金屬空氣燃料電池之空氣陰極

专利摘要:
一種金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其係於一集電層之一側依序堆疊有一碳黑層、一擴散層及一透氣層，且於該集電層之另一側依序堆疊有另一碳黑層、另一擴散層及一觸媒層，其特徵在於：該觸媒層之表面係間隔設置有數固著件，該數固著件係用以固定於一金屬空氣燃料電池之邊框。
公开号:TW201306366A
申请号:TW100126690
申请日:2011-07-27
公开日:2013-02-01
发明作者:Chiu-Feng Lin；Shu-Feng Lee；Yao-Tso Wu
申请人:Univ Nat Pingtung Sci & Tech；
IPC主号:Y02E60-00

专利说明:
金屬空氣燃料電池之空氣陰極
本發明係關於一種金屬空氣燃料電池之空氣陰極，特別是一種不易剝落且能維持較佳觸媒反應催化效率之金屬空氣燃料電池之空氣陰極。
金屬空氣燃料電池，係由陽極板、電解液及空氣陰極所構成，熟悉該技藝者可知，該空氣陰極係為一具有相對兩面之板狀構件，且該空氣陰極實際係由一集電網兩側依序堆疊其他功能層而成。如第1圖所示，係於該集電網91之一側依序堆疊有一碳黑層92、一擴散層93及一透氣層94，且於該集電網91之另一側依序堆疊有另一碳黑層92’、另一擴散層93’及一觸媒層95，以此，外界空氣係由該透氣層94進入，依序經由該擴散層93、碳黑層92、集電網91、碳黑層92’、擴散層93’及觸媒層95，使得空氣中的氧分子能於電解液充分反應，而產生如下述化學式所示之電化學反應而生電。
陰極：1/2O₂+H₂O→OH^-+e^2-
陽極：金屬→金屬^2+/3++2e^-/3e^-
然而，於長時間的放電過程，該空氣陰極9始終浸泡於酸/鹼性電解液中，而往往容易對該空氣陰極9之集電網91造成腐蝕性的侵蝕，如此反覆的生電作用，最終係導致該集電網91兩側所堆疊之數功能層剝落，舉凡碳黑層92、92’、擴散層93、93’、觸媒層95等，嚴重影響該金屬空氣燃料電池的放電效率，更相對增加修復該空氣陰極9所需耗廢的時間及成本，故傳統金屬空氣燃料電池之空氣陰極係無法達到符合經濟效益需求之目的。
有鑑於此，確實有必要發展一種不易剝落且能維持觸媒反應催化效率之空氣陰極，以應用於金屬空氣燃料電池，解決如上所述之問題。
本發明之主要目的乃改善上述缺點，以提供一種金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其係能夠防止空氣陰極受電解液侵蝕而剝落者。
本發明之次一目的係提供一種金屬空氣燃料電池之空氣陰極，係能夠維持電解液與空氣間的反應效率，以穩定金屬空氣燃料電池之生電效率者。
為達到前述發明目的，本發明之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其係於一集電層之一側依序堆疊有一碳黑層、一擴散層及一透氣層，且於該集電層之另一側依序堆疊有另一碳黑層、另一擴散層及一觸媒層，其特徵在於：該觸媒層之表面係間隔設置有數固著件，該數固著件係用以固定於一金屬空氣燃料電池之邊框。其中，該數固著件係由二氧化矽沉積而成。
再且，本發明金屬空氣燃料電池之空氣陰極，還可以選擇於該觸媒層另設有數疏水部，該數疏水部係與該數固著件錯位設置。其中，該數疏水部係鑲合於該觸媒層之內部，各該疏水部係間隔設置。且，該疏水部係由55~65%之聚四氟乙烯與35~45%之碳粒混合而成。
此外，本發明金屬空氣燃料電池之空氣陰極，更可以選擇於該觸媒層另設有數親水部，該數親水部係與該數固著件對位設置。其中，該親水部係鑲合於該觸媒層之內部，且各該親水部係共同形成包覆該數疏水部的層狀結構。且，該親水部係由15~25%之聚四氟乙烯與75~85%之碳粒混合而成。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，係為本發明一較佳實施例，該金屬空氣燃料電池之空氣陰極係包含一集電層1及數功能層2，該數功能層2係依序堆疊於該集電層1之二側。
該集電層1係用以接受該金屬空氣燃料電池之金屬顆粒反應所釋出之電子，且該集電層1較佳係可以選擇如鎳、銅等具有電子吸附功用之金屬網。
該數功能層2係代表二碳黑層21、21’、二擴散層22、22’、一透氣層23及一觸媒層24。於本實施例中，該集電層1之一側係依序堆疊有該碳黑層21、擴散層22及透氣層23，且該集電層2之另一側係依序堆疊有該碳黑層21’、擴散層22’及觸媒層24，藉此外界空氣可透過該透氣層23進入，依序經由該碳黑層21、擴散層22、集電層1、碳黑層21’、擴散層22’及觸媒層24，使得該空氣中的氧分子與電解液充分反應而生電。
其中，該空氣陰極之集電層1與數功能層2間的細部特徵及材質選擇，係為熟悉該技藝者可輕易思及，且非本發明之主要特徵所在，故該集電層1與數功能層2之特徵及功用，於此不再詳加贅述。
