TW201407871A - 一體封裝成型之可填充式燃料電池結構 - Google Patents

Abstract

本發明之一體封裝成型之可填充式燃料電池結構整體外形呈方塊狀。電池結構大體分為陽極部、陰極部二及封裝體三部份。陽極部包括:陽極部外殼、陽極部集電片、不織布隔離膜、燃料密封塞。其中陽極部外殼和不織布隔離膜以膠或熱壓封裝；陽極部集電片置於陽極部外殼中心，且該陽極部集電片一端裸露於電池本體外作為電極；而燃料密封塞可在填充燃料時移除填充後再塞入密封。陰極部包括:ㄇ型觸媒碳極、觸媒碳極集電片，其中ㄇ型觸媒碳極和觸媒碳極集電片以鉚釘或導電膠封裝作電性緊密接觸。封裝體，其係為一種密封膠，將陽極部、陰極部組合後，使用模具以埋入灌注成型方式，使其硬化成型於電池本體四週，且該封裝體可作為電池本體外殼使用。本發明之電池結構可迅速填充膠狀或液體燃料，可重覆使用極高的次數，每一次補充燃料，單位重量及單位體積所能提供的電能，遠高於傳統電池，使用之膠狀或液體燃料，添加容易，且電解液不易外滲，是一種具高度環保概念之電池結構。

Description

一體封裝成型之可填充式燃料電池結構

本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構係為一種可重複填充燃料使用之電池，特別為一種免充電之二次電池。

傳統的一次型電池，因放完電就予以丟棄，使在製造過程中消耗的能源及製造過程產生的污染和丟棄後產生的二度污染，僅得到放一次電的代價，使得損害與代價不成比例。傳統的二次型電池，因放完電就須充電，須要耗費長時間充電，且由於地球的能源有限，因此高油價、高電價的時代已經來臨，而傳統的一次及二次型電池儲電量低，丟棄及購買、更換的頻率高，而導致製造過程的能源消耗、製造過程污染及丟棄的二度污染更形嚴重。另傳統型燃料電池因電壓只有1V,所以需要將電池串連使用，並採循環式供應燃料，因需要使用風扇、管線、馬達、過濾器及排出處理器等，造成整個系統過於龐大，不便於攜帶使用，且其製作成本過高，難以被市場接受使用。

     本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構其整體外形呈方塊狀。電池結構大體分為陽極部、陰極部及封裝體三部份。

     陽極部包括:不織布隔離膜、陽極部外殼、陽極部集電片及燃料密封塞。
不織布隔離膜，其係置於陽極部外殼兩側，該不織布隔離膜是一種提供離子傳導並隔離電流傳導之材料；陽極部外殼係為一種耐酸鹼之高分子材質，且陽極部外殼和不織布隔離膜以膠或熱壓封裝固定；陽極部集電片係置於陽極部外殼中心內，該陽極部集電片其表面積作為與膠狀或液體燃料的接觸面積，用以進行化學反應並收集電流，且該陽極部集電片一端裸露於電池本體外作為電池負極使用；燃料密封塞置於陽極部外殼底部的孔內，該燃料密封塞主要作為填充燃料時移除，以及填充燃料後塞入用以密封電池燃料用，且該燃料密封塞為橡膠材質，其燃料密封塞中間有一小裂縫，當電池內部反應所產生的氣體過多造成氣壓過大時，可作為排氣降壓用。

      陰極部包括:ㄇ型觸媒碳極、觸媒碳極集電片。
ㄇ型觸媒碳極為板狀觸媒碳極捲成ㄇ型、並以鉚釘鉚合，或如銲接及導電膠等其他方式與觸媒碳極集電片做緊密的導電性接觸；觸媒碳極集電片，其係為一種高導電性金屬材質，且該觸媒碳極集電片一端裸露於電池本體外作為電池正極使用; 不織布隔離膜形成一筒狀，置於筒狀觸媒碳極內側且四週以膠與之結合，作為離子傳導及隔離電流傳導之功用。
     封裝體，其係為一種PU密封膠，將陽極部、陰極部組合後，使用模具以埋入灌注成型方式，使其硬化成型於電池本體四週，可作為電池本體外殼使用。
　  本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構運作的方式為;打開燃料密封塞填充膠狀或液體燃料，膠狀或液體燃料中的電解液潤溼不織布，並與ㄇ型觸媒碳極的內壁緊密接觸，空氣中的氧滲入ㄇ型觸媒碳極; 陰極反應為:氧受觸媒催化而並與膠狀或液體燃料中的水份進行陰極反應，而產生陰離子，ㄇ型觸媒碳極經由觸媒碳極集電片正極，接受來自外部電路的電子以供應進行陰極反應所需的電子;陽極反應則為:膠狀或液體燃料的原子釋放電子，電子進入陽極部集電片，並經由負極輸出至外部電路、釋放電子後的原子成為陽離子，並與電解液中的陰離子電性中和，被中和的陰離中則由陰極反應所產生的陰離子補充; 如此形成一個燃料電池反應的過程。
     本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構之觸媒碳極板，除使用習知之觸媒碳極板外，亦可使用如下所述之觸媒碳極板做為陰極，該觸媒碳極板包含:一泡棉狀金屬基板，孔隙率為百分之五十至九十八，孔隙彼此貫通，催化性碳顆粒及聚合物的混合物填入孔隙並燒結之，該催化性碳顆粒含有下列之一的催化劑:氧化錳、硝酸銀、鉑、氧化鈷、或上述催化劑的組合物，在泡棉狀金屬基板的一面有一層多孔隙防水膜，另一面有一層空氣擴散膜。
　   本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構的膠狀或液體燃料中的原子顆粒使用鉀、鈉、鋅、鋁及鎂金屬元素及其化合物或合金之一種
　 本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構，可提供一種迅速填充膠狀或液體燃料，且可重複使用極高的次數的燃料電池結構。每一次補充燃料，單位重量或單位體積所能提供的電能---即能量密度，遠高於傳統電池，且單電池開路電壓達1.6V以上高於傳統1V之料電池電壓，可以廣乏使用於3C、電動車及備用電源產業，並足以取代傳統之一次或充電式二次電池，是一種具高度環保概念、高效能且經濟、安全、實用的新創作電池結構。
     為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點。

