專利名稱：柔性電路板及其制造方法和使用柔性電路板的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種柔性電路板,更具體地涉及ー種用作燃料電池的集電板(currentcollecting plate)的柔性電路板及其制造方法，以及ー種使用柔性電路板的燃料電池。
背景技術(shù)：
近年來，重量輕且高容量的鋰離子電池主要用作以蜂窩電話、個人計算機等為代表的電子設(shè)備的電源。然而，隨著具有更高性能的電子設(shè)備的發(fā)展，功耗的增加正引起以下問題(1)無 法保證充足的電力，(2)即使保證了必要的電力，持續(xù)工作時間也會縮短，以及(3)要求長的充電時間。在這些情況下，作為代替鋰離子電池的電源，燃料電池正備受關(guān)注。特別地，認為使用甲醇作為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)是有前景的。DMFC具有由燃料電極、空氣電極、以及用于向燃料電極提供甲醇水溶液同時向空氣電極提供空氣的電解質(zhì)膜構(gòu)成的膜電極組件(MEA)。提供給燃料電極的甲醇通過催化劑分解并且產(chǎn)生氫離子。氫離子穿過電解質(zhì)膜并且在空氣電極處與存在于空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)。DMFC通過一系列這些反應(yīng)來生成電力。由于與鋰離子電池相比DMFC能夠提供高密度能量，所以它們可以應(yīng)付電子設(shè)備的增加的功耗。此外，為DMFC制備儲備燃料能夠?qū)崿F(xiàn)電子設(shè)備的持續(xù)使用而不需要像在鋰離子電池中一祥的長時間充電。另外，由于DMFC不需要諸如產(chǎn)氫的轉(zhuǎn)化器之類的設(shè)備，所以減小DMFC的尺寸和重量是可能的，認為這是DMFC勝過其它燃料電池的優(yōu)點中的ー個。一個構(gòu)成DMFC的構(gòu)件為集電板。為了實現(xiàn)更小和更輕的燃料電池，將柔性電路板用作集電板(參見例如專利文獻1)。在柔性電路板中，構(gòu)成集電器的導(dǎo)體層形成在由聚酰亞胺等制成的柔性基底材料的一面上。集電器具有用于向MEA提供甲醇或空氣而設(shè)置的開□。為了維持諸如燃料電池的輸出電壓之類的特性，要求集電器具有抵抗甲醇以及在分解甲醇的過程中產(chǎn)生的、諸如蟻酸之類的中間產(chǎn)物的抗腐蝕性。因此，專利文獻2公開了ー種柔性電路板，其中作為集電器的導(dǎo)體層由含碳層覆蓋。該含碳層由在諸如聚酰亞胺之類的樹脂材料中包含諸如碳黑之類的碳的樹脂合成物制成。引用列表 專利文獻
專利文獻1 :日本專利特開No. 2004-200064 專利文獻2 :日本專利特開No. 2010-050378。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
然而，由于含碳層的電阻比由諸如銅之類的金屬制成的導(dǎo)體層更高，所以遺憾地，覆蓋有含碳層的集電器具有更高的導(dǎo)電電阻值。還存在這樣的可能性，即用作粘合劑的樹脂材料在高溫工作條件下可能分解。另外，即使當(dāng)導(dǎo)體層由諸如含碳層之類的涂層覆蓋，特別是在串聯(lián)連接多個電池以輸出高壓的情況下，構(gòu)成導(dǎo)體層的金屬也可能由于經(jīng)由柔性基底材料與涂層之間的界面的腐蝕而洗脫。將參考圖6(1)和6(2)解釋此問題。圖6(1)示出了其上設(shè)置有燃料電池的集電器的常規(guī)柔性電路板100的橫截面視圖。在柔性電路板100中，構(gòu)成集電器的導(dǎo)體層102形成在由聚酰亞胺等制成的柔性基底材料101的一面上。導(dǎo)體層102由銅等制成。形成了涂層(諸如上述的含碳層)103以覆蓋該導(dǎo)體層102。柔性電路板100具有形成用于提供甲醇的開ロ 104和形成用于提供空氣 的開ロ 105。如圖6(1)中所示，涂層103覆蓋導(dǎo)體層102，使得導(dǎo)體層102不暴露于外部。然而，在涂層103與柔性基底材料101之間的界面S中，涂層103和柔性基底材料101僅彼此接觸而未彼此粘附。因此，當(dāng)將柔性電路板100用作燃料電池的集電板吋，甲醇和作為其中間產(chǎn)物的酸沿著并穿過界面S進入柔性電路板100的內(nèi)部。從而，發(fā)生了導(dǎo)體層102的腐蝕和洗脫。