工研院材化所獲證專利快訊─熱電轉換裝置、封裝組合物及包含其之封裝結構、雙層複合質子交換膜及膜電極組

刊登日期:2017/6/5
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熱電轉換裝置
主要技術特徵
一種熱電轉換裝置,包括至少一個熱電轉換單元,其中每一熱電轉換單元包括:至少一第一電極、至少一第二電極、P型熱電材料以及N型熱電材料。第一電極內具有第一流體通道,以使第一電極形成第一中空結構。第二電極具有第二流體通道,以使第二電極形成第二中空結構。P型熱電材料位於第一電極以及第二電極之間,且第二電極位於P型熱電材料以及N型熱電材料之間。

功效特點與產業效益
本發明是有關於一種熱電轉換裝置,且特別是有關於一種具有串接結構的熱電轉換裝置。由於能源短缺問題,再生能源技術的發展成為重要議題。熱電轉換技術為目前一種可直接將熱能與電能進行轉換的新興再生能源技術,此熱電轉換效應是藉由熱電材料內部載子移動讓熱能與電能達到能量轉換之功效。其中,能量轉換過程不需機械動件,因此具有體積小、無噪音、無振動及具環境親和性之優點,有應用於溫差發電、廢熱回收、電子元件冷卻及空調系統等方面的潛力。近年來,熱電轉換技術受到各國相關研究單位高度重視,並投入大量研發能量,除了材料的開發,也積極進行熱電技術應用。

熱電模組(Thermoelectric Module)是熱電轉換技術的應用產品之一。具體地說,熱電模組為一種具有熱與電兩種能量互相轉換特性之元件。就結構而言,以導電金屬層為橋樑,將P型熱電材料與N型熱電材料做電性串聯,再將電性連接的導電金屬層以及P型熱電材料與N型熱電材料設置於電絕緣之上/下基板以構成目前的熱電模組。熱電模組的運作原理簡述如下:對熱電模組通入直流電時,熱電模組兩端產生溫差,由冷端吸熱將熱能送到熱端放出,達到熱泵(Heat Pump)的功能,此為珀爾帖效應(Peltier Effect);另一方面,若熱電模組上/下兩基板處於不同溫度時,熱電模組即產生直流電,溫差越大的時候,產生的電功率越高,此為塞貝克效應(Seebeck Effect)。

本揭露提供一種熱電轉換裝置。熱電轉換裝置包括至少一個熱電轉換單元,其中每一熱電轉換單元包括:至少一第一電極、至少一第二電極、P型熱電材料以及N型熱電材料。第一電極內具有第一流體通道,以使第一電極形成第一中空結構。第二電極具有第二流體通道,以使第二電極形成第二中空結構。P型熱電材料位於第一電極以及第二電極之間,且第二電極位於P型熱電材料以及N型熱電材料之間。

申請專利範圍
一種熱電轉換裝置,包括至少一熱電轉換單元,其中每一熱電轉換單元包括:至少一第一電極,其中該第一電極內具有一第一流體通道,使該第一電極形成一中空結構;至少一第二電極,其中該第二電極內具有一第二流體通道,以使該第二電極形成一中空結構;一P型熱電材料,位於該第一電極以及該第二電極之間;以及一N型熱電材料。其中該第二電極位於該P型熱電材料以及該N型熱電材料之間。

封裝組合物及包含其之封裝結構
主要技術特徵
本發明提供一種封裝組合物、以及包含其之封裝結構。該(a)30-70重量份之自由基可聚合單體(Free Radical Polymerizable Monomer);以及(b)30-70重量份預聚物,其中該預聚物係為多元硫醇化合物與具有丙烯酸酯官能基之聚酯寡聚物的反應產物。

功效特點與產業效益近年來,可撓式光電裝置(例如電子紙或電子票卡)由於具有輕、薄、可重覆使用以及便於攜帶等優點,有逐漸蓬勃發展的趨勢。隨著電子設備的小型化、高集成化,電子設備內各部件的發熱密度增大,如何將該熱釋放到外部變得非常重要。此外,由於可撓式光電裝置其基板或是電極層(例如鋁電極)的機械強度不足、不耐刮磨,在將資料讀寫時,容易導致可撓式光電裝置受到損害,降低影像顯示或資料存儲效能,並造成重複使用可靠度降低的問題。因此,一般需外加保護層,以增加其抗刮磨之能力。然而,傳統保護層由於可撓性及導熱能力較差,在應用於可撓式光電裝置時易發生剝離及不易散熱等問題。

