技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
燃料电池，尤其是涉及一种平面式燃料电池模块。
背景技术
[0002] 燃料电池(Fuel Cell)是一种利用
化学能转化为
电能的发电装置，相较于传统发电方式，燃料电池具有低污染、低噪音、高
能量密度以及较高的能量转换效率等优点，是极具未来前瞻性的干净
能源，且其可应用的范围包括携带式
电子产品、家用发电系统、运输工具、军用设备、太空工业以及大型发电系统等各种领域。
[0003] 燃料电池的运作原理依其种类的不同会有些许差异，以直接甲醇型燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)为例，借由甲醇
水溶液在
阳极触媒层进行
氧化反应，产生氢离子(H+)、电子(e-)以及二氧化
碳(CO2)，其中氢离子可以经由
电解质传递至
阴极，而电子则经由外部
电路传输至负载作功之后再传递至阴极，此时供给阴极端的氧气会与氢离子及电子于阴极触媒层进行还原反应并产生水。
[0004] 另因燃料电池每个基本电池单元所能提供的
电压很小，因此在实际应用时必须
串联多个电池单元，才能达到所需求的操作电压。
[0005] 传统两燃料电池单元串联时，主要是以导电的双极板(Bipolar plate)通过机械压
力使电池单元串联并分隔阴阳极的燃料，然而，使用双极板的作法往往必须导入较大型的
流体输送元件，对于小功率或是体积较小型的燃料电池而言，电池单元组合倾向平面式的设计，因此平面式的电池单元串联方式将是必须克服的课题。
发明内容
[0006] 为克服
现有技术的缺失，本发明提供一种平面式燃料电池模块，包括：一第一集电层组合；一第二集电层组合；以及一膜
电极组组合，位于该第一集电层组合与该第二集电层组合之间；其特征在于，该膜电极组组合包括多个膜电极组
单体，该第一集电层组合与该第二集电层组合各包括多个集电层单体，该第一集电层组合与该第二集电层组合中的该多个集电层单体以一横列排列于同一平面，该第一集电层组合与该第二集电层组合中的最左或最右一个的集电层单体于一侧设有延伸至该膜电极组组合外围的一电源接点，其余的各该集电层单体具有延伸至该膜电极组组合外围的至少一串联结构，且该第一集电层组合与该第二集电层组合之间借由多个该串联结构达到电性串联，其中，一抗氧化层形成于该第一集电层组合及该第二集电层组合的表面，且该第一集电层组合与该第二集电层组合中的各该集电层单体表面具有至少一无抗氧化层区域。
[0007] 在一
实施例中，该集电层单体为网状结构或几何形状。
[0008] 在一实施例中，该集电层单体为具有开孔的网状结构，其开孔率约在40％至70％之间。
[0009] 在一实施例中，该集电层单体由
钛、
铜、镍、
铝及不锈
钢材料或其
合金所制成。
[0010] 在一实施例中，该抗氧化层由金、
银、铂、钯、氮化钛及氮化铝钛所组组的一种所组成。
[0011] 在一实施例中，该多个膜电极组单体排列于同一平面。
[0012] 在一实施例中，该第一集电层组合与该第二集电层组合之间借由
焊接多个该串联结构达到电性串联。
[0013] 在一实施例中，该无抗氧化层区域为一粗糙面。
[0014] 在一实施例中，该粗糙面的粗糙度大于1微米。
[0015] 在一实施例中，该粗糙面的粗糙度为1至100微米。
[0016] 在一实施例中，该集电层单体表面的无抗氧化层区域为移除连接该些集电层单体之间的连接柄或架桥所形成。
[0017] 在一实施例中，该膜电极组单体包括：
质子交换膜；第一气体扩散层，形成于该质子交换膜的第一表面上；第二气体扩散层，形成于该质子交换膜的第二表面上；阳极触媒电极，形成于该质子交换膜与该第一气体扩散层之间；以及阴极触媒电极，形成于该质子交换膜与该第二气体扩散层之间。进一步地，多个该膜电极组单体共用同一层质子交换膜。
[0018] 综上所述，本发明的多个集电层单体由单一导电材料制成，且第一及第二集电层组合由多片集电层单体所组成，集电层单体彼此之间借由连接柄或架桥连接，且通
过热压程序能同时结合第一集电层组合、膜电极组组合与第二集电层组合，多个膜电极组单体与集电层单体之间无对位问题，故能降低成本及提高制作工艺效率，再者，燃料电池模块借由焊接等制作工艺于第一集电层组合与第二集电层组合的串联结构进行串联，并通过冲断、切割或折断等程序移除集电层单体的连接柄或架桥，即能使多个集电层单体完成串联路径并避免
短路问题发生，能大幅降低燃料电池模块的组装复杂度。
附图说明
[0019] 图1A为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的分解示意图；
[0020] 图1B为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的第一集电层组合的示意图；
[0021] 图1C为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的第二集电层组合的示意图；