因此，如圖6(2)中所示，導(dǎo)體層102的側(cè)面形成缺ロ，這使涂層103的側(cè)面部分進入浮置狀態(tài)。盡管迄今為止還未澄清腐蝕過程的機制，但是據(jù)估計該腐蝕歸因于在界面S附近產(chǎn)生的局部電位差導(dǎo)致的電流腐蝕(電解腐蝕)。因此，尤其在高壓條件下，發(fā)生了從界面S開始的局部腐蝕。因此，提供涂層103不能夠防止導(dǎo)體層102的腐蝕和洗脫。應(yīng)當(dāng)注意的是，涂層103可以由電鍍到導(dǎo)體層102上的電鍍金屬構(gòu)成，以代替含碳層，電鍍金屬(例如，金)具有比構(gòu)成導(dǎo)體層102的銅的電離傾向更小的電離傾向。然而，如在專利文獻2中的情形，在電鍍層與柔性基底材料之間的界面處的粘附カ是不牢固的，這就不可能避免發(fā)生來自界面的腐蝕。因此，本發(fā)明的目的是提供一種即使在高溫和高壓工作條件下也能夠防止構(gòu)成集電器的導(dǎo)體層的腐蝕和洗脫、同時實現(xiàn)與MEA充分電連接的柔性電路板，及其制造方法，并且提供ー種使用柔性電路板的燃料電池。解決問題的技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的ー個方面的柔性電路板是其上設(shè)置有燃料電池的集電器的柔性電路板，包括絕緣柔性基底材料；提供燃料或空氣的多個開ロ，所述開ロ設(shè)置在規(guī)定區(qū)域中，以在厚度方向上穿透所述柔性基底材料；構(gòu)成所述集電器的導(dǎo)體層，所述導(dǎo)體層形成在規(guī)定區(qū)域中所述柔性基底材料的正面和背面上、以及在所述多個開ロ的內(nèi)壁上；以及形成在導(dǎo)體層之上的導(dǎo)電表面處理薄膜，所述導(dǎo)電表面處理薄膜具有比所述導(dǎo)體電層的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明ー個方面的燃料電池包括膜電極組件(MEA)，其由電解質(zhì)膜、結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的ー個表面的燃料電極、以及結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的另ー表面的空氣電極構(gòu)成；以及根據(jù)本發(fā)明的柔性電路板，所述柔性電路板布置為使得所述集電器接觸所述燃料電極或所述空氣電極。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面的一種用于制造柔性電路板的方法，包括制備雙面覆金屬層壓板，所述雙面覆金屬層壓板具有絕緣柔性基底材料以及分別設(shè)置在所述柔性基底材料的兩面上的第一和第二金屬箔；在所述雙面覆金屬層壓板上在集電器形成預(yù)期區(qū)域中形成多個開ロ，所述開ロ在厚度方向上穿透所述雙面覆金屬層壓板；通過對其上形成有所述開ロ的所述雙面覆金屬層壓板應(yīng)用電鍍處理，在所述第一和第二金屬箔之上并且在所述開ロ的內(nèi)壁上形成電鍍薄膜；通過蝕刻對所述第一和第二金屬箔以及電鍍薄膜形成圖案來形成集電器；以及通過對其上形成有所述集電器的所述雙面覆金屬層壓板應(yīng)用電鍍處理來在所述電鍍薄膜之上形成表面處理薄膜，所述表面處理薄膜具有比所述電鍍薄膜的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面的一種用于制造柔性電路板的方法，包括制備絕緣柔性基底材料；在所述柔性基底材料上集電器形成預(yù)期區(qū)域中形成多個開ロ，所述開ロ在厚度方向上穿透所述柔性基底材料；在所述柔性基底材料的正面和背面上形成抗電鍍劑，所述抗電鍍劑在所述集電器形成預(yù)期區(qū)域中具有開ロ ；通過對其上形成有所述抗電鍍劑的所述柔性基底材料應(yīng)用電鍍處理，在沒有覆蓋所述抗電鍍劑的所述柔性 基底材料之上和在所述多個開ロ的內(nèi)壁上形成電鍍薄膜；以及通過剝離所述抗電鍍劑并且隨后對其上形成有所述電鍍薄膜的所述柔性基底材料應(yīng)用電鍍處理來在所述電鍍薄膜之上形成表面處理薄膜，所述表面處理薄膜具有比所述電鍍薄膜的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。發(fā)明的有益效果
