FR2867311A1 - Fabrication of a fuel cell integrated by lamination with a flexible substrate, using printed circuit board technology to improve fabrication - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pile àThe present invention relates to a method of manufacturing a battery
combustible intégrée à laminé de substrat flexible et la pile à combustible fabriquée selon ce procédé. Elle concerne, plus particulièrement, integrated flexible substrate laminate fuel and the fuel cell manufactured according to this method. It concerns, more particularly,
un procédé de fabrication utilisant le procédé de fabrication d'une carte à circuit imprimé (PCB) pour le substrat de circuit flexible, afin de fabriquer la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible, et concerne la pile à combustible intégrée à laminé à subs- trat flexible fabriquée selon le présent procédé. a manufacturing method using the method of manufacturing a printed circuit board (PCB) for the flexible circuit substrate, for manufacturing the flexible substrate laminated fuel cell, and relates to the integrated laminated fuel cell flexible substrate made in accordance with the present process.
Une carte à circuit imprimé flexible (FPC) est composée d'un substrat isolant, d'un adhésif et d'un conducteur tel que du cuivre, ce qui est la raison pour laquelle on l'appelle FPC ( flexible printed circuit ). A flexible printed circuit board (FPC) is composed of an insulating substrate, an adhesive and a conductor such as copper, which is why it is called FPC (flexible printed circuit).
Les caractéristiques d'une FPC sont qu'elle est en mesure de permettre un assemblage tridimensionnel et de bénéficier d'une liberté lors du placement des conducteurs traités pour se placer dans l'équipement, et qu'elle est également flexible, légère et mince, ce que l'on n'ob- tient pas en utilisant la carte laminée globalement dure. La FPC actuelle est principalement utilisée en remplace-ment de fil conducteur. The characteristics of a FPC are that it is able to allow a three-dimensional assembly and to enjoy a freedom when placing the treated conductors to be placed in the equipment, and that it is also flexible, light and thin , which is not achieved using the generally hard laminated card. Current CPD is mainly used as a substitute for lead wire.
La conception classique d'une pile à combustible est une conception à empilement, cette conception typique ayant été décrite dans les Brevets Américains US 5.200.278, US 5.252410, US 5.360.679 et US 6.030.718. Bien que ces brevets, utilisant l'art antérieur, manifestent une efficacité de production plus élevée de l'électricité, leur composition est trop compliquée pour être fabriquée, et le coût est également très élevé, ce qui entraîne une augmentation de l'exigence imposée aux périphériques du système. The conventional design of a fuel cell is a stack design, this typical design having been described in US Patents 5,200,278, US 5,255,210, US 5,360,679 and US 6,030,718. Although these patents, using the prior art, show a higher production efficiency of electricity, their composition is too complicated to be manufactured, and the cost is also very high, resulting in an increase in the requirement imposed to the system peripherals.
Le Brevet Américain US 5.631.099 d'une pile à combustible à réplication de surface a décrit une pile à combustible, comprenant un empilement et étant de conception plane, c'est- à-dire que ce brevet combine les avantages de la conception à empilement et de celle plane pour augmenter l'efficacité de la production d'électri- cité, et présente également l'avantage de la facilité de fabrication, du faible coût, du faible poids, de l'usage approprié et de la moindre limitation en termes de volume. Cependant, le brevet US 5.631.099 présente égale-ment les inconvénients de la complexité de sa structure, de la difficulté de fabrication, de la difficulté d'échappement des produits de réaction, telle que l'eau, et de la difficulté à fournir l'air ou l'oxygène. US Pat. No. 5,631,099 to a surface replication fuel cell has described a fuel cell comprising a stack and having a planar design, that is, this patent combines the advantages of design with stacking and planing to increase the efficiency of electricity production, and also has the advantage of ease of manufacture, low cost, low weight, appropriate use and less limitation in terms of volume. However, US Pat. No. 5,631,099 also has the drawbacks of the complexity of its structure, the difficulty of manufacturing, the difficulty of exhausting the reaction products, such as water, and the difficulty of providing air or oxygen.
La Demanderesse a recherché quels étaient les inconvénients de la pile à combustible utilisée, mention- née ci-dessus, et a souhaité apporter une amélioration et inventer une technologie de processus de fabrication de la PCB d'une FPC, afin de mettre en oeuvre la fabrication de la pile à combustible pour qu'elle présente les avantages de facilité de fabrication, de faible coût, de fai- ble poids, d'usage approprié et de moindre limitation du fait de l'encombrement. The Applicant has investigated the disadvantages of the fuel cell used, mentioned above, and wished to make an improvement and invent a process technology for manufacturing the PCB of a FPC, in order to implement the manufacture of the fuel cell so that it has the advantages of ease of manufacture, low cost, low weight, appropriate use and less limitation due to congestion.
Le but principal de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'une pile à combustible intégrée à laminé de substrat flexible, faisant uti- lisation de la technologie de traitement PCB d'une FPC, et l'améliorant pour la fabrication des piles à combustible. The main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a flexible substrate laminate integrated fuel cell, utilizing the PCB processing technology of a FPC, and improving it for the manufacture of fuel cells.
Un autre but de la présente invention est de fournir une pile à combustible intégrée à laminé, présentant les caractéristiques de légèreté, minceur, petitesse, étroitesse et flexibilité, permettant d'ajuster la forme et la taille. Another object of the present invention is to provide a laminate integrated fuel cell having the characteristics of lightness, thinness, smallness, narrowness and flexibility, allowing the shape and the size to be adjusted.
