的，本发明提供一种积层整合式直接甲醇燃料电池，包括：流道槽/溶液槽层系使用印刷电路板的材料材质而制作成型，并且与质传电解质层接合；质传电解质层系夹层在流道槽/溶液槽层与控制电路层之间；该控制电路层系利用印刷电路板的制程而制作出，并且与质传电解质层接合。

附图说明

图1显示本发明积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法的流程图。

图2显示利用本发明方法所制作的流道槽/溶液槽层的结构图。

图3显示利用本发明方法所制作的质传电解质层的结构图。

图4显示利用本发明方法所制作的控制电路层的结构图。

图5显示利用本发明方法所制作的积层整合式直接甲醇燃料电池的结构图。

图中

10    制造方法

20    积层整合式直接甲醇燃料电池

101、103、105、107  步骤

201   流道槽/溶液槽层

201a  流道槽

201b  溶液槽

203   质传电解质层

203a  燃料电池单元

205   控制电路层

205a  集电线路

205b  电子组件

205c  镂空区域

为使熟悉该项技术人士了解本发明之目的、特征及功效，兹藉由下述具体实施例，并配合所附之附图，对本发明详加说明如后

具体实施方式

本发明的制造方法10系用来制造积层整合式直接甲醇燃料电池20有关，实施本发明制造方法10，极大部份仅要利用印刷电路板(PCB)的材料材质，例如为有机玻璃纤维基板(FR4)，相较于公知燃料电池的制作方式需使用较高成本的材料来看，本发明乃明显具备制造加工容易的优点、经济的制作成本，亦符合现今的产品趋势。

本发明方法10是完全不需改变原直接甲醇燃料电池的特性，并且很容易地制出来符合轻、薄、短、小等特性的积层整合式直接甲醇燃料电池20。这对于便携式的小型用电产品，例如手机、个人数字助理器(PDA)、智能电话(SMART Phone)、电子书(E-Book)、平板计算机(Tablet PC)、以及笔记型计算机(Note Book PC)等等的供电，本发明会给其极大的便利。

图1显示本发明积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法的流程图，下文将分别说明方法10所包含的各步骤。步骤(101)系使用印刷电路板的材料材质，制作成型出流道槽/溶液槽层201。请配合参见图2显示利用本发明方法所制作的流道槽/溶液槽层201的结构图，在步骤(101)中所使用的印刷电路板的材料材质可以是有机玻璃纤维基板(FR4)，本发明具体实现步骤(101)的手段，乃利用热压机、雷射成型机、CNC成型机等等机器设备，将有机玻璃纤维基板(FR4)成型出深度为预定深度的凹槽，以做为流道槽201a，而流道槽201a的预定深度可以是介于1~10mm之间。然后再用热压机、雷射成型机、CNC成型机等等机器设备，成型出溶液槽201b，最后利用黏着介质为黏着流道槽201a与溶液槽201b，经叠合后送至热压机中进行压合，压合的操作环境可以是将热压机设定在温度介于130℃~200℃之间以及压力介于5~50kg/cm2之间下进行压合。在步骤(101)的黏着介质可以使用环氧树脂混合玻璃纤维(prepreg)的黏着介质。

步骤(103)是制作质传电解质层203。请配合参见图3显示利用本发明方法所制作的质传电解质层203的结构图，本发明具体实现步骤(103)的手段，乃质子交换膜与高分子材料上于分别于涂布(coating)上的预定浓度的白金(Pt)及预定浓度的白金(Pt)/钌(Ru)后，利用胶合手段将质子交换膜、高分子触媒层以及碳纸/碳布形成质传电解质层203。质子交换膜的材料可以选用杜邦Nafion(DoPontNafion)材料，而涂布(coating)的手段系可以采行高分子聚合物印刷(Polyimide Printing)的方式来进行。例如采用金属真空蒸镀方式，以蒸镀出预定浓度介于1~5mg/cm2之间的白金(Pt)，以及蒸镀出预定浓度介于1~10mg/cm2之间的白金(Pt)/钌(Ru)。又例如采用金属真空溅镀)，或者金属无电解电镀等手段完成上述预定浓度的白金(Pt)与白金(Pt)/钌(Ru)的涂布作业。再以采用网板印刷的手段，印刷上碳粉、铁弗龙(Teflon)、溶剂(Solvent)等混合物质，或者采用压板印刷手段，印刷上碳粉、铁弗龙(Teflon)、溶剂(Solvent)等混合物质，此即便完成质传电解质层203的制作。经由步骤(103)的制作手段，质传电解质层203可以包括有复数个燃料电池单元203a。