在根據(jù)本發(fā)明的柔性電路板中，構(gòu)成集電器的導(dǎo)體層形成在柔性基底材料的兩面上以及在開ロ的內(nèi)壁上。在導(dǎo)體層之上，形成了由導(dǎo)電材料制成的表面處理薄膜，該表面處理薄膜具有比導(dǎo)體層的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。簡而言之，與作為燃料及其中間產(chǎn)物的甲醇和酸接觸的集電器的各部分全部由表面處理薄膜覆蓋。與傳統(tǒng)情形不同，不存在保護導(dǎo)體層的涂層與柔性基底材料之間的界面。因此，當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的柔性電路板用作燃料電池的集電板時，即使在高溫和高壓工作條件下，也可以防止導(dǎo)體層的腐蝕和洗脫。由此，將使提供具有諸如輸出電壓之類的穩(wěn)定特性的燃料電池變得可能。


圖1A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、用于制造柔性電路板的方法的橫截面過程視圖。圖1B是跟隨圖1A之后的用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、用于制造柔性電路板的方法的橫截面過程視圖。圖2A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、用于制造柔性電路板的方法的主過程平面視圖。圖2B是跟隨圖2A之后的用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、用于制造柔性電路板的方法的主過程平面視圖。圖3A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的、用于制造柔性電路板的方法的橫截面過程視圖。圖3B是跟隨圖3A之后的用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的、用于制造柔性電路板的方法的橫截面過程視圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃料電池的配置示例的部分橫截面視圖。圖5是用于解釋在其中容納有兩個MEA的柔性電路板的平面視圖。
圖6(1)是用作燃料電池集電板的常規(guī)柔性電路板的橫截面視圖，而圖6(2)示出了在正被腐蝕且洗脫的狀態(tài)下的柔性電路板的導(dǎo)體層的橫截面視圖。
具體實施例方式以下將參考附圖對本發(fā)明的三個實施例進行描述。第一實施例和第二實施例涉及用作燃料電池的集電板的柔性電路板和及其制造方法，而第三實施例涉及使用本發(fā)明的柔性電路板的直接甲醇燃料電池(DMFC)。應(yīng)當(dāng)注意的是，在每個圖中具有相同功能的相同的組件構(gòu)件由相同的附圖標記來標明。將不重復(fù)具有相同的附圖標記的組件構(gòu)件的具體描述。附圖僅是示例性表示，其中，將每個組件構(gòu)件的厚度和平面尺寸適當(dāng)?shù)馗淖儭?第一實施例)
將使用圖1A和1B中所示出的橫截面過程視圖以及圖2A和2B中所示出的主過程平面 視圖來描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、用于制造柔性電路板的方法。(1)首先，如圖1A(1)中所示，制備了雙面覆銅層壓板4。雙面覆銅層壓板4具有柔性基底材料1，以及分別設(shè)置在柔性基底材料1的兩面上的銅箔2和銅箔3。柔性基底材料1為具有柔性的絕緣基底材料，其可以由例如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)和聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)制成的樹脂薄膜形成。使用分別在其兩面上設(shè)置有12 μ m厚的銅箔的25 μ m厚的聚酰亞胺薄膜作為此實施例中的雙面覆銅層壓板4。應(yīng)當(dāng)注意的是，待使用的層壓板可以是具有金屬箔的雙面覆金屬層壓板，該金屬箔由不同于銅的金屬(鎳、鋁等)制成并且其被設(shè)置在柔性基底材料1的兩面上。還可以使用具有通過在柔性基底材料1的兩面上印刷諸如銀膏之類的導(dǎo)電膏而形成的互連的柔性電路板。(2)接下來，如圖1A⑵和2A(1)中所示，將在厚度方向上穿透雙面覆銅層壓板4的多個開ロ 5形成在雙面覆銅層壓板4上的集電器形成預(yù)期區(qū)域C中。在此實施例中，如圖2A(1)中所示，以網(wǎng)孔狀態(tài)形成了多個開ロ 5(例如具有500 μ m的孔直徑和600 μ m的孔間距)。