Pour atteindre les buts ci-dessus, la présente invention fournit un procédé de fabrication d'une pile à 2867311 3 combustible intégrée à laminé de substrat: flexible, comprenant les étapes suivantes: (A) pour un substrat de circuit flexible, utilisé par la carte à circuit imprimé (PCB), utilisation du pro- cessus de fabrication de la PCB, pour produire respectivement une couche de collecte de courant d'anode et une couche de collecte de courant de cathode; (B) fabrication d'une couche d'ensemble d'électrode de membrane; (C) utilisation du processus de laminage de stratification ou de liaison pour produire un laminé stratifié composé de la couche de collecte de courant d'anode, de la couche d'ensemble d'électrode de membrane et de la couche de collecte de courant de cathode, en donnant une couche réactive de pile à combustible, en allant du haut vers le bas; (D) utilisation d'un substrat flexible pour fabriquer une couche d'écoulement; (E) liaison de la couche réactive de pile à combusti-20 ble et de la couche d'écoulement; de manière correspondante, achever la fabrication de la pile à combustible intégrée à laminé de substrat flexible. To achieve the above objects, the present invention provides a method of manufacturing a flexible substrate laminate integrated fuel cell, comprising the following steps: (A) for a flexible circuit substrate, used by the printed circuit board (PCB), using the process of manufacturing the PCB, to respectively produce an anode current collection layer and a cathode current collection layer; (B) manufacturing a membrane electrode assembly layer; (C) using the laminating or bonding laminating process to produce a laminate laminate composed of the anode current collection layer, the membrane electrode assembly layer and the current collection layer. cathode, by providing a reactive fuel cell layer, from top to bottom; (D) using a flexible substrate to make a flow layer; (E) bonding the fuel cell reactive layer and the flow layer; correspondingly, complete the fabrication of the integrated flexible substrate laminate fuel cell.
Avantageusement l'étape (A) de fabrication de la couche de collecte de courant; d'anode consiste à percer le substrat de circuit flexible, puis d'effectuer le plaquage chimique du cuivre sous une épaisseur de 0,254 pm à 1,27 pm (10 pouces à 50 pouces) sur la totalité du substrat, et d'effectuer un nouveau plaquage de cuivre sous une épaisseur de 5,08 rn à 12,7 pm (200 pouces à 500 pouces) pour de cette manière effectuer un plaquage d'or sous une épaisseur de 0,076 pm à 0,254 pm (3 pouces à 10 pouces) après avoir effectué le laminage en film, la photo-exposition et le développement. Advantageously, the step (A) of manufacturing the current collection layer; the anode consists of piercing the flexible circuit substrate, then chemically plating the copper to a thickness of 0.254 μm to 1.27 μm (10 inches to 50 inches) over the entire substrate, and performing a new copper plating at a thickness of 5.08 mm to 12.7 μm (200 inches to 500 inches) thereby to effect a gold plating at a thickness of 0.076 μm to 0.254 μm (3 inches to 10 inches) after making the film rolling, photo-exposure and development.
De préférence, la couche de collecte de courant d'anode comprend au moins une zone de collecte de courant d'anode, et dans lequel chaque collecte de courant d'anode correspond à une unité de pile à combustible de la couche d'ensemble d'électrode de membrane. Cette couche de collecte de courant d'anode peut en outre comprendre un circuit de commande. Preferably, the anode current collection layer comprises at least one anode current collection zone, and wherein each anode current collection corresponds to a fuel cell unit of the overall electrode layer. membrane electrode. This anode current collection layer may further comprise a control circuit.
Selon un mode préféré de réalisation de la présente invention, l'étape (A) de fabrication de la couche de collecte de courant d'anode consiste à percer le substrat de circuit flexible, puis d'effectuer le plaquage chimique du cuivre sous une épaisseur de 0,254 m à 1,27 m (10 pouces à 50 pouces) sur 1a totalité du substrat, et d'effectuer un nouveau plaquage de cuivre sous une épaisseur de 5,08 pm à 12,7 m (200 pouces à 500 pouces) pour par conséquent effectuer un plaquage d'or sous une épaisseur de 0,076 m à 0,254 m (3 pouces à 10 pouces), après le laminage du film, la photo-exposition et le développement. Dans ce cas, la couche de collecte de courant de cathode comprend avantageusement au moins une zone de collecte de courant de cathode, et dans lequel chaque collecte de courant de cathode correspond à une unité de pile à combustible de la couche d'en-semble d'électrode de membrane. Cette couche de collecte de courant de cathode peut en outre comprendre un circuit de commande. According to a preferred embodiment of the present invention, the step (A) of manufacturing the anode current collection layer comprises piercing the flexible circuit substrate, and then performing the chemical plating of the copper under a thickness. from 0.254 m to 1.27 m (10 inches to 50 inches) over the entire substrate, and re-plating copper to a thickness of 5.08 μm to 12.7 μm (200 inches to 500 inches) therefore, plating gold to a thickness of 0.076 m to 0.254 m (3 inches to 10 inches) after film rolling, photoexposure and development. In this case, the cathode current collection layer advantageously comprises at least one cathode current collection zone, and wherein each cathode current collection corresponds to a fuel cell unit of the of membrane electrode. This cathode current collection layer may further comprise a control circuit.
