用於燃料電池的陰極流道結構的製作方法
2023-06-01 08:22:56 1
專利名稱：用於燃料電池的陰極流道結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於燃料電池的陰極流道結構，尤其涉及能夠將陰極燃料均勻分配至所有膜電極組的陰極的陰極流道結構。
背景技術：
採用氣體(例如空氣、氧氣)作為陰極燃料的公知燃料電池，在陰極側的陰極燃料供應結構通常僅是採用風扇或空氣泵浦，利用風扇或空氣泵浦來產生氣態陰極燃料的流動，使得氣態陰極燃料流入膜電極組的陰極。這種公知的陰極燃料供應結構雖然易於施行，但會發生氣態陰極燃料無法均勻地分配至所有膜電極組的陰極的情況，因此，有些膜電極組的陰極可能會存在氣態陰極燃料供應不足的情況，而導致膜電極組難以順利地進行電化學反應，甚至因膜電極組反應後所產生的高溫無法順利排除，形成溫度不均，水蒸汽凝結，影響效能。這種氣態陰極燃料供應不均的問題，在堆棧式(Stack Type)燃料電池中尤其明顯，且亟待解決。
本實用新型基於現有燃料電池的氣態陰極燃料供應結構的缺失，而改良出一種用於燃料電池的陰極流道結構，能夠將陰極燃料均勻分配至所有膜電極組。
實用新型內容本實用新型的主要目的是提供一種用於燃料電池的陰極流道結構，能夠將陰極燃料均勻分配至所有膜電極組的陰極。
為達成本實用新型的上述目的，本實用新型公開了一種用於燃料電池的陰極流道結構，應用於一燃料電池，且該燃料電池至少包括一個以上的膜電極組，其中該陰極流道結構包括多條渠溝結構，設置於所述膜電極組的陰極的上方，且所述渠溝結構均勻地分布而涵蓋到所有膜電極組的陰極。位於相同一端的全部渠溝結構的末端排列呈至少一個以上的曲面，且所述曲面用來作為陰極燃料的入口。藉此使得流通於所述渠溝結構的陰極燃料能夠均勻地分配至該些膜電極組的陰極。
為使本領域的普通技術人員了解本實用新型的目的、特徵及功效，現藉由下述具體實施例，並配合附圖，對本實用新型詳加說明如下。
圖1為本實用新型用於燃料電池的陰極流道結構的第一具體實施例的立體分解視圖。
圖2為本實用新型圖1的立體組合視圖。
圖3為本實用新型圖1的側剖面視圖。
圖4為本實用新型陰極流道結構的第二具體實施例的立體圖。
圖5為應用本實用新型第二具體實施例的陰極流道結構的燃料電池的立體圖。
圖6為應用本實用新型第三具體實施例的陰極流道結構的燃料電池的立體圖。
圖7為應用本實用新型第四具體實施例的陰極流道結構的燃料電池的立體圖。
主要元件符號說明1 燃料電池2 陰極集電板21 集電件3 膜電極組層31 質傳電解膜33 陰極35 陽極37 膜電極組4 陽極集電板41 集電件
5 陰極流道結構51 板狀條體53 入口部6 梳狀板體61 梳狀條體63 入口部7 板體71 平行渠道73 入口部8 板體81 凸起部83 入口部具體實施方式
圖1為本實用新型用於燃料電池的陰極流道結構的第一具體實施例的立體分解視圖，圖2為本實用新型圖1的立體組合視圖，以及圖3為本實用新型圖1的側剖面視圖。本實用新型的燃料電池1主要由一層膜電極組層3與上下各一片的陰極集電板2、陽極集電板4所密接疊合，而接合成一片單片結構。膜電極組層3由一片質傳電解膜31，以及形成在該質傳電解膜31的上表面與下表面的多個陰極33與多個陽極35所構成，而每一對的陰極33與陽極35即構成一個膜電極組37。舉例來說，膜電極組37作為直接甲醇燃料電池的電化學反應的發電核心，透過外部提供的甲醇燃料與氧氣分別來發生電化學反應，同時，產生電力供應給外部負載。上述燃料電池1可以採用由印刷電路板製造過程所製造出的積層整合式燃料電池。
在圖1、2、3中，陰極流道結構5由多條板狀條體51所排列而構成，且相鄰的板狀條體51間隔著一個預定距離，而該預定距離例如可以採用2mm至4mm之間的距離。同時，位於相同一端的全部板狀條體51的末端排列呈至少一個以上的曲面，該些曲面用來作為陰極燃料的入口，該些曲面可以作為增壓區，請參見圖1、2、3的入口部53。上述曲面的數量可以採用一個或是一個以上，且曲面可以採用向內凹入的弧狀或是向外凸出的弧狀，當然，曲面也可以採用向內凹入的其它幾何形狀或是向外凸出的其它幾何形狀。
由於板狀條體51本身具有厚度，且相鄰間隔著預定距離而排列，因此，該些板狀條體51便建構出一條一條的渠溝結構，而該些渠溝結構能夠作為陰極燃料(例如空氣、氧氣、氣態陰極燃料等)的流道(Channels)。
在圖1、2、3中，多條板狀條體51採用水平方向的排列方式，然而，本實用新型也可搭配燃料入口設計方向，將該些板狀條體51改為採用垂直排列方向，或是水平及垂直混合排列方向的排列方式。
多條板狀條體51接合在陰極集電板2的表面，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合一起。在接合該些板狀條體51與陰極集電板2時，必須將該些板狀條體51均勻地分布到陰極集電板2，使得由該些板狀條體51所建構出渠溝結構能夠均勻地分布且涵蓋到所有膜電極組37的陰極33，藉此使得流通於這些渠溝結構的陰極燃料，能夠均勻地分配至該些陰極33。
圖4為本實用新型陰極流道結構的第二具體實施例的立體圖，圖5為應用本實用新型第二具體實施例的陰極流道結構的燃料電池的立體圖。陰極流道結構5由一片梳狀板體6所構成，且梳狀板體6包含多條梳狀條體61，相鄰的梳狀條體61間隔著一預定距離。梳狀板體6接合於陰極集電板2的表面，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合一起。相鄰的梳狀條體61的間隔距離例如可以採用2mm至4mm之間的距離。同時，位於相同一端的全部梳狀條體61的末端排列呈至少一個以上的曲面，且該些曲面用來作為陰極燃料的入口，請參見圖4和圖5的入口部63。
由於梳狀板體6本身具有厚度，且相鄰間隔著預定距離的該些梳狀條體61的緣故，便建構出一條一條的渠溝結構，而該些渠溝結構能夠作為陰極燃料(例如空氣、氧氣、氣態陰極燃料等)的流道(Channels)。
圖4和圖5的多條梳狀條體61採用的是水平方向的排列方式，然而，本實用新型也可搭配燃料入口設計方向，將該些梳狀條體61改為採用垂直排列方向，或是水平及垂直混合排列方向的排列方式。
圖6為應用本實用新型第三具體實施例的陰極流道結構的燃料電池的立體圖。陰極流道結構5為一片具有多個平行渠道71的板體7，且該些平行渠道7為自板體7的表面向下凹的結構。例如，該些渠道71形成自板體7表面向內凹的方形、半六邊形、半菱形或半圓形等渠道結構。該些凹陷部渠道可設計在板體7的單個表面一面，或是上、下兩個表面。同時，該些平行渠道71採用平行且間隔著一個預定距離的排列。板體7具有該些渠道71的那個表面接合於陰極集電板2，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合在一起。
同時，位於相同一端的全部平行渠道71的末端排列呈至少一個以上的曲面，且該些曲面用來作為陰極燃料的入口，請參見圖6的入口部73。
圖7為應用本實用新型第四具體實施例的陰極流道結構的燃料電池的立體圖。陰極流道結構5為一片具有多個凸起部81的板體8，多個凸起部81以預定規則排列，使得依照預定規則所排列的該些凸起部81能夠相互間隔著預定距離，同時形成多條渠溝。該些凸起部81可以採用方形柱體、圓柱體、或它幾何形狀的柱狀體。板體8具有該些凸起部81的那個表面接合於陰極集電板2，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合在一起。
同時，位於相同一端的凸起部81的排列呈至少一個以上的曲面，且該些曲面用來作為陰極燃料的入口，請參見圖7的入口部83。
另外，本實用新型陰極流道結構5的表面可以選擇性地進一步施以燒結處理，使得渠溝結構的毛細物理特性能夠順利發揮出來，從而將凝結的水氣帶離。
上述的陰極集電板2可以採用板體結構，且在該板體上設置有多個集電件21，該些集電件21具有導電物理性質，而每個集電件21對應於各個膜電極組37的陰極33，且接觸陰極33。同時，為了讓陰極燃料能夠通過集電件21，位於集電件21的所屬區域的內部可以設置多個穿孔(圖未顯示)，以讓陰極燃料通過該些穿孔而進入至陰極33。
同樣地，前述的陽極集電板4可以採用板體結構，且在該板體上設置有多個集電件41，該些集電件41具有導電物理性質，而每個集電件41對應於各個膜電極組37的陽極35，且接觸陽極35。同時，為了讓陽極燃料(例如甲醇水溶液)能夠通過集電件41，位於集電件41的所屬區域的內部可以設置多個穿孔(圖未顯示)，以讓陽極燃料通過該些穿孔而進入至陽極(35)。
在第一、第二、第三、第四具體實施例的陰極流道結構5中，作為陰極流道結構5的材質可以選用印刷電路板(例如FR4印刷電路板、FR5印刷電路板)、環氧樹酯、玻纖基材、陶瓷