應(yīng)當(dāng)注意的是，開ロ 5通過使用ニ氧化碳激光器、紫外激光器等具有高加工精度的激光加工而形成。優(yōu)選地，考慮到開ロ的受熱經(jīng)歷和可加工性的影響而使用紫外激光器。在開ロ 5的孔直徑和孔間距大并且因此不需要高加工精度的其它情況下，可以通過鉆孔或者沖壓形成開ロ 5。在使用激光加工的情況下，在激光加工之后執(zhí)行表面玷污去除處理，因為柔性基底材料1會由于在激光加工期間的熱而產(chǎn)生凹陷。因此，防止了在對銅箔2和銅箔3進行電鍍中勻鍍能力(throwing power)的降低。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于在表面玷污去除處理中執(zhí)行了濕蝕刻，在圖1A(2)中銅箔2和銅箔3將會縮減。(3)接下來，如圖1A(3)中所示，將電鍍處理應(yīng)用于其中形成有開ロ 5的雙面覆銅層壓板4的整個表面。由此，在銅箔2和銅箔3之上以及在開ロ5的內(nèi)壁上形成了電鍍薄膜6。在此實施例中，執(zhí)行無電鍍銅(或?qū)щ娞幚淼?及其后的電解鍍銅處理以形成
5μ m厚的鍍銅薄膜作為電鍍薄膜6。應(yīng)當(dāng)注意的是，電鍍類型不限于鍍銅。例如，還可以使用鍍鎳和鍍銀。(4)接下來，如圖1B⑷和圖2A⑵中所示，銅箔2、3以及電鍍薄膜6通過蝕刻來形成圖案以形成集電器7和8。集電器7為陽極端集電器，而集電器8為陰極端集電器。還形成了引出電極7a和引出電極8a，它們各自沿著柔性基底材料1從集電器7和集電器8延伸。在這里，電鍍薄膜6 (鍍銅薄膜)和銅箔2和3通過通用光加工法而形成圖案。(5)接下來，如圖1B(5)中所示，將電鍍處理應(yīng)用于其上形成有集電器7和集電器8的雙面覆銅層壓板4的整個表面。因此，在電鍍薄膜6上形成了具有比電鍍薄膜6的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性的表面處理薄膜9。在此實施例中，對鍍銅薄膜鍍鎳以制作基底，并且對鍍銅薄膜鍍金以使其具有強抗腐蝕性。因此，形成由具有5 μ m厚的鍍鎳薄膜和具有1 μ m厚的鍍金薄膜組成的鍍鎳/·金(Ni/Au)薄膜作為為表面處理薄膜9。對于鍍鎳和鍍金方法沒有特別的限制，因此可以使用電解電鍍處理、無電電鍍處理等。還可以直接地應(yīng)用鍍金而不用執(zhí)行鍍鎳。應(yīng)當(dāng)注意的是，表面處理薄膜9可以由例如金(Au)、鉬(Pt)或鈦(Ti)制成。還可以通過對電鍍薄膜6施加涂液，然后烘干以及煅燒所施加的涂液來形成表面處理薄膜9，所述涂液包含金屬化合物，其具有從銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鉬(Pt)之中選擇的至少ー個鉬族金屬；以及有機溶剤。(6)接下來，如圖1B(6)和2B(3)中所示，形成了絕緣層10 (例如具有20 μ m厚)以橫跨集電器7和集電器8之間的邊界覆蓋集電器7和集電器8的外圍邊緣部分。絕緣層10具有開ロ 10a和開ロ 10b，提供這些開ロ使得以網(wǎng)孔狀態(tài)形成多個開ロ5的區(qū)域暴露于底面。絕緣層10還具有開ロ 10c和10d，提供這些開ロ使得引出電極7a和弓丨出電極8a暴露于底面。絕緣層10可以通過層壓由聚酰亞胺等制成的樹脂薄膜和設(shè)置在樹脂薄膜的一面上的粘合層組成的蓋層來形成，或者通過印刷由聚酰亞胺等制成的樹脂油墨來形成。還可以利用光阻焊劑來形成絕緣層10。由于絕緣層10橫跨集電器7和集電器8之間的邊界形成，所以使保護表面處理薄膜9與柔性基底材料1之間的界面變得可能。在形成了絕緣層10之后，執(zhí)行成形處理。因此，獲得了適用于燃料電池的集電板的柔性電路板20。所述柔性電路板20包括絕緣柔性基底材料1 ;提供燃料或空氣的多個開ロ 5，該開ロ 5被設(shè)置在規(guī)定區(qū)域中(集電器起泡區(qū)域)以在厚度方向上穿透柔性基底材料1 ;構(gòu)成集電器7和集電器8的電鍍薄膜(導(dǎo)體層)6，該電鍍薄膜6形成在規(guī)定區(qū)域中的柔性基底材料1的正面和背面上以及在多個開ロ 5的內(nèi)壁上；以及在電鍍薄膜6上形成的導(dǎo)電表面處理薄膜9，該表面處理薄膜9具有比電鍍薄膜6的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。應(yīng)當(dāng)注意的是，稍后將在第三實施例中對圖1B(6)和圖2B(3)中所示出的折線B進行詳細說明。