De préférence, l'étape (D) de fabrication de la couche d'ensemble d'électrode de membrane consiste à utiliser des moyens de laminage pour produire un laminé stra- tifié une membrane d'échange de protons, une couche de catalyseur en polymère et un papier carbone/tissu de carbone, pour former la couche d'ensemble d'électrode de membrane. Preferably, the step (D) of manufacturing the membrane electrode assembly layer comprises using rolling means to produce a laminate laminate a proton exchange membrane, a polymer catalyst layer and a carbon paper / carbon fabric, to form the membrane electrode assembly layer.
2867311 5 Avantageusement le matériau de la membrane d'échange de protons est éventuellement un matériau Nafion de chez DuPont. Advantageously, the material of the proton exchange membrane is optionally a Nafion material from DuPont.
De préférence, l'étape (C) utilisant des moyens de laminage pour produire un laminé imprimé ou pré-imprégné par le milieu de liaison agit en laminant dans l'ordre depuis la couche de collecte de courant d'anode, la couche d'ensemble d'électrode de membrane et la couche de collecte de courant de cathode et, de cette manière, effectue une compression à l'aide de la machine de pressage thermique pour produire la couche réactive de la pile à combustible. Preferably, the step (C) using rolling means to produce a laminate printed or pre-impregnated with the binding medium acts by rolling in order from the anode current collection layer, the coating layer. membrane electrode assembly and the cathode current collection layer and, in this manner, compresses using the thermal pressing machine to produce the reactive layer of the fuel cell.
Avantageusement, l'étape (D) utilise au moins l'un parmi la machine de pressage thermique, une machine au laser ou une machine à commande numérique CNC, pour for-mer une profondeur préétablie et, au moins audessus, une cavité d'écoulement sur le substrat flexible. Advantageously, step (D) uses at least one of the thermal pressing machine, a laser machine or a CNC numerical control machine, to form a pre-established depth and, at least above, a cavity. flow on the flexible substrate.
De préférence, la profondeur préétablie est dans la plage de 1 mm à 10 mm. Preferably, the preset depth is in the range of 1 mm to 10 mm.
Avantageusement, le substrat flexible est un substrat flexible et nonmétallique. Il est par exemple un substrat de circuit flexible, utilisé en tant que PCB. Advantageously, the flexible substrate is a flexible and nonmetallic substrate. It is for example a flexible circuit substrate, used as PCB.
De préférence, l'étape (E) utilise des moyens d'impression ou de laminage avec pré-imprégné, en utilisation dans le milieu de liaison, à l'aide du processus de laminage ou de liaison pour produire un laminé stratifié formé de la couche réactive de la pile à combustible et de la couche d'écoulement ensemble, puis effectuer une compression ou une polymérisation à haute température à l'aide de la machine de pressage thermique, dans le but de produire la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible. Preferably, step (E) uses printing or rolling means with prepreg, used in the bonding medium, using the rolling or bonding process to produce a laminate laminate formed from the reactive layer of the fuel cell and the flow layer together, and then perform high temperature compression or polymerization using the thermal press machine, in order to produce the integrated laminated fuel cell. flexible substrate.
Avantageusement, la machine de pressage thermique, agissant dans un environnement de compression ou de poly- 2867311 6 mérisation, est en mesure de régler la température dans la plage de 80 C à 200 C, pour effectuer la compression ou la polymérisation. Advantageously, the thermal pressing machine, operating in a compression or poly-environment, is able to adjust the temperature in the range of 80 C to 200 C, to effect compression or polymerization.
De préférence, le milieu de liaison est un produit 5 parmi un époxy et un pré-imprégné. Preferably, the binding medium is a product of an epoxy and a prepreg.
Avantageusement, la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible est une pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible fonctionnant directement au méthanol. Advantageously, the flexible substrate laminate integrated fuel cell is a flexible laminate flexible substrate fuel cell operating directly with methanol.
De préférence, le substrat de circuit flexible est un substrat en feuille de cuivre à circuit. flexible. Preferably, the flexible circuit substrate is a copper circuit board substrate. flexible.
La présente invention concerne également une pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible obtenue selon le procédé ci-dessus, comprenant: une couche réactive de pile à combustible, comprenant. The present invention also relates to a flexible substrate laminate integrated fuel cell obtained by the above method, comprising: a fuel cell reactive layer, comprising:
une couche de collecte de courant d'anode, fabriquée par un substrat de circuit flexible utilisé dans la PCB; une couche de collecte de courant de cathode, fabri- quée par un substrat de circuit flexible utilisé dans la PCB; une couche d'ensemble d'électrode de membrane, utilisant un processus de laminage de stratification ou de liaison, pour être intimement en prise en sandwich entre la couche de collecte de courant d'anode et la couche de collecte de courant de cathode; une couche d'écoulement, fabriquée par un substrat flexible en utilisant des moyens d'impression ou de lami- nage de pré-imprégné, en utilisant le milieu de liaison pour obtenir un produit laminé stratifié avec la couche réactive de pile à combustible, puis prccéder à la com- pression ou à la polymérisation sous haute température de la couche réactive de pile à combustible laminée et de la 2867311 7 couche d'écoulement, à l'aide de la machine de pressage thermique. an anode current collection layer, made by a flexible circuit substrate used in the PCB; a cathode current collection layer, made by a flexible circuit substrate used in the PCB; a membrane electrode assembly layer, utilizing a lamination or bonding laminating process, for intimately sandwiching between the anode current collection layer and the cathode current collection layer; a flow layer, made by a flexible substrate using pre-impregnated printing or laminating means, using the bonding medium to obtain a laminated product laminated with the reactive fuel cell layer, and then the compression or high temperature polymerization of the laminated fuel cell reactive layer and the flow layer is carried out by the thermal pressing machine.