步骤(105)是利用印刷电路板的制程，制作控制电路层205。请配合参见图4显示利用本发明方法所制作之控制电路层205的结构图，本发明具体实现步骤(105)的手段，是可以采用传统PCB制程中钻孔后，全板电镀上例如约10~50u英寸(inch)的化学铜后，再电镀上例如200~500u英寸(inch)的铜，再以压膜作业、曝光作业、显影作业后，再电镀上例如3~10u英寸(inch)的金后，依据控制电路层205所怖置的电路，例如由复数个SMT电子组件205b组成之电路、布线线路、集电线路等等电路，设计蚀刻出线路及印刷防焊绿漆，最后进行电路测试，此即便完成的控制电路层205制作。经步骤(105)所制作出来的控制电路层205，可以是双面印刷电路板，或者是多层印刷电路板。同时控制电路层205为了配合质传电解质层203上复数个燃料电池单元203a在步骤(107)的接合，在控制电路层205上系可以形成分别对应每个燃料电池单元203a的集电线路205a，而集电线路205a的下端是为对应每个燃料电池单元203a的镂空区域205c。

步骤(107)是将分别所制作出来的流道槽/溶液槽层201、质传电解质层203、以及控制电路层205等各层，接合成积层整合式直接甲醇燃料电池20。请配合参见第五图显示利用本发明方法所制作之积层整合式直接甲醇燃料电池20的结构图，本发明具体实现步骤(107)的手段，系利用黏着介质以印刷或胶片叠合手段，将流道槽/溶液槽层201、质传电解质层203、以及控制电路层205等各层叠合一起，叠合后再利用热压机进行压合，藉此制作出积层整合式直接甲醇燃料电池20。在步骤(107)的压合的操作环境，可以是将热压机设定在温度介于80℃~200℃之间以及压力介于2~50kg/cm2之间下进行压合，以及在步骤(107)的黏着介质可以使用环氧树脂(Epoxy)的黏着介质。

再者，本发明方法10在分别制作流道槽/溶液槽201、质传电解质层203、以及控制电路层205等三层时，并且在各层分别制作固定孔(图未显示)，藉由各层的固定孔，将流道槽/溶液槽201、质传电解质层203、以及控制电路层205等三层，采用卯合接合、螺丝接合、或黏合胶接合等等接合手段予以接合一起。

经本发明步骤(101)所制作出来的流道槽/溶液槽层201，其提供燃料电池需具备的燃料与水之储存槽区的功能，以及阳极反应区的功能。经本发明步骤(105)所制作出来的控制电路层205，除具有复数个SMT电子组件205b与布线线路，来提供机电控制的功能外，尚提供燃料电池阴极反应区的功能。

实施本发明方法10的积层整合式直接甲醇燃料电池20至少包括有：流道槽/溶液槽层201系使用印刷电路板的材料材质而制作成型；质传电解质层203；以及控制电路层205系利用印刷电路板的制程而制作出；其中个别的流道槽/溶液槽层201、质传电解质层203、以及控制电路层205等各层系能够分别制作出来，再将各层接合成积层整合式直接甲醇燃料电池20。

实施本发明方法10的积层整合式直接甲醇燃料电池20至少包括有：流道槽/溶液槽层201系使用印刷电路板的材料材质而制作成型，并且与质传电解质层203接合；质传电解质层203系夹层在流道槽/溶液槽层201与控制电路层205之间；控制电路层205系利用印刷电路板的制程而制作出，并且与质传电解质层203接合。

本发明方法10以及积层整合式直接甲醇燃料电池20具备有下列的优点：

1.整合性生产制造成本与材料成本低，符合经济效应。

2.可适用于量产制程，具标准化。

3.对于外围系统的配合要求度低。

4.可使用的时间较长。

5.甲醇燃料取得方便，又具有防腐蚀性、防漏水、防漏气。

6.具环境保护特性。

7.轻薄小的空间特性。

本发明所使用的印刷电路板的材料材质是以有机玻璃纤维基板(FR4)作为揭露说明，本发明并不以有机玻璃纤维基板为局限。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，所作更动与润饰仍属于本发明后附权利要求保护范围之内。