在制造燃料電池的過程中，柔性電路板20沿著折線B折疊以將MEA容納在其中。如上文所述，在根據(jù)本實施例的柔性電路板20中，與甲醇和作為其中間產(chǎn)物的酸接觸的集電器7和集電器8的各部分全部由表面處理薄膜9覆蓋。也就是說，在與甲醇和作為其中間產(chǎn)物的酸接觸的各部分中，與傳統(tǒng)エ藝不同，不存在保護導(dǎo)體層的涂層與柔性基底材料之間的界面。因此，即使在高溫和高壓工作條件下，也能夠防止電鍍薄膜6的腐蝕和洗脫。另外，由于表面處理薄膜9由導(dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸镏瞥?，所以充分地保證與MEA的電連接變得可能。(第二實施例)
接下來，將使用圖3A和3B中所示出的橫截面過程視圖來描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的、用于制造柔性電路板的方法。第二實施例與第一實施例之間的差異之ー在于第二實施例中的起始材料不是雙面覆銅層壓板而是柔性基底材料。在下文中，將主要地給出不同于第一實施例的部分的描述。(1)首先，如圖3A(1)中所示，制備了絕緣柔性基底材料11。在此實施例中，具有25 μ m厚的聚酰亞胺薄膜被用作柔性基底材料11。應(yīng)當(dāng)注意的是，柔性基底材料11是具有 柔性的絕緣基底材料，其可以由例如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)和聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)制成的樹脂薄膜形成。(2)接下來，如圖3A(2)中所示，多個開ロ 12形成在柔性基底材料11上的集電器形成預(yù)期區(qū)域中，開ロ 12在厚度方向上穿透柔性基底材料11。如在第一實施例中形成開ロ 5的情況那樣，根據(jù)孔直徑、孔間距等，從利用諸如ニ氧化碳激光器和紫外激光器之類的激光器的激光加工、鉆孔、沖壓等方法中選擇用于形成開ロ 12的方式。在開ロ 12是相對大的其它情況下，可以通過使用聚酰亞胺蝕刻溶液等的樹脂蝕刻方法將開ロ 12形成在柔性基底材料11中。在使用激光加工的情況下，在激光加工之后執(zhí)行表面玷污去除處理，因為柔性基底材料11可能由于在激光加工期間的熱而凹陷。(3)接下來，如圖3A(3)中所示，在柔性基底材料11的正面和背面上形成抗電鍍劑13，該抗電鍍劑13在集電器形成預(yù)期區(qū)域中具有開ロ 13a。(4)接下來，如圖3B(4)中所示，將電鍍處理應(yīng)用于其上形成有抗電鍍劑13的柔性基底材料11的整個表面。因此，在柔性基底材料11之上以及在沒有覆蓋該抗電鍍劑13的多個開ロ 12的內(nèi)壁上形成了電鍍薄膜14。在此實施例中，執(zhí)行無電鍍銅(或?qū)щ娞幚淼?及其后的電解鍍銅處理以形成5ym厚的鍍銅薄膜作為電鍍薄膜14。應(yīng)當(dāng)注意的是，在執(zhí)行無電鍍銅之前，可以執(zhí)行無電鍍鎳以在柔性基底材料11上形成鍍鎳層(晶種層)。這使形成具有強粘合強度的鍍銅薄膜成為可能。(5)接下來，剝離抗電鍍劑13。因此，如圖3B(4)中所示，形成了陽極端集電器15和陰極端集電器16。在抗電鍍劑13被剝離之后，將電鍍處理應(yīng)用于柔性基底材料11的整個表面，以在如圖3B(5)中所示出的電鍍薄膜14之上形成表面處理薄膜17，該表面處理薄膜17具有比電鍍薄膜14的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。在此實施例中，如在第一實施例中表面處理薄膜9的情況一祥，將電鍍薄膜14鍍鎳并且鍍金。因此，形成由具有5 μ m厚的鍍鎳薄膜和具有1 μ m厚的鍍金薄膜組成的鍍鎳/金(Ni/Au)薄膜，作為表面處理薄膜17。對鍍鎳和鍍金方法不存在特別的限制，因此可以使用電解電鍍處理、無電電鍍處理等。此外，表面處理薄膜17可以由與表面處理薄膜9相同的材料構(gòu)成。(7)接下來，如圖3B(6)中所示，形成具有與第一實施例中的絕緣層10的配置相類似的配置的絕緣層18。然后，執(zhí)行成形處理，得到根據(jù)第二實施例的柔性電路板20A。如圖3B(6)中所示，類似根據(jù)第一實施例的柔性電路板20，在柔性電路板20A中，與甲醇和作為其中間產(chǎn)物的酸接觸的集電器15和集電器16的各部分全部由表面處理薄膜17覆蓋，所覆蓋的部分包括充當(dāng)燃料供應(yīng)端ロ的開ロ的側(cè)面。因此，根據(jù)第二實施例，能夠獲得類似于第一實施例中的那些操作效果。另外，能夠獲得更薄的柔性電路板。(第三實施例)