Avantageusement, la couche d'écoulement comprend au moins une cavité d'écoulement et utilise l'une parmi une machine de pressage thermique, une machine au laser et une machine à commande numérique CNC pour former une pro-fondeur préétablie de la cavité d'écoulement sur le substrat flexible. Advantageously, the flow layer comprises at least one flow cavity and uses one of a thermal pressing machine, a laser machine and a CNC numerical control machine to form a pre-established depther of the cavity. flow on the flexible substrate.
De préférence, la profondeur préétablie de la cavité 10 d'écoulement est dans la plage de 1 mm à 10 mm. Preferably, the pre-set depth of the flow cavity is in the range of 1 mm to 10 mm.
Avantageusement, le substrat de circuit flexible est un substrat en feuille de cuivre de circuit flexible. Advantageously, the flexible circuit substrate is a flexible circuit copper foil substrate.
Ce substrat flexible peut être un substrat flexible et non-métallique, ou un substrat de circuit flexible 15 utilisé dans la PCB. This flexible substrate may be a flexible, non-metallic substrate, or a flexible circuit substrate used in the PCB.
De préférence, la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible est une pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible fonctionnement directement au méthanol. Preferably, the flexible substrate laminate integrated fuel cell is an integral laminated flexible substrate fuel cell operating directly with methanol.
Avantageusement, la couche de collecte de courant d'anode comprend au moins une zone de collecte de courant d'anode, et dans laquelle chaque collecte de courant d'anode correspond à une unité de pile à combustible de la couche d'ensemble d'électrode de membrane. Cette cou- che de collecte de courant d'anode peut en outre comprendre un circuit de commande. Advantageously, the anode current collection layer comprises at least one anode current collection zone, and wherein each anode current collection corresponds to a fuel cell unit of the overall layer of membrane electrode. This anode current collection layer may further comprise a control circuit.
De préférence, la couche de collecte de courant de cathode comprend au moins une zone de collecte de courant de cathode, et dans laquelle chaque collecte de courant de courant de cathode correspond à une unité de pile à combustible de la couche d'ensemble d'électrode à membrane. Cette couche de collecte de courant de cathode peut en outre comprendre un circuit de commande. Preferably, the cathode current collection layer comprises at least one cathode current collection zone, and wherein each cathode current current collection corresponds to a fuel cell unit of the overall electrode layer. membrane electrode. This cathode current collection layer may further comprise a control circuit.
2867311 8 Avantageusement, le substrat de circuit flexible est un substrat de circuit flexible à feuille de cuivre. Advantageously, the flexible circuit substrate is a copper foil flexible circuit substrate.
Les buts et avantages ci-dessus de la présente invention vont devenir mieux évidents, en référence aux dessins annexés parmi lesquels: La Figure 1 représente l'ordinogramme du procédé de fabrication de la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible selon la présente invention; La Figure 2 représente le diagramme structurel de la 10 couche de collecte de courant d'anode fabriquée selon la présente invention; La Figure 3 représente le diagramme à plus grande échelle de la structure de la zone de collecte de courant d'anode selon la présente invention; La Figure 4 représente le diagramme structurel de la couche de collecte de courant de cathode fabriquée selon la présente invention; La Figure 5 représente le diagramme à plus grande échelle de la structure de la zone de collecte de courant 20 de cathode de la présente invention; La Figure 6 représente la décomposition structurelle de la couche d'ensemble d'électrode à membrane; La Figure 7 représente le diagramme structurel de la couche d'ensemble d'électrode à membrane, fabriquée selon 25 la présente invention; La Figure 8 représente le diagramme structurel de la couche réactive de pile à combustible fabriquée selon la présente invention; La Figure 9 représente le diagramme structurel de la 30 couche d'écoulement fabriquée selon la présente invention; La Figure 10 représente le diagramme structurel de la couche d'écoulement selon une autre vue différente, fabriquée selon la présente invention; et 2867311 9 La Figure 11 représente le diagramme structurel de la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible, fabriquée selon la présente invention. The above objects and advantages of the present invention will become more apparent with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 shows the flow chart of the method for manufacturing the flexible substrate laminate integrated fuel cell according to the present invention; ; Figure 2 shows the structural diagram of the anode current collection layer made in accordance with the present invention; Figure 3 shows the larger scale diagram of the structure of the anode current collection area according to the present invention; Figure 4 shows the structural diagram of the cathode current collection layer fabricated according to the present invention; Figure 5 shows the larger scale diagram of the structure of the cathode current collection area of the present invention; Figure 6 shows the structural decomposition of the membrane electrode assembly layer; Figure 7 shows the structural diagram of the membrane electrode assembly layer, made in accordance with the present invention; Figure 8 shows the structural diagram of the fuel cell reactive layer fabricated according to the present invention; Figure 9 shows the structural diagram of the flow layer fabricated according to the present invention; Fig. 10 shows the structural diagram of the flow layer according to another different view, made according to the present invention; and Fig. 11 shows the structural diagram of the flexible laminate integrated fuel cell made according to the present invention.
