專利名稱：燃料電池組整合式雙極板模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力裝置部件，特別是一種燃料電池組整合式雙極板模組。
背景技術(shù)：
燃料電池(Fuel Cell)系為一種直接以含氫燃料和空氣藉由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力的裝置。由于燃料電池具有低污染、高效率、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，故成為近年來各國(guó)研發(fā)和推廣的對(duì)象。在各種燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的操作溫度較低、起動(dòng)迅速、體積與重量的能量密度較高，因而最具產(chǎn)業(yè)價(jià)值。
如圖1所示，習(xí)知的典型的PEMFC燃料電池組1’系由復(fù)數(shù)個(gè)單電池10’構(gòu)成。單電池10’包括膜電極組體11’(Membrane Electrode Assembles，MEA)、設(shè)置于膜電極組體11’陽極側(cè)的陽極氣體擴(kuò)散層12’、陽極導(dǎo)流板13’及設(shè)置于膜電極組體11’的陰極側(cè)的陰極氣體擴(kuò)散層14’、陰極導(dǎo)流板15’。
膜電極組體11’系由質(zhì)子交換膜、陽極觸媒層及陰極觸媒層構(gòu)成。
在實(shí)際應(yīng)用中，燃料電池組1’包括復(fù)數(shù)個(gè)單電池10’、陽極集電板20’、陽極端板30’、陰極集電板40’、陰極端板50’、數(shù)個(gè)氣密墊片及藉以將各組件鎖固結(jié)合成供應(yīng)電能燃料電池組的鎖固構(gòu)件。
單電池10’中的陽極導(dǎo)流板13’在面向陽極氣體擴(kuò)散層12’的表面形成有復(fù)數(shù)個(gè)用以供應(yīng)單電池10’反應(yīng)時(shí)所需的陽極氣體，如氫氣的陽極氣體通道131’。此外，單電池10’中的陰導(dǎo)流板15’在面向于陰極氣體擴(kuò)散層14’的表面形成有復(fù)數(shù)個(gè)用以供應(yīng)該單電池10’于反應(yīng)時(shí)所需的陰極氣體，如空氣的陰極氣體通道151’。
由于習(xí)知的燃料電池組必須在每一個(gè)燃料電池單電池中配置陽極導(dǎo)流板及陰極導(dǎo)流板，在組裝時(shí)必須將各構(gòu)件順序地對(duì)準(zhǔn)疊置組合，故在組裝時(shí)較為耗費(fèi)工時(shí)，且各個(gè)構(gòu)件系分別制作，亦增加零組件的管理。
此外，因在燃料電池組中的每一個(gè)燃料電池單電池中需配置陽極導(dǎo)流板及陰極導(dǎo)流板之外，在實(shí)際的產(chǎn)品化應(yīng)用時(shí)，通常都必需配置有作為冷卻劑導(dǎo)流的冷卻通道，此冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)將使得燃料電池組的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且在組裝時(shí)將更為麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)化組裝作業(yè)、提高組裝良率的燃料電池組整合式雙極板模組。
本發(fā)明包括面對(duì)相鄰單電池膜電極組體的陰極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陰極氣體的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、面對(duì)于相鄰單電池的膜電極組體的陽極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陽極氣體的陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)及形成于陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)之間的冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)；其上設(shè)有空氣送入槽、空氣送出槽、氫氣送入槽、氫氣送出槽、冷卻劑送入槽及冷卻劑送出槽。
其中陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行的溝槽、連通溝槽與空氣送入槽的連通槽道及連通溝槽與空氣送出槽的連通槽道。
陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行的溝槽、連通溝槽與氫氣送入槽的連通槽道及連通溝槽與氫氣送出槽的連通槽道。
冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行并分別與冷卻劑送入槽、冷卻劑送出槽連通的的溝槽。
陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)系以一體成型的方式成型。
陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)系以分成兩個(gè)以上不同板體的分體結(jié)構(gòu)結(jié)合成型。
為分體結(jié)構(gòu)的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)結(jié)合板面之間以涂膠加熱壓合方式膠合。