現(xiàn)給出使用根據(jù)第一實施例的柔性電路板的燃料電池的描述。圖4是根據(jù)本實施例的燃料電池30的一部分的橫截面視圖?！と鐖D4中所示，燃料電池30是直接甲醇燃料電池(DMFC)，其包括由電解質(zhì)膜31、燃料電極32以及空氣電極33構(gòu)成的MEA 34 ;沿著折線B折疊、以將MEA 34容納其中的柔性電路板20 ;外殼35 ;以及密封劑36。MEA 34由電解質(zhì)膜31、結(jié)合到電解質(zhì)膜31的ー個表面的燃料電極32以及結(jié)合到電解質(zhì)膜31的另ー表面的空氣電極33構(gòu)成。將柔性電路板20沿著折線B折疊以將MEA 34容納其中，使得集電器7接觸燃料電極32而集電器8接觸空氣電極33。如圖4中所示，將MEA 34和柔性電路板20固定在外殼35的內(nèi)部。更具體地，如圖4中所不,夕卜殼35由半個外殼35a和35b構(gòu)成,而將這些半個外殼35a和35b裝配成一個外殼35，使得其中容納有MEA 34的柔性電路板20從上下容納在這些半個外殼之間。同樣如圖4中所示，半個外殼35a具有形成在其中的多個槽35al以用于提供甲醇。半個外殼35b具有形成在其中的多個縫35bl以用于提供空氣。將密封劑36設(shè)置在經(jīng)折疊以便在其中容納MEA 34的柔性電路板20的外圍部分。將作為框式構(gòu)件(諸如0型環(huán)狀物)的密封劑36設(shè)置在柔性電路板20上集電器7和集電器8的每ー個外圍區(qū)域中，以防止甲醇及其中間產(chǎn)物泄露到外部。當(dāng)操作燃料電池30以發(fā)電吋，將作為燃料的甲醇水溶液通過集電器7的開ロ 5提供給燃料電極32，而將空氣通過集電器8的開ロ 5提供給空氣電極33。提供給燃料電極32的甲醇水溶液與燃料電極32的催化劑接觸。由此，甲醇水溶液轉(zhuǎn)化成氫離子和ニ氧化碳，并產(chǎn)生了電子，如下文所示出的等式(1)所示
CH30H + H20 — C02 + 6H + + 6e _ …(1)
產(chǎn)生的電子通過柔性電路板20的集電器7，并且被從引出電極7a引導(dǎo)到外部以便提供給電子設(shè)備。然后，操作電子設(shè)備的電子經(jīng)由引出電極8a被引導(dǎo)到集電器8。另ー方面，由等式⑴產(chǎn)生的氫離子穿過電解質(zhì)膜31并且到達空氣電極33，在這里氫離子與經(jīng)由集電器8的開ロ 5提供的空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，并且與被引導(dǎo)到集電器8的電子發(fā)生反應(yīng)，如等式(2)所示。由此，產(chǎn)生了水。3/202 + 6H + + 6e ' — 3H20 ... (2)
在根據(jù)本實施例的燃料電池30中，構(gòu)成集電器7和集電器8的金屬(銅箔2、3以及電鍍薄膜6)由具有極好抗腐蝕性的表面處理薄膜7無縫地覆蓋。因此，即使當(dāng)燃料電池30暴露于甲醇或由甲醇的氧化作用生成的酸吋，由表面處理薄膜7保護集電器7和集電器8免受腐蝕和洗脫。由此，能夠穩(wěn)定地分解作為燃料的甲醇，使得能夠穩(wěn)定地維持諸如輸出電壓之類的特性。應(yīng)當(dāng)注意的是，還可以構(gòu)成包括串聯(lián)連接的多個燃料電池的堆疊電池。圖5示出了根據(jù)修改形式的柔性電路板20B的平面視圖。在柔性電路板20B中，將四個集電器7A、7B、8A、8B設(shè)置在柔性基底材料1上。集電器7B和集電器8A經(jīng)由接合部分40電連接。這些集電器7A、7B、8A、8B全部都由銅箔2、3以及電鍍薄膜6構(gòu)成，并且如在上述集電器7和集電器8中一祥，它們的表面都由表面處