Le procédé de fabrication 10 de la présente inven- tion est utilisé pour fabriquer une pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible, spécialement pour fabriquer une pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible, fonctionnant directement au méthanol. L'ordinogramme du procédé de fabrication 10 de la pré- sente invention, tel que l'illustre la FIG. 1, montre que la majeure partie du procédé de fabrication 10 de la pré-sente invention n'utilise que le substrat de circuit flexible de la PCB comme matériau, tel qu'un substrat en feuille de cuivre flexible, réalisé en cuivre et en résine, pour révéler de façon évidente les avantages de la facilité de fabrication et de l'économie en termes de coût de fabrication et en accord avec la présente tendance concernant les produits, eu égard. au procédé de fabrication utilisé de pile à combustion, faisant utili- sation de matériau de coût plus élevé et soumis à des difficultés de fabrication. Entre-temps, la pile à combustible à méthanol direct 20, produite par le présent procédé de fabrication 10 selon l'invention, qui est d'une fabrication aisée, étant donné que la pile à corn- bustible, présentant les caractéristiques de légèreté, minceur, faible longueur, étroitesse, et de polyvalence de l'aspect, adapte excellemment l'usage de la puissance de dispositif électronique portable polyvalent, tels que des téléphones mobiles, des PDA, des téléphones intelli- gents, des livres électroniques, des PC de type tablette et bloc-notes. Le présent procédé de fabrication 10 selon l'invention est aisé à mettre en place pour permettre une fabrication rapide de la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible 20 selon les conditions d'as- 2867311 10 pect, de taille et de puissance pour fournir à la pile à combustible un procédé de fabrication qui soit très approprié. The manufacturing method 10 of the present invention is used to manufacture a flexible substrate laminate integrated fuel cell, especially for manufacturing a flexible laminate flexible substrate fuel cell operating directly with methanol. The flow chart of the manufacturing method 10 of the present invention as illustrated in FIG. 1 shows that the major part of the manufacturing method of the present invention uses only the flexible circuit substrate of the PCB as a material, such as a flexible copper foil substrate, made of copper and resin , to clearly reveal the advantages of ease of manufacture and economy in terms of manufacturing cost and in accordance with the present trend regarding products, with regard to. the used fuel cell manufacturing process, utilizing higher cost material and subject to manufacturing difficulties. Meanwhile, the direct methanol fuel cell 20, produced by the present process of manufacture 10 according to the invention, which is easy to manufacture, since the fuel cell, having the characteristics of lightness, slimness, short length, narrowness, and versatility of appearance, excellently adapts the use of versatile portable electronic device power, such as mobile phones, PDAs, smart phones, e-books, PCs tablet and notebook type. The present manufacturing method 10 according to the invention is easy to set up to allow rapid manufacture of the flexible substrate laminate integrated fuel cell 20 according to the requirements of size, power and power. provide the fuel cell with a manufacturing process that is very appropriate.
Selon le procédé de fabrication d'une pile à combus- tible intégrée à laminé en substrat flexible, fonctionnant directement en méthanol, se référant à l'ordinogramme du procédé de fabrication de la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible selon l'invention, représenté sur la FIG. 1, le procédé de fabrication 10 va être respectivement décrit étape par étape ci-après. L'étape 101 est celle de l'utilisation du substrat de circuit flexible de la PCB pour respectivement fabriquer une couche de collecte de courant d'anode 201 (cf. figure 2) et une couche de collecte de courant de cathode 203 (cf. figure 4), en utilisant le processus de fabrication de la PCB. Le mode de réalisation de l'étape 101 de la présente invention est celle d'utilisation du substrat en feuille de cuivre flexible, dans le matériau de la PCB pris comme exemple du substrat de circuit flexible et afin d'avoir une interprétation appropriée et une compréhension aisée de la présente invention, dans le seul but de divulguer comment fabriquer la couche de collecte de courant d'anode 201 et de façon similaire de fabriquer la couche de collecte de courant de cathode 203, selon le procédé de fabrication de la couche de collecte de courant d'anode 201. Le substrat en feuille de cuivre flexible utilise un procédé de perçage classique de la PCB; puis l'ensemble du substrat est plaqué par une couche de cuivre déposée par voie chimique, d'une épaisseur d'envi- ron 0,254 m à 1,27 m (10 ppouces à 50 ppouces) ; puis un nouveau plaquage est effectué au cuivre d'une épaisseur d'environ 5,08 m à 12,7 m (200 ppouces à 500 ppouces), et ensuite un plaquage à l'or avec une épaisseur d'environ 0,076 m à 0,254 rn (3 ppouces à 2867311 11 pouces) après le processus de laminage en film, une photo-exposition et un développement, puis en se basant sur la condition de placement de la zone de collecte de courant d'anode 201a pour produire une zone de collecte de courant d'anode 201a qui soit en mesure de correspondre à l'unité de pile à combustible 20a correspondante eu égard à la couche d'ensemble d'électrode à membrane 205. De nouveau, on place également le circuit de commande 201b qui est principalement composé d'une pluralité de dispositifs électroniques SMT. Enfin, les motifs de cuivre ayant été gravés en respectant le dessin de la zone de collecte de courant d'anode 20la et du circuit de commande 201b sont soumis à brasure les dispositifs électroniques SMT et on teste le circuit pour savoir s'il est bon/mauvais et ensuite on achève par la réalisation de la couche de collecte de courant d'anode 201. According to the method of manufacturing an integrated flexible laminate fuel cell operating directly in methanol, referring to the flow chart of the method for manufacturing the flexible laminate flexible substrate fuel cell according to the invention , shown in FIG. 1, the manufacturing method 10 will be described respectively step by step below. Step 101 is that of using the flexible circuit substrate of the PCB to respectively fabricate an anode current collection layer 201 (see Figure 2) and a cathode current collection layer 203 (cf. Figure 4), using the process of manufacturing the PCB. The embodiment of step 101 of the present invention is that of using the flexible copper foil substrate, in the PCB material taken as an example of the flexible circuit substrate and in order to have a proper interpretation and easy understanding of the present invention, for the sole purpose of disclosing how to manufacture the anode current collection layer 201 and similarly to manufacture the cathode current collection layer 203, according to the method of manufacturing the anode current collection 201. The flexible copper foil substrate uses a conventional PCB piercing method; then the entire substrate is plated with a chemically deposited copper layer, about 0.254 m to 1.27 m (10 inches to 50 inches) thick; then a new plating is made to the copper of a thickness of about 5.08 m to 12.7 m (200 to 500 inches), and then a gold plating with a thickness of about 0.076 m to 0.254 m. rn (3 inches to 2867311 11 inches) after the film rolling process, photoexposure and development, and then based on the placement condition of the anode current collection area 201a to produce an area of anode current collection 201a which is able to correspond to the corresponding fuel cell unit 20a with respect to the membrane electrode assembly layer 205. Again, the control circuit 201b is also placed. is mainly composed of a plurality of SMT electronic devices. Finally, the copper patterns having been etched in accordance with the drawing of the anode current collection zone 20la and the control circuit 201b are soldered to the SMT electronic devices and the circuit is tested to see if it is good. / bad and then complete by producing the anode current collection layer 201.