由于本發(fā)明包括面對(duì)相鄰單電池膜電極組體的陰極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陰極氣體的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、面對(duì)于相鄰單電池的膜電極組體的陽極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陽極氣體的陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)及形成于陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)之間的冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)；其上設(shè)有空氣送入槽、空氣送出槽、氫氣送入槽、氫氣送出槽、冷卻劑送入槽及冷卻劑送出槽。當(dāng)在組裝燃料電池組時(shí)，只要在單電池膜電極組體兩側(cè)結(jié)合了陽極氣體擴(kuò)散層及陰極氣體擴(kuò)散層之后，即在其相鄰界面配置本發(fā)明燃料電池組整合式雙極板模組，即可簡(jiǎn)易地完成復(fù)數(shù)個(gè)單電池的模組化組裝。而不需在每一個(gè)單電池中分別組立導(dǎo)流板；最后，將復(fù)數(shù)個(gè)電池單電池所組構(gòu)而成的模組結(jié)構(gòu)，再結(jié)合陽極集電板、陽極端板、陰極集電板、陰極端板及數(shù)個(gè)氣密墊片，并藉由鎖固構(gòu)件鎖固結(jié)合，即完成整個(gè)燃料電池組的組裝。使用時(shí)，藉由陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)溝槽以導(dǎo)引由空氣送入槽經(jīng)由連通槽道所送入的空氣，再經(jīng)由連通槽道由空氣送出槽送出；當(dāng)空氣被導(dǎo)引通過陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的溝槽時(shí)，即會(huì)透過相鄰單電池的陰極氣體擴(kuò)散板而到達(dá)膜電極組體的陰極觸媒層，以供應(yīng)膜電極組體進(jìn)行反應(yīng)時(shí)所需的空氣；藉由陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)溝槽以導(dǎo)引由氫氣送入槽經(jīng)由連通槽道所送入的氫氣，再經(jīng)由連通槽道由氫氣送出槽送出；當(dāng)氫氣被導(dǎo)引通過陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的溝槽時(shí)，即會(huì)透過相鄰單電池的陽極氣體擴(kuò)散板而到達(dá)膜電極組體的陽極觸媒層，以供應(yīng)單電池膜電極組體進(jìn)行反應(yīng)時(shí)所需的氫氣；藉由冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)溝槽以導(dǎo)引由冷卻劑送入槽所送入的冷卻劑，如冷卻水或空氣經(jīng)由冷卻劑送出槽送出；當(dāng)冷卻劑被導(dǎo)引通過冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的溝槽時(shí)，即可對(duì)燃料電池組進(jìn)行冷卻，使燃料電池組得以在適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟认虏僮??？梢源蟠蟮睾?jiǎn)化燃料電池組的組裝作業(yè)及提高組裝良率；且藉由單一模組可大大簡(jiǎn)化燃料電池組的整體結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)技術(shù)中必須一一地將燃料電池組中的各組件對(duì)準(zhǔn)組立的繁瑣程序相比較具有明顯的效果增進(jìn)；不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且簡(jiǎn)化組裝作業(yè)、提高組裝良率，從而達(dá)到本發(fā)明的目的。


圖1、習(xí)知PEMFC燃料電池組分解結(jié)構(gòu)示意剖面圖。
圖2、為組設(shè)本發(fā)明燃料電池組分解結(jié)構(gòu)示意剖面圖。
圖3、為組設(shè)本發(fā)明燃料電池組結(jié)構(gòu)示意立體圖。
圖4、為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意前視立體圖。
圖5、為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意前視圖。
圖6、為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意后視圖。
圖7、為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意后視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2、圖3所示，本發(fā)明燃料電池組整合式雙極板模組5系組設(shè)于包括復(fù)數(shù)個(gè)單電池10、陽極集電板20、陽極端板30、陰極集電板40及構(gòu)成陰極端板50的燃料電池組1中，每一個(gè)單電池10中包括膜電極組體11(MEA)、設(shè)置于膜電極組體11陽極側(cè)的陽極氣體擴(kuò)散層12及設(shè)置于膜電極組體11陰極側(cè)的陰極氣體擴(kuò)散層14。
為將氫氣及空氣送至燃料電池中以使燃料電池進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，故在燃料電池內(nèi)部開設(shè)有適當(dāng)?shù)臍怏w通道。
陽極端板30外側(cè)端面形成有空氣入口41a及空氣出口41b。送風(fēng)裝置，如鼓風(fēng)機(jī)所供應(yīng)的空氣可由空氣入口41a送入燃料電池組1內(nèi)部所形成的空氣通道，以供應(yīng)燃料電池組1反應(yīng)所需的空氣，再由空氣出口41b送出。
陽極端板30外側(cè)面亦形成有氫氣入口42a及氫氣出口42b。氫氣供應(yīng)裝置，如儲(chǔ)氫罐所供應(yīng)的氫氣可由氫氣入口42a送入燃料電池組1內(nèi)部所形成的氫氣通道，以供應(yīng)該燃料電池組1反應(yīng)所需的氫氣，再由氫氣出口42b送出。