理薄膜9覆蓋。將柔性電路板20B沿著折線B1折疊，以將第一 MEA(未示出)容納在集電器7A與 集電器8A之間，而將第二 MEA(未示出)容納在集電器7B與集電器8B之間。集電器7A與第一 MEA的燃料電極接觸，而集電器7B與第二 MEA的燃料電極接觸。集電器8A與第一 MEA的空氣電極接觸，而集電器8B與第二 MEA的空氣電極接觸。因此，獲得了包括串聯(lián)連接的兩個燃料電池的燃料電池。應(yīng)當(dāng)注意的是，還可以這樣地構(gòu)成燃料電池，即將柔性電路板20B沿著圖5中的折線B2折疊。在這種情況下，集電器7A和集電器8A分別與第一和第二 MEA的燃料電極接觸，而集電器7B和集電器8B與第一和第二 MEA的空氣電極接觸。此外，增加由集電器7B、8A以及接合部分40構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的數(shù)目，可以容易地增加燃料電池的數(shù)目，從而獲得具有高壓的燃料電池。在前述描述中，已公開了根據(jù)本發(fā)明的三個實施例。盡管在前述實施例中，將雙面覆銅層壓板和柔性基底材料用作起始材料，但也可以將單面覆銅層壓板用作起始材料。此外，在第一實施例(第二實施例)中，集電器7和集電器8(集電器15和集電器16)兩者都形成在柔性基底材料上，并且該柔性基底材料沿著折線B折疊以便用在燃料電池中。然而，在將陽極端集電板和陰極端集電板作為單獨的實體形成時，可以僅將集電器中的ー個形成在柔性基底材料上?；谇笆雒枋?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)思本發(fā)明的額外效果和各種修改。然而，本發(fā)明的各方面不限于上文所公開的各實施例。應(yīng)該理解的是，在不背離源自權(quán)利要求及其等價所規(guī)定范圍的本發(fā)明的概念性精神和意義的情況下，本發(fā)明的各種添加、修改以及部分刪除都是可能的。附圖標記列表
1,11柔性基底材料
2，3銅箔
4雙面覆銅層壓板
5，12開ロ
6電鍍薄膜
7,8, 15, 16集電器
7a, 8a引出電極
9，17表面處理薄膜10，18絕緣層10a, 10b, 10c, lOd 開ロ
13抗電鍍劑13a開ロ
14電鍍薄膜20, 20A, 20B柔性電路板
30燃料電池
31電解質(zhì)膜
32燃料電極 33空氣電極
34膜電極組件(MEA)
35外殼35a，35b 半個外殼35al 槽
35b 1縫
36密封劑40 接合部分
100柔性電路板
101柔性基底材料
102導(dǎo)體層
103涂層104,105 開ロ
S界面
C集電器形成預(yù)期區(qū)域
B折線
權(quán)利要求
1.一種其上設(shè)置有燃料電池的集電器的柔性電路板，包括 絕緣柔性基底材料； 提供燃料或空氣的多個開口，所述開口設(shè)置在規(guī)定區(qū)域中以便在厚度方向上穿透所述柔性基底材料； 構(gòu)成所述集電器的導(dǎo)體層，所述導(dǎo)體層形成在規(guī)定區(qū)域中所述柔性基底材料的正面和背面上以及在所述多個開口的內(nèi)壁上；以及 形成在所述導(dǎo)體層之上的導(dǎo)電表面處理薄膜，所述導(dǎo)電表面處理薄膜具有比所述導(dǎo)體層的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性電路板,其中 所述導(dǎo)體層由銅(Cu)制成，并且 所述表面處理薄膜是由金(Au)、鉬(Pt)或鈦(Ti)制成的電鍍薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性電路板，其中 所述表面處理薄膜以鍍鎳(Ni)薄膜作為基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性電路板，進一步包括 絕緣層，設(shè)置所述絕緣層以便橫跨所述集電器的邊界遮蓋所述集電器的外圍邊緣部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性電路板，進一步包括 沿著所述柔性基底材料從所述集電器延伸的引出電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性電路板，進一步包括 絕緣層，設(shè)置所述絕緣層以便橫跨所述集電器的邊界遮蓋所述集電器的外圍邊緣部分。
7.一種燃料電池，包括 膜電極組件(MEA)，所述膜電極組件由電解質(zhì)膜、結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的一個表面的燃料電極以及結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的另一表面的空氣電極構(gòu)成；以及 根據(jù)權(quán)利要求6的柔性電路板，布置了所述柔性電路板使得所述集電器接觸所述燃料電極或所述空氣電極。