茲以本發明之一較佳實施例說明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構及運作。
如第1圖所示為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構之整體正視圖，填充式燃料電池結構100整體外形呈方塊狀。

如第2圖所示為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構之分解圖，一體封裝成型之可填充式燃料電池結構100整體分為陽極部10、陰極部20及封裝體30等三部分。其中陽極部10與陰極部20之陰極部20組合後，以埋入灌注方式形成封裝體30，該封裝體30硬化後即可充作電池本體外殼，進而形成一體封裝成型之可填充式燃料電池結構100。

如第3圖所示為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構陽極部10分解圖，陽極部10包括: 不織布隔離膜11、陽極部外殼12、陽極部集電片13、燃料密封塞14、陽極部外殼電極孔111、陽極部外殼填充孔112。不織布隔離膜11置於陽極部外殼12兩側，且係以熱壓熔接或上膠封裝固定於陽極部外殼12；陽極部集電棒片13係置於陽極部外殼12之中間部，且其另一端穿過陽極部外殼電極孔111裸露於電池本體外作為負極導電使用;燃料密封塞13置於陽極部外殼填充孔112中，主要作為填充燃料時移除及填充燃料後塞入密封電池使用。

如第4圖所示為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構陰極部20分解圖，陰極部20包括:ㄇ型觸媒碳極21、觸媒碳極集電片22。觸媒碳極集電片22係為一種高導電性之金屬材料，該觸媒碳極集電片22與ㄇ型觸媒碳極21以銲接或使用導電膠等方式結合固定，且該觸媒碳極集電片22一端彎折面裸露於電池本體外作為正極導電使用。

如第5圖所示為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構電池本體100之分解圖。電池本體包括陽極部10、陰極部20及封裝體30
封裝體30，其係為一種PU密封膠，該封裝體30為當陽極部、陰極部組合後，使用模具以埋入灌注成型方式產生並且硬化成型於電池本體100四週用以密封該電池本體用，且該封裝體30可作為本體外殼使用。

　 惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本創作之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
　　

100．．．一體封裝成型之可填充式燃料電池結構

10．．．陽極部

11．．．不織布隔離膜

12．．．陽極部外殼

121．．．陽極部外殼電極孔

122．．．陽極部外殼填充孔

13．．．陽極部集電片

14．．．燃料密封塞

20．．．陰極部

21．．．ㄇ型觸媒碳極

22．．．觸媒碳極集電片

30．．．封裝體

第1圖為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構整體正視圖
第2圖為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構分解圖
第3圖為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構陽極部分解圖
第4圖為本發明一體封裝成型之可填充式燃料電池結構陰極部分解圖

100．．．電池本體

Claims (7)

1. 一種一體封裝成型之可填充式燃料電池結構，其特徵為：使用膠狀或液體燃料為能量來源，並可迅速重複填充膠狀或液體燃料使用；
   上述填充式燃料電池結構其包括：
   一電池本體，其具有：
   一陽極部，其具有：
   　 二不織布隔離膜，其係設置於陽極部外殼兩側，且該不織布隔離膜與陽極部外殼兩側熱熔或膠合固定；以及
   一陽極部外殼，其具有：一陽極部外殼電極孔，其係形成於該陽極部外殼之上部；一陽極部外殼填充孔，其係形成於該陽極部外殼之下部；以及
   一陽極部集電片，其係設置於陽極部外殼之中間部，且該陽極部集電棒片一端係裸露於電池本體之外作為電極；以及
   一燃料密封塞，其係設置於陽極部外殼填充孔內；
   
   一陰極部，其具有：
   一ㄇ型觸媒碳極，其係設置於陽極部外殼外側；以及
   一觸媒碳極集電片，其係設置於ㄇ型觸媒碳極外側中間部，該觸媒碳極集電片與ㄇ型觸媒碳極做緊密電性接觸，且該觸媒碳極集電片一端係裸露於電池本體之外作為電極；以及
   一封裝體，其係為一種密封硬化膠，該封裝體為陽極部與陰極部組合後以埋入灌注方式成型於電池本體四週，且該封裝體可作為電池外殼。
2. 如申請專利範圍第1項所述之陽極部外殼，其材質為耐酸鹼之高分子材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之陰極部與陽極部，其結合方式為埋入灌注PU膠密封成型。
4. 如申請專利範圍第1項所述之燃料密封塞，其材質為橡膠或矽膠具有彈性，且其結構中具有高壓排氣之裂縫。
5. 如申請專利範圍第1項所述之陽極部集電片與觸媒碳極集電片，其材質為銅或銀之高導電金屬，其表面再鍍金、鉑、鎢、鈦或鎳等以增加抗腐蝕能力。
6. 如申請專利範圍第1項所述之陽極部集電片與ㄇ型觸媒碳極其結合方式為以鉚合或用導電膠做緊密的電性接觸結合，使其具有良好的導電能力。
7. 如申請專利範圍第1項所述之ㄇ型觸媒碳極具有排水透氣之微孔，該觸媒碳極外側為疏水層，且該觸媒碳極之微孔小至電解液無法通過而只能讓氣體進入。