此外，在陽極端板30外側(cè)面另形成有冷卻劑入口43a及冷卻劑出口43b，冷卻劑，如冷卻空氣或冷卻液可由冷卻劑入口43a送入燃料電池組1內(nèi)部所形成的冷卻劑通道，再由冷卻劑出口43b送出，以使燃料電池組1得到適當(dāng)?shù)睦鋮s。
如圖2所示，本發(fā)明燃料電池組整合式雙極板模組5系組設(shè)于燃料電池組1各相鄰的電池單電池10之間，以取代習(xí)用的導(dǎo)流板。
如圖4所示，本發(fā)明燃料電池組整合式雙極板模組5頂面為面對(duì)相鄰單電池10膜電極組體11的陰極氣體擴(kuò)散層14的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51，其底面為面對(duì)于相鄰單電池10的膜電極組體11的陽極氣體擴(kuò)散層12的陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52，在陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51與陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52之間形成冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53。陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53結(jié)合時(shí)，可在相鄰板體之間使用涂膠加熱壓合方式加工，以達(dá)到膠合與氣密的功能。本發(fā)明上設(shè)有空氣送入槽511、空氣送出槽514、氫氣送入槽521、氫氣送出槽524、冷卻劑送入槽531及冷卻劑送出槽532。
如圖4、圖5所示，陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行呈波浪狀或凹槽狀的溝槽510、連通溝槽510與空氣送入槽511的連通槽道512及連通溝槽510與空氣送出槽514的連通槽道513。
藉由溝槽510以導(dǎo)引由空氣送入槽511經(jīng)由連通槽道512所送入的空氣，再經(jīng)由連通槽道51 3由空氣送出槽514送出。當(dāng)空氣被導(dǎo)引通過陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51的溝槽510時(shí)，即會(huì)透過相鄰單電池10的陰極氣體擴(kuò)散板14而到達(dá)膜電極組體11的陰極觸媒層，以供應(yīng)膜電極組體11進(jìn)行反應(yīng)時(shí)所需的空氣。
如圖6所示，陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行且婉延布設(shè)呈波浪狀或凹槽狀的溝槽520、連通溝槽520與氫氣送入槽521的連通槽道522及連通溝槽520與氫氣送出槽524的連通槽道523。
藉由溝槽520以導(dǎo)引由氫氣送入槽521經(jīng)由連通槽道522所送入的氫氣，再經(jīng)由連通槽道523由氫氣送出槽524送出。當(dāng)氫氣被導(dǎo)引通過陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52的溝槽520時(shí)，即會(huì)透過相鄰單電池10的陽極氣體擴(kuò)散板12而到達(dá)膜電極組體11的陽極觸媒層，以供應(yīng)單電池10膜電極組體11進(jìn)行反應(yīng)時(shí)所需的氫氣。
如圖7所示，冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行且婉延布設(shè)并分別與冷卻劑送入槽531、冷卻劑送出槽532連通的的溝槽530。
藉由溝槽530以導(dǎo)引由冷卻劑送入槽531所送入的冷卻劑，如冷卻水或空氣經(jīng)由冷卻劑送出槽532送出。當(dāng)冷卻劑被導(dǎo)引通過冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53的溝槽530時(shí)，即可對(duì)燃料電池組1進(jìn)行冷卻，使燃料電池組1得以在適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟认虏僮鳌?br> 當(dāng)在組裝燃料電池組1時(shí)，只要在單電池10膜電極組體11兩側(cè)結(jié)合了陽極氣體擴(kuò)散層12及陰極氣體擴(kuò)散層14之后，即在其相鄰界面配置本發(fā)明燃料電池組整合式雙極板模組5，即可簡(jiǎn)易地完成復(fù)數(shù)個(gè)單電池10的模組化組裝。而不需在每一個(gè)單電池10中分別組立導(dǎo)流板；最后，將復(fù)數(shù)個(gè)電池單電池10所組構(gòu)而成的模組結(jié)構(gòu)，再結(jié)合陽極集電板20、陽極端板30、陰極集電板40、陰極端板50及數(shù)個(gè)氣密墊片，并藉由鎖固構(gòu)件鎖固結(jié)合，即完成整個(gè)燃料電池組1的組裝。
本發(fā)明為將陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52及冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53分成三個(gè)不同板體的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，亦可將其中兩構(gòu)件先一體成型后，再將第三個(gè)構(gòu)件予以結(jié)合。例如先將陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53一體成型后，再將陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52結(jié)合在冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53的底面；或是先將在陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)52與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53一體成型后，再將陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)51結(jié)合在冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)53的頂面。當(dāng)然三構(gòu)件亦可以一體成型的方式予以制作。