8.一種燃料電池，包括 膜電極組件(MEA)，所述膜電極組件由電解質(zhì)膜、結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的一個表面的燃料電極以及結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的另一表面的空氣電極構(gòu)成；以及 根據(jù)權(quán)利要求2的柔性電路板，布置了所述柔性電路板使得所述集電器接觸所述燃料電極或所述空氣電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性電路板，進一步包括 絕緣層，設(shè)置所述絕緣層以便橫跨所述集電器的邊界遮蓋所述集電器的外圍邊緣部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性電路板，進一步包括 沿著所述柔性基底材料從所述集電器延伸的引出電極。
11.一種燃料電池，包括 膜電極組件(MEA)，其由電解質(zhì)膜、結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的一個表面的燃料電極以及結(jié)合到所述電解質(zhì)膜的另一表面的空氣電極構(gòu)成；以及根據(jù)權(quán)利要求I的柔性電路板，布置了所述柔性電路板使得所述集電器接觸所述燃料電極或所述空氣電極。
12.一種用于制造柔性電路板的方法，包括 制備具有絕緣柔性基底材料以及分別設(shè)置在所述柔性基底材料的兩面上的第一和第二金屬箔的雙面覆金屬層壓板； 在雙面覆金屬層壓板上在集電器形成預(yù)期區(qū)域中形成多個開口，所述開口在厚度方向上穿透所述雙面覆金屬層壓板； 通過對其上形成有所述開口的所述雙面覆金屬層壓板應(yīng)用電鍍處理，在所述第一和第二金屬箔之上以及在所述開口的內(nèi)壁上形成電鍍薄膜； 通過蝕刻對所述第一和第二金屬箔以及電鍍薄膜形成圖案來形成集電器；以及通過對其上形成有所述集電器的所述雙面覆金屬層壓板應(yīng)用電鍍處理來在所述電鍍薄膜之上形成表面處理薄膜，所述表面處理薄膜具有比所述電鍍薄膜的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于制造柔性電路板的方法，進一步包括 在形成表面處理膜之后，形成絕緣層以便橫跨所述集電器的邊界遮蓋所述集電器的外圍邊緣部分。
14.一種用于制造柔性電路板的方法，包括 制備絕緣柔性基底材料； 在所述柔性基底材料上在集電器形成預(yù)期區(qū)域中形成多個開口，所述開口在厚度方向上穿透所述柔性基底材料； 在所述柔性基底材料的正面和背面上形成抗電鍍劑，所述抗電鍍劑在所述集電器形成預(yù)期區(qū)域中具有開口； 通過對其上形成有所述抗電鍍劑的所述柔性基底材料應(yīng)用電鍍處理，在沒有覆蓋所述抗電鍍劑的所述柔性基底材料之上以及所述多個開口的內(nèi)壁上形成電鍍薄膜；以及 通過剝離所述抗電鍍劑并且隨后對其上形成有所述電鍍薄膜的所述柔性基底材料應(yīng)用電鍍處理來在所述電鍍薄膜之上形成表面處理薄膜，所述表面處理薄膜具有比所述電鍍薄膜的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造柔性電路板的方法，進一步包括 在形成表面處理薄膜之后，形成絕緣層以便橫跨所述集電器的邊界遮蓋所述集電器的外圍邊緣部分。
全文摘要
提供了一種即使在高溫和高壓工作條件下也能夠防止構(gòu)成集電器的導(dǎo)體層的腐蝕和洗脫同時實現(xiàn)與MEA充分的電連接的柔性電路板。其上設(shè)置有燃料電池的集電器的柔性電路板包括絕緣柔性基底材料(1)；提供燃料或空氣的多個開口(5)，所述開口(5)設(shè)置在規(guī)定區(qū)域中以便在厚度方向上穿透所述柔性基底材料(1)；構(gòu)成所述集電器的電鍍薄膜(6)，所述電鍍薄膜(6)被形成在所述規(guī)定區(qū)域中所述柔性基底材料(1)的正面和背面上以及在所述開口(5)的內(nèi)壁上；形成在所述電鍍薄膜(6)上并且具有比所述電鍍薄膜的抗腐蝕性更高的抗腐蝕性的表面處理薄膜(9)。
文檔編號H01M8/02GK102959781SQ20128000130
公開日2013年3月6日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者平田昌功 申請人:日本梅克特隆株式會社