La Figure 2 représente le diagramme structurel de la couche de collecte de courant d'anode fabriquée selon la présente invention; la Figure 3 représente le diagramme à plus grande échelle de la structure de la zone de col- lecte de courant d'anode de la présente invention; la Figure 4 représente le diagramme structurel de la couche de collecte de courant de cathode fabriquée selon la pré- sente invention; et, la Figure 5 représente le diagramme à plus grande échelle de la structure de la zone de col- lecte de courant de cathode de la présente invention. A l'aide de l'étape 101, pour fabriquer la couche de col- lecte de courant d'anode 201 et la couche de collecte de courant de cathode 203 qui comprennent la zone de col- lecte de courant d'anode 201a et la zone de collecte de courant de cathode 203a, respectivement Formées par les motifs en feuille en cuivre gravés, on place également un grand nombre de trous traversants 2011 et 2031 à l'inté- rieur de la zone appartenant à la zone de collecte de 2867311 12 courant d'anode 201a et à la zone de collecte de courant de cathode 203a. Ces trous 2011 réalisés dans la zone de collecte de courant d'anode 201a sont en mesure de fournir une solution de méthanol qui s'écoule dans la couche d'ensemble d'électrode à membrane 205 et également des trous 2031 dans la zone de collecte de courant de cathode 203a sont en mesure de fournir de l'air externe passant dans la couche d'ensemble d'électrode de membrane 205. En outre, le circuit de commande 201b, ayant été placé dans la couche de collecte de courant d'anode 201, et le circuit de commande 203b, ayant été placé dans la couche de collecte de courant de cathode 203, sont en mesure d'améliorer la faisabilité de la pile à combustible 20 à l'aide de la fonction révélée par les circuits de commande 201b et 203b. Figure 2 shows the structural diagram of the anode current collection layer made in accordance with the present invention; Figure 3 is a larger scale diagram of the structure of the anode current collection zone of the present invention; Figure 4 shows the structural diagram of the cathode current collection layer made in accordance with the present invention; and Figure 5 shows the enlarged scale diagram of the structure of the cathode current collection zone of the present invention. Using step 101, to fabricate the anode current collection layer 201 and the cathode current collection layer 203 which comprise the anode current collection zone 201a and the Cathode current collection area 203a, respectively formed by the engraved copper foil patterns, a large number of through holes 2011 and 2031 are also placed within the area of the 2867311 collection area. anode current 201a and the cathode current collection area 203a. These 2011 holes made in the anode current collection area 201a are able to provide a solution of methanol flowing in the membrane electrode assembly layer 205 and also holes 2031 in the collection zone. cathode current 203a are able to supply external air passing through the membrane electrode assembly layer 205. In addition, the control circuit 201b, having been placed in the current collection layer of anode 201, and the control circuit 203b, having been placed in the cathode current collection layer 203, are able to improve the feasibility of the fuel cell 20 by means of the function revealed by the command 201b and 203b.