請再參照第2圖所示，本發明之特徵在於該觸媒層24之表面係間隔設置有數固著件241，該數固著件241係用以固定於一金屬空氣燃料電池之邊框(未繪示)。於本實施例中，該數固著件241較佳係由二氧化矽沉積而成，特別係於該數固著件241成形後包覆於該金屬空氣燃料電池之邊框，藉此提升本發明之空氣陰極的機械強度。其中，該數固著件241係可以為各種實施態樣，僅需預留電解液於該空氣陰極各層間流通之通道即可，本實施例所設置之數固著件241係由間隔設置之數條狀體成形為較佳。如此，當本發明之空氣陰極反覆作用生電，導致該集電層1長時間受電解液侵蝕時，係能透過該數固著件241避免其他數功能層2自該集電層1剝落之情形，達到穩固該空氣陰極各層間結合強度之功效。
再且，請參照第3圖所示，本發明金屬空氣燃料電池之空氣陰極，還可以選擇於該觸媒層24設有數疏水部242，該數疏水部242係與該數固著件241錯位設置。於本實施例中，該數疏水部242較佳係鑲合於該觸媒層24之內部，各該疏水部242係間隔設置，且與該觸媒層24表面的數固著件241形成錯位，該疏水部242可以選擇為各種具疏水材質的物件製成，且較佳係選擇由55~65%之聚四氟乙烯與35~45%之碳粒混合而成，特別係由60%之聚四氟乙烯混合40%之XC-72碳粒而成，藉以提升該疏水部242的疏水特性，以將流經該觸媒層24的電解液自該疏水部242導流至周圍，使得空氣中的氧分子與電解液充分於該觸媒層24作用，達到穩定該觸媒層24反應催化效率，且同時加速生電效率之功效。
請參照第4圖所示，當本發明之空氣陰極浸泡於金屬空氣燃料電池之電解液時，電解液係透過各該固著件241間的間隙流通於該空氣陰極之觸媒層24，且受該觸媒層24內之疏水部242影響，自然導引該電解液流向該數固著件241所覆蓋之觸媒層24處(如箭頭所示)，使得自外界進入且富含氧分子之空氣能於該觸媒層24的充分催化下，與該電解液產生反應，且透過下述化學反應式而生電。
陰極：1/2O₂+H₂O→OH^-+e^2-　[化學反應式一]
陽極：金屬→金屬^2+/3++2e^-/3e^-　[化學反應式二]
經由上述，本發明金屬空氣燃料電池之空氣陰極，係能透過該數固著件241之設計，使得該空氣陰極長時間受電解液的侵蝕下，仍然不會因該集電層1的腐蝕，而產生各該功能層2自該集電層1剝落之情形，藉以提升該空氣陰極的機械強度，而省去日後修復該空氣陰極所需耗費的時間及成本；再且，藉由該觸媒層24內所設有的數疏水部242，以及各該疏水部242與固著件241錯位設置之特點，係能將流經該觸媒層24之電解液導流至該數固著件241所覆蓋之觸媒層24處，以此增加空氣中氧分子與電解液於該觸媒層24的反應面積，達到穩定該觸媒層24的反應催化效率，且同時加速生電效率之功效。
此外，請參照第5圖所示，本發明更可以選擇於該觸媒層24另設有數親水部243，該數親水部243係與該數固著件241對位設置。於本實施例中，該親水部243較佳亦鑲合於該觸媒層24之內部，且各該親水部243係共同形成包覆該數疏水部242的層狀結構，使得流經該觸媒層24的電解液繞過該疏水部242後，由該親水部243快速導流至該觸媒層24的任一部位。藉此，係能提升空氣中氧分子與電解液於該觸媒層24的反應面積，進而透過該觸媒層24的充分催化作用，使該空氣中氧分子與電解液快速反應，達到提升生電效率之功效。其中，該親水部243可以選擇為各種具親水材質的物件製成，且較佳係選擇由15~25%之聚四氟乙烯與75~85%之碳粒混合而成，特別係由20%之聚四氟乙烯混合80%之XC-72碳粒而成。
本發明之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其係能夠防止空氣陰極受電解液侵蝕而產生剝落，進而提升空氣陰極的機械強度，以達到穩固空氣陰極之功效。
本發明之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，係能夠維持電解液與空氣間的反應效率，且同時達到穩定金屬空氣燃料電池生電效率之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 [本發明]
1．．．集電層
2．．．功能層
21、21’．．．碳黑層
22、22’．．．擴散層
23．．．透氣層
24．．．觸媒層
241．．．固著件
242．．．疏水部
243．．．親水部 [習知]
9．．．空氣陰極
91．．．集電網
92、92’．．．碳黑層
93、93’．．．擴散層
94．．．透氣層
95．．．觸媒層
第1圖：習知空氣陰極之立體分解圖。
第2圖：本發明空氣陰極之立體分解圖。
第3圖：本發明空氣陰極之局部剖視圖。
第4圖：本發明空氣陰極之局部作動圖。
第5圖：本發明空氣陰極之又一局部剖視圖。
1．．．集電層
2．．．功能層
21、21’．．．碳黑層
22、22’．．．擴散層
23．．．透氣層
24．．．觸媒層
241．．．固著件

