[发明专利]具发泡型基材的燃料电池膜电极结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具发泡型基材的燃料电池膜电极结构，特别是涉及一种应用于质子交换膜燃料电池的具发泡型基材的燃料电池膜电极结构。

背景技术

以氢气为燃料的燃料电池，其发电原理为直接将化学能转换为电能，因此具有零污染、高电能转换效率、低噪音及可再生等优点。而膜电极组是为燃料电池中的核心元件，因此可藉由改良膜电极组的结构，以及搭配使用合适的催化剂，使得燃料电池的发电效率可获得提升。

如美国专利第5,863,673号“应用于燃料电池之多孔电极基材”中所揭露，一种燃料电池单元是包括：一对导电板；一膜电极组，其是设至于导电板的中间，又膜电极组是由至少一多孔电极组成，且多孔电极是由一不导电的网状单元及一导电填充单元所构成。

上述的先前技术是藉由不导电的网状单元以支撑燃料电池结构，且不导电的网状单元可降低成本，具备抗腐蚀、抗分解及易于制造等特性。然而其是具有以下的缺点：

一、导电填充单元是由白金等贵重金属所构成，因此导致燃料电池的成本高昂。

二、由于不导电的网状单元为一绝缘材质所构成，因此需额外设置导电板。

三、不导电的网状单元是由极细的玻璃纤维所构成，所以需重复堆叠多层的网状单元才可达到支撑燃料电池结构的功效，导致燃料电池的制造工艺繁琐。

由此可见，上述现有的燃料电池膜电极结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具发泡型基材之燃料电池膜电极结构，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的燃料电池膜电极结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的具发泡型基材之燃料电池膜电极结构，能够改进一般现有的燃料电池膜电极结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的燃料电池膜电极结构存在的缺陷，而提供一种新型的具发泡型基材的燃料电池膜电极结构，所要解决的技术问题是藉由使用非白金的聚合物作为催化剂，使得整体的制作成本大幅降低，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种新型的具发泡型基材的燃料电池膜电极结构，所要解决的技术问题是藉由使用具有导电功能的发泡型基材，因此无须再外接导电板，进而达到简化燃料电池制造工艺步骤的功效，从而更加适于实用。

本发明的还一目的在于，提供一种新型的具发泡型基材的燃料电池膜电极结构，所要解决的技术问题是使其藉由发泡型基材以支撑燃料电池，且由于发泡型基材是为具有厚度的金属材质，因此使用单层的发泡型基材即可强化燃料电池的结构，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具发泡型基材的燃料电池膜电极结构，其包括：一对多孔电极，其是分别具有多个孔隙，且该多个孔隙是附着有由一金属催化剂与一碳粒子结合的一聚合物；以及一质子交换膜，其是设置于该对多孔电极之间。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述一对多孔电极的厚度是为0.3毫米至5毫米。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述一对多孔电极的材质是为一发泡金属导电材料。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的多个孔隙的孔隙率是为50％至98％。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的多个孔隙的孔径大小为200微米至600微米。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的碳粒子是具导电性。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的金属催化剂是为钴、锰、铜、钒、钌、镍、铁其中之一或其组合所形成。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的聚合物是进一步具有一结合剂。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的聚合物是进一步具有一疏水高分子材料。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的质子交换膜是为一纳菲薄(Nafion)膜。

前述的燃料电池膜电极结构，其中所述的质子交换膜是为一质子传导复合膜。