本發明係揭露一種封裝組合物、以及包含其之封裝結構。本發明所述之封裝組合物,由於具有特定比例的自由基可聚合單體、以及由多元硫醇化合物與具有丙烯酸酯官能基之聚酯寡聚物之反應產物所構成的寡聚物及導熱粉體,因此該封裝組合物在固化後可擁有高導熱、良好的硬度和抗刮磨之能力,非常適合應用於可撓式光電裝置,例如:可撓式顯示裝置(Flexible Display Device)、電子票卡(Electronic Ticket Card)、重覆使用熱寫(Thermal Address-able Display; TAD)電子紙中,作為其封裝材料,提高熱寫入之解析度及增加重複使用率。此外,本發明所得之預聚物再與自由基可聚合單體反應,可提升與基板或電極(例如:鋁、銀、或氧化銦錫(ITO))之間的附著性,使得該封裝組合物之固化物不易由基板或電極上剝落。

申請專利範圍
一種封裝組合物,包含:(a)30-70重量份之自由基可聚合單體(Free Radical Polymerizable Monomer);以及(b)30-70重量份預聚物,其中該預聚物係為多元硫醇化合物與具有丙烯酸酯官能基之聚酯寡聚物的反應產物,其中該(a)自由基可聚合單體與該(b)預聚物之重量總合為100重量份。

雙層複合質子交換膜及膜電極組
主要技術特徵
一種具多功能性之雙層複合質子交換膜及具所述雙層複合質子交換膜的膜電極組。所述雙層複合質子交換膜包括第一複合結構與第二複合結構。第一複合結構包括0.001~10 wt%具二維結構之石墨烯衍生物與99.999~90 wt%有機材料。有機材料包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料。第二複合結構包括0.5~30 wt%無機材料與99.5~70 wt%有機材料,其中無機材料之表面積為50~3,000 m2/g;有機材料包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料。

功效特點與產業效益
本發明是有關於一種燃料電池之質子交換膜,且特別是有關於一種具多功能性之雙層複合質子交換膜及膜電極(Membrane Electrode Assembly; MEA)。使用高濃度甲醇(>90%)蒸氣進料方式之微型燃料電池,其膜電極組目前面臨兩大考驗,第一是高濃度甲醇易滲透至陰極,造成陰極觸媒被毒化或電位降問題;第二是高濃度甲醇進料使陽極端缺乏關鍵反應物—水。因而膜電極組必須具有回水功能,質子交換膜厚度愈薄則愈有利陰極回水及質子之傳導,但是甲醇滲透問題易隨質子交換膜之厚度變薄而愈趨嚴重。

為了解決高濃度甲醇滲透與缺水兩大關鍵問題,質子交換膜必須兼具低甲醇燃料滲透率及保水之特質,進而才能解決使用高濃度甲醇蒸氣進料之微型燃料電池的關鍵問題。以目前的質子交換膜來看,全氟磺酸樹脂(Nafion)容易形成離子簇(Ion Cluster)之微結構,利於質子傳導,但也導致高溫失水之現象及甲醇滲透問題,而無法在高甲醇濃度及高溫低加濕條件下操作。至於全氟磺酸離子交換樹脂(PFSA)系列之質子交換膜因濕度的關係,導致其導電率嚴重下滑,使MEA阻抗大幅上升,而造成MEA放電特性及耐久性不佳問題。

本發明提供一種雙層複合質子交換膜,可以阻絕燃料穿越同時具有高保水能力。本發明另提供一種膜電極,包含上述雙層複合質子交換膜,進而能提升微型燃料電池之放電功率。

申請專利範圍
一種雙層複合質子交換膜,用於具有一陽極與一陰極的膜電極組,所述雙層複合質子交換膜包括:一第一複合結構,靠近該陽極,所述第一複合結構包括:0.001~10 wt%具二維結構之石墨烯衍生物;以及99.999~90 wt%有機材料,包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料;以及一第二複合結構,與該第一複合結構層合,且所述第二複合結構靠近該陰極,其中所述第二複合結構包括:0.5~30 wt%無機材料,其表面積為50~3,000m2/g;以及99.5~70 wt%有機材料,包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料。


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