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其係於一集電層之一側依序堆疊有一碳黑層、一擴散層及一透氣層，且於該集電層之另一側依序堆疊有另一碳黑層、另一擴散層及一觸媒層，其特徵在於：該觸媒層之表面係間隔設置有數固著件，該數固著件係用以固定於一金屬空氣燃料電池之邊框。
[2] 依申請專利範圍第1項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該數固著件係由二氧化矽沉積而成。
[3] 依申請專利範圍第1或2項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該數固著件成形後係包覆於該金屬空氣燃料電池之邊框。
[4] 依申請專利範圍第1或2項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該數固著件係為間隔設置之數條狀體。
[5] 依申請專利範圍第1或2項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該觸媒層另設有數疏水部，該數疏水部係與該數固著件錯位設置。
[6] 依申請專利範圍第5項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該數疏水部係鑲合於該觸媒層之內部，各該疏水部係間隔設置。
[7] 依申請專利範圍第5項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該疏水部係由55~65%之聚四氟乙烯與35~45%之碳粒混合而成。
[8] 依申請專利範圍第5項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該觸媒層另設有數親水部，該數親水部係與該數固著件對位設置。
[9] 依申請專利範圍第8項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該親水部係鑲合於該觸媒層之內部，且各該親水部係共同形成包覆該數疏水部的層狀結構。
[10] 依申請專利範圍第8項所述之金屬空氣燃料電池之空氣陰極，其中該親水部係由15~25%之聚四氟乙烯與75~85%之碳粒混合而成。

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公开号 | 公开日

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TWI459620B|2014-11-01|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2020-08-01| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100126690A|TWI459620B|2011-07-27|2011-07-27|金屬空氣燃料電池之空氣陰極|TW100126690A| TWI459620B|2011-07-27|2011-07-27|金屬空氣燃料電池之空氣陰極|