如上所述，藉由本發(fā)明燃料電池組整合式雙極板模組5，使得在單一模組中包括了陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)及冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。故在組裝時(shí)可以節(jié)省大量的組裝工時(shí)及提高產(chǎn)品的良率。此外，亦有效地解決了燃料電池組中陽極導(dǎo)流板、陰極導(dǎo)流板、冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的整體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池組整合式雙極板模組，其上設(shè)有空氣送入槽、空氣送出槽、氫氣送入槽、氫氣送出槽、冷卻劑送入槽及冷卻劑送出槽；其特征在于它包括面對(duì)相鄰單電池膜電極組體的陰極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陰極氣體的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、面對(duì)于相鄰單電池的膜電極組體的陽極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陽極氣體的陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)及形成于陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)之間的冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組整合式雙極板模組，其特征在于所述的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行的溝槽、連通溝槽與空氣送入槽的連通槽道及連通溝槽與空氣送出槽的連通槽道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組整合式雙極板模組，其特征在于所述的陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行的溝槽、連通溝槽與氫氣送入槽的連通槽道及連通溝槽與氫氣送出槽的連通槽道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組整合式雙極板模組，其特征在于所述的冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域系形成有復(fù)數(shù)個(gè)相互平行并分別與冷卻劑送入槽、冷卻劑送出槽連通的的溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的燃料電池組整合式雙極板模組，其特征在于所述的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)系以一體成型的方式成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的燃料電池組整合式雙極板模組，其特征在于所述的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)系以分成兩個(gè)以上不同板體的分體結(jié)構(gòu)結(jié)合成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池組整合式雙極板模組，其特征在于所述的為分體結(jié)構(gòu)的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)結(jié)合板面之間以涂膠加熱壓合方式膠合。
全文摘要
一種燃料電池組整合式雙極板模組。為提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)化組裝作業(yè)、提高組裝良率的電力裝置部件，提出本發(fā)明，它包括面對(duì)相鄰單電池膜電極組體的陰極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陰極氣體的陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、面對(duì)于相鄰單電池的膜電極組體的陽極氣體擴(kuò)散層以提供單電池膜電極組體反應(yīng)所需陽極氣體的陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)及形成于陰極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與陽極氣體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)之間的冷卻劑導(dǎo)流結(jié)構(gòu)；其上設(shè)有空氣送入槽、空氣送出槽、氫氣送入槽、氫氣送出槽、冷卻劑送入槽及冷卻劑送出槽。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1507097SQ0215524
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者楊德洲 申請(qǐng)人:亞太燃料電池科技股份有限公司