L'étape 103 est celle de la fabrication de la couche d'ensemble d'électrode à membrane 205, en se référant à la Figure 6, représentant la décomposition structurelle de la couche d'ensemble d'électrode à membrane. La pré- sente invention, en pratique, met en uvre les moyens de l'étape 103 pour revêtir respectivement avec du pla- tine (Pt) en une concentration préétablie et du Pt/Ru en concentration préétablie sur la membrane d'échange de protons 205a et un matériau polymère puis utilise les moyens de liaison pour former la couche d'ensemble d'électrode de membrane 205 par la membrane d'échange de protons 205a, le catalyseur polymère 205b et le papier carbone/tissu de carbone 205c. Le matériau de la membrane d'échange de protons 205a est éventuellement du Nafion, de DuPont, et les moyens de revêtement sont capables d'utiliser une impression au polyimide. L'enduction, à la concentration préétablie, dams la zone active d'anode, utilisant le solvant pour formuler un catalyseur Pt/Ru, est d'une valeur entre 1 mg/crn2 et 10 mg/cm2, et l'enduc- 2867311 13 tion par un revêtement en concentration préétablie dans la zone active de cathode par utilisation du solvant pour formuler du Pt comme catalyseur est d'une valeur comprise entre 1 mg/cm2 et 10 mg/cm2. En utilisant l'application d'un revêtement et une impression sérigraphique pour imprimer directement le catalyseur actif sur la membrane d'échange de protons 205a ou le tissu de carbone/papier carbone 205c sous haute température de 100 C à 180 C sur une durée d'environ 1 minute à 20 minutes pour effectuer le laminage, ceci va achever le processus de fabrication de la couche d'ensemble d'électrode de membrane 205. A l'aide des moyens de fabrication utilisés à l'étape 103, la couche d'ensemble d'électrode de membrane 205 est capable d'inclure une pluralité d'unités de pile à cornbustible 20a, en se référant à la Figure 7, représentant le diagramme structurel de la couche d'ensemble d'élec- trode à membrane 205 fabriquée par la présente invention. Step 103 is the fabrication of the membrane electrode assembly layer 205, with reference to Figure 6, showing the structural decomposition of the membrane electrode assembly layer. The present invention, in practice, employs the means of step 103 to respectively coat with platinum (Pt) at a pre-established concentration and Pt / Ru at pre-established concentration on the proton exchange membrane. 205a and a polymeric material then uses the bonding means to form the membrane electrode assembly layer 205 through the proton exchange membrane 205a, the polymer catalyst 205b and the carbon paper / carbon tissue 205c. The material of the proton exchange membrane 205a is optionally Nafion, DuPont, and the coating means is capable of using a polyimide printing. The coating, at the pre-established concentration, in the active anode zone, using the solvent to formulate a Pt / Ru catalyst, is between 1 mg / cm 2 and 10 mg / cm 2, and the coating 2867311 Pre-established concentration coating in the cathode active zone using the solvent to formulate Pt as a catalyst is in the range of 1 mg / cm 2 to 10 mg / cm 2. Using the application of a coating and a screen printing to directly print the active catalyst on the proton exchange membrane 205a or the carbon / carbon paper tissue 205c under high temperature from 100 C to 180 C over a period of 1 minute to 20 minutes for rolling, this will complete the manufacturing process of the membrane electrode assembly layer 205. Using the manufacturing means used in step 103, the Membrane electrode assembly 205 is capable of including a plurality of co-fuel cell units 20a, with reference to Figure 7, showing the structural diagram of the membrane electrode assembly layer 205 manufactured by the present invention.
L'étape 105 utilise le processus de laminage ou de mise en adhésion accompli en réalisant un. produit laminé stratifié composé de la couche de collecte de courant d'anode 201, la couche d'ensemble d'électrode de membrane 205 et la couche de collecte de courant de cathode 203 dans la couche réactive de pile à combusti- ble 207, en allant du haut vers le bas. En se référant à la Figure 8, représentant le diagramme structurel de la couche réactive de pile à combustible fabriquée par mise en oeuvre de la présente invention, les moyens mis en uvre selon la présente invention. A l'étape 105 sont en mesure d'utiliser un milieu d'adhésion pour produire le laminé stratifié formé de la couche de collecte de courant d'anode 201, la couche de collecte de courant de cathode 203 et la couche d'ensemble d'électrode de mem- brane 205, conjointement du haut vers le bas à l'aide d'un procédé d'impression ou de laminage de pré-imprégné, 2867311 14 sachant qu'entre- temps, il est possible d'utiliser des trous d'alignement prévus sur chaque couche, pour réaliser un laminage aligné précisément, et d'utiliser ensuite une machine de thermo-pressage pour obtenir un produit laminé stratifié pour produire la couche réactive de pile à combustible 207. L'environnement opératoire de la machine de thermo-pressage utilisée à l'étape 105 vise à fixer la température de la machine de thermo- pressage dans la plage de 80 C à 200 C et la pression dans la plage de 2 kg/cm2 à 50 kg/cm2 pour le laminage. Le milieu d'adhésion utilisé à l'étape 105 est éventuellement un époxy ou un pré-imprégné. Step 105 uses the rolling or joining process accomplished by performing one. laminated laminate product composed of the anode current collection layer 201, the membrane electrode assembly layer 205 and the cathode current collection layer 203 in the fuel cell reactive layer 207, going from top to bottom. Referring to Figure 8, showing the structural diagram of the fuel cell reactive layer fabricated by practice of the present invention, the means implemented according to the present invention. At step 105 are able to use an adhesion medium to produce the laminate laminate formed from the anode current collection layer 201, the cathode current collection layer 203 and the overall layer of the membrane electrode 205, together from top to bottom using a prepreg printing or laminating process, knowing that in the meantime, it is possible to use holes alignment means provided on each layer, to achieve a precisely aligned rolling, and then use a heat-pressing machine to obtain a laminated laminate product to produce the fuel cell reactive layer 207. The operating environment of the machine The heat-pressing method used in step 105 is to set the temperature of the heat-pressing machine in the range of 80 C to 200 C and the pressure in the range of 2 kg / cm 2 to 50 kg / cm 2 for rolling. . The adhesion medium used in step 105 is optionally an epoxy or a prepreg.