[0022] 图1D为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的膜电极组组合的平面示意图；
[0023] 图1E为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的膜电极组组合的剖面示意图；
[0024] 图1F为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的组装示意图；
[0025] 图1G为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的示意图；
[0026] 图1H为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的等效电路图；
[0027] 图1I为图1G中的区域A的放大的剖面侧示图；
[0028] 图2A为本发明的平面式燃料电池模块的第二实施方式的分解示意图；
[0029] 图2B为本发明的平面式燃料电池模块的第二实施方式的组装示意图；以及[0030] 图2C为本发明的平面式燃料电池模块的第二实施方式的示意图。
[0031] 符号说明
[0032] 10 燃料电池
[0033] 20 抗氧化层
[0034] 21 无抗氧化层区域
[0035] 100 第一集电层组合
[0036] 101 第一集电层单体
[0037] 102 第一串联结构
[0038] 103 第一电源接点
[0039] 104 第一连接柄
[0040] 105 第一架桥
[0041] 200 第二集电层组合
[0042] 201 第二集电层单体
[0043] 202 第二串联结构
[0044] 203 第二电源接点
[0045] 204 第二连接柄
[0046] 205 第二架桥
[0047] 300 膜电极组组合
[0048] 301 膜电极组单体
[0049] 302 第一气体扩散层
[0050] 303 阳极触媒电极
[0051] 304 质子交换膜
[0052] 305 阴极触媒电极
[0053] 306 第二气体扩散层。
具体实施方式
[0054] 以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，该领域技术人员可由本
说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点及功效。
[0055] 需知，本说明书所附的附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
[0056] 请参阅图1A，为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的分解示意图，该平面式燃料电池模块包括：一第一集电层组合100；一第二集电层组合200；以及一膜电极组组合300，位于该第一集电层组合100与该第二集电层组合200之间。
[0057] 请参阅图1B，为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的第一集电层组合的示意图，该第一集电层组合100由多个第一集电层单体101排列于同一平面所组成，最左边一个的第一集电层单体101于一侧设有延伸至该膜电极组组合300外围的一第一电源接点103，其余各该第一集电层单体101具有延伸至该膜电极组组合300外围的至少一第一串联结构102，其中，该最左边一个的第一集电层单体101的第一电源接点103及/或相对该第一电源接点103的另一侧，与毗邻的第一集电层单体101的第一串联结构102之间形成有第一连接柄104，以及于该些第一串联结构102之间形成第一连接柄104使多个第一集电层单体101彼此相接。
[0058] 请参阅图1C，为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的第二集电层组合的示意图，该第二集电层组合200由多个第二集电层单体201排列于同一平面所组成，最右边一个的第二集电层单体201于一侧设有延伸至该膜电极组组合300外围的一第二电源接点203，其余各该第二集电层单体201具有延伸至该膜电极组组合300外围的至少一第二串联结构202，其中，该最右边一个的第二集电层单体201的第二电源接点203及/或相对该第二电源接点203的一侧与毗邻的第二集电层单体201的第二串联结构202之间形成第二连接柄204，以及于该些第二串联结构202之间形成第二连接柄204使多个第二集电层单体201彼此相接。
[0059] 在一实施例中，该第一集电层单体101与第二集电层单体201由单一材料制成，例如：钛、铜、镍、铝及
不锈钢等材料或其合金的任一种。
[0060] 在一实施例中，该第一集电层组合100与第二集电层组合200由蚀刻、
冲压或切割方式形成。
[0061] 在一实施例中，该第一集电层单体101与第二集电层单体201为网状结构或几何形状。
[0062] 在一实施例中，该第一及第二集电层单体101及201为具有适当开孔的网状结构，其开孔率约在40％至70％之间。
[0063] 在一实施例中，还包括在该第一集电层组合100及该第二集电层组合200的表面形成一抗氧化层，其中，该抗氧化层由金、银、铂、钯、氮化钛及氮化铝钛所组组的一种所组成。
[0064] 请参阅图1D至1E，为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的膜电极组组合的平面及剖面示意图，该膜电极组组合300由多个膜电极组单体301排列于同一平面所组成，各该膜电极组单体301包括：质子交换膜304；第一气体扩散层302，形成于该质子交换膜304的第一表面上；第二气体扩散层306，形成于该质子交换膜304的第二表面上；阳极触媒电极303，形成于该质子交换膜304与该第一气体扩散层302之间；阴极触媒电极305，形成于该质子交换膜304与该第二气体扩散层306之间；其中，各该膜电极组单体301共用同一层质子交换膜304。
[0065] 在一实施例中，该膜电极组组合300的制作工艺可以
热压或涂布方式在质子交换膜304的第一表面上依序形成阳极触媒电极303及第一气体扩散层302，及在质子交换膜304的第二表面上依序形成阴极触媒电极305及第二气体扩散层306。
[0066] 请参阅图1F，为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的组装示意图，将粘合胶转印在图1B至图1C的具有抗氧化层的第一、二集电层组合100、200的表面上，并以热压方式将该第一、二集电层组合100、200分别固定
接触在图1D的膜电极组组合300的上下侧，并使该第一集电层组合100的该些第一串联结构102与该第二集电层组合200的该些第二串联结构202借由焊接彼此接触。
[0067] 在一实施例中，该焊接为
点焊或是
激光焊接。
[0068] 请参阅图1G，为本发明的平面式燃料电池模块的第一实施方式的示意图，利用冲断、切割或折断的方式将图1F中的该些第一连接柄104及该些第二连接柄204移除，使该第一集电层组合100与该第二集电层组合200之间借由该些第一与第二串联结构102、202达到电性串联。
[0069] 图1G中的该第一集电层组合100与该第二集电层组合200之间借由该些第一与第二串联结构102、202达到电性串联的等效电路图如图1H所示，该等效电路由多个燃料电池10电性串联，其中，各该燃料电池10由第一集电层单体101、膜电极组单体301及第二集电层单体201所组成。
[0070] 请参阅图1I，为图1G中的区域A的放大剖面侧示图，该区域A为第一集电层组合100的第一串联结构102，该第一串联结构102表面具有一层抗氧化层20，且于第一连接柄104移除处为一无抗氧化层区域21的粗糙面，图1G仅以图1F中的区域A示例说明，但不以此为限，该第一集电层组合100的第一连接柄104移除处与该第二集电层组合200的第二连接柄204移除处都为一无抗氧化层区域21的粗糙面。在一实施例中，该粗糙面的粗糙度大于1微米，在一实施例中，该粗糙面的粗糙度为1至100微米。
[0071] 请参阅图2A至图2C，为本发明的平面式燃料电池模块的第二实施方式的示意图，第二实施方式与第一实施方式的差异在于架桥及第一集电层组合与第二集电层组合
位置互换，故以下将说明相异处，而不再赘述相同处。
[0072] 请参阅图2A，为本发明的平面式燃料电池模块的第二实施方式的分解示意图，第一集电层组合100中的多个第一串联结构102通过第一架桥105使多个第一集电层单体101彼此相接，第二集电层组合200中的多个第二串联结构202通过第二架桥205使多个第二集电层单体201彼此相接。
[0073] 请参阅图2B，为本发明的平面式燃料电池模块的第二实施方式的组装示意图，贴合后的平面式燃料电池模块，利用冲断、切割或折断的方式将第一架桥105与第二架桥205移除即能使该第一集电层组合100与该第二集电层组合200之间借由该些第一与第二串联结构102、202达到电性串联，如图2C所示。
[0074] 该第一集电层组合100的第一架桥105移除处与该第二集电层组合200的第二架桥205移除处都为一无抗氧化层区域21的粗糙面，如图1I所示。
[0075] 综上所述，本发明的多个集电层单体由单一导电材料制成，且第一及第二集电层组合由多片集电层单体所组成，集电层单体彼此之间借由连接柄或架桥连接，且通过热压程序能同时结合第一集电层组合、膜电极组组合与第二集电层组合，多个膜电极组单体与集电层单体之间无对位问题，故能降低成本及提高制作工艺效率，再者，燃料电池模块借由焊接等制作工艺于第一集电层组合与第二集电层组合的串联结构进行串联，并通过冲断、切割或折断等程序移除集电层单体的连接柄或架桥，即能使多个集电层单体完成串联路径并避免短路问题发生，能大幅降低燃料电池模块的组装复杂度。
[0076] 上述实施例用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何该领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行
修改。因此本发明的权利保护范围，应如
权利要求书所列。