L'étape 107 utilise le substrat flexible pour fabriquer la couche d'écoulement 209. En se référant à la Figure 9, représentant le diagramme structurel de la couche d'écoulement fabriquée selon la présente invention, et en se référant à la Figure 10, représentant le dia-gramme structure de la couche d'écoulement selon une autre vue différente fabriquée selon la présente inven- tion, la couche d'écoulement 209 est conçue selon les exigences imposées au sujet de la géométrie et des divers aspects de la pile à combustible 20 à l'étape 107, puis est fabriquée en se basant sur la géométrie de motifs dessinés et les aspects. La présente invention mettant en oeuvre les moyens de l'étape 107 consiste à utiliser une machine de thermo- pressage, une machine à laser, une machine à commande numérique CNC et d'utiliser le substrat de circuit flexible ou bien un substrat non métallique éventuellement s'adaptant à une forme de mécanisme tel que le mode de réalisation du substrat flexible, et forme le substrat flexible à une profondeur préétablie de la cavité qui constitue la cavité d'écoulement 209a, la cavité d'écoulement 209a aya= une profondeur préétablie dans la plage de 1 mm à 10 mm. Step 107 uses the flexible substrate to fabricate flow layer 209. Referring to Figure 9, showing the structural diagram of the flow layer fabricated according to the present invention, and referring to Figure 10, Representing the diagrammatic structure of the flow layer according to another different view made in accordance with the present invention, the flow layer 209 is designed according to the requirements imposed on the geometry and various aspects of the flow cell. in step 107, and is manufactured based on the geometry of patterns drawn and aspects. The present invention implementing the means of step 107 consists in using a thermo-pressing machine, a laser machine, a CNC numerical control machine and using the flexible circuit substrate or a non-metallic substrate optionally adapting to a form of mechanism such as the embodiment of the flexible substrate, and forming the flexible substrate to a pre-established depth of the cavity which constitutes the flow cavity 209a, the flow cavity 209a aya = a preset depth in the range of 1 mm to 10 mm.
2867311 15 L'étape 109 opère la mise en adhésion de la couche réactive de pile à combustible 207 et de la couche d'écoulement 209, en se référant à la Figure 11 représentant le diagramme structurel de la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible fabriquée par la présente invention. Les moyens, mis en uvre à l'étape 109 de la présente invention, consistent à utiliser un processus de laminage de stratification ou de mise en adhésion, en effectuant une impression ou un laminage de pré-imprégnation par le milieu de mise en adhésion pour produire un laminé stratifié chaque couche réactive de pile à combustible 207 et chaque couche d'écoulement 209, et de procéder ensuite à la compression en utilisant la machine de thermo-pressage, ou bien de polymé- riser à haute température pour produire la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible 20. L'environnement opératoire de compression effectuée par la machine de thermo-pressage ou la polymérisation est en mesure de fixer la température dans la plage de 80 C à 200 C pour la compression et la polymérisation effectuées à l'étape 109. Le milieu de mise en adhésion utilisé à l'étape 109 permet éventuellement d'utiliser de l'époxy ou un pré-imprégné. Step 109 operates to bond the fuel cell reactive layer 207 and the flow layer 209, with reference to Figure 11 showing the structural diagram of the substrate laminate integrated fuel cell. flexible manufactured by the present invention. The means employed in step 109 of the present invention is to use a lamination or adhesion laminating process by prepreg printing or rolling with the bonding medium for producing a laminate laminate each reactive fuel cell layer 207 and each flow layer 209, and then compressing it using the heat-pressing machine, or polymerizing at a high temperature to produce the battery. The compression operating environment carried out by the thermo-pressing machine or the polymerization is able to set the temperature in the range of 80 C to 200 C for the compression and polymerization carried out at a temperature of 80.degree. Step 109. The adhesion medium used in step 109 optionally allows the use of epoxy or a prepreg.
Le présent procédé de fabrication 10 et la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible 1 pro-duit à partir de celui-ci présente les avantages et les améliorations suivants. The present manufacturing method 10 and the flexible substrate laminate integrated fuel cell 1 produced therefrom has the following advantages and improvements.
1. fabrication intégrée et coûts matière faibles, donnant une réduction supplémentaire du volume de produc- tion d'application et se conformant également à l'effet économique; 2. selon les exigences de forme et d'aspect différents, permettant de fabriquer aisément une pile à combustible conformée, il est par conséquent possible de fournir de l'électricité par batterie, de façon polyvalente, pour des dispositifs électroniques; 3. il convient pour traiter l'aspect de la productivité et se satisfait d'une standardisation; 4. il présente une haute flexibilité et une caractéristique de légèreté, de minceur et de petitesse, permettant de modifier la forme selon les limitations imposées en termes d'espace; 5. il est sûr quant aux risques d'érosion, anti-10 fuites, liquides et gazeuses; et 6. il est repliable sans influencer sur la conduction du signal. 1. integrated manufacturing and low material costs, giving a further reduction of the production volume of application and also conforming to the economic effect; 2. according to the different shape and appearance requirements, making it easy to manufacture a shaped fuel cell, it is therefore possible to provide battery power, in a versatile manner, for electronic devices; 3. It is appropriate to deal with the aspect of productivity and is satisfied with a standardization; 4. it has a high flexibility and a characteristic of lightness, thinness and smallness, allowing to modify the shape according to the limitations imposed in terms of space; 5. it is safe as to the risks of erosion, leakage, liquid and gaseous; and 6. it is collapsible without influencing signal conduction.
La présente invention, mise en évidence ici de nou- veau, utilise le procédé à substrat de circuit flexible pour fabriquer la pile à combustible intégrée à laminé à substrat flexible, et par conséquent, satisfait de façon aisée les strictes exigences imposées au sujet de diffé- rents volumes et aspects du système à pile à combustible. The present invention, again highlighted here, utilizes the flexible circuit substrate method for making the flexible substrate laminate integrated fuel cell, and therefore, easily satisfies the stringent requirements imposed on the subject. volumes and aspects of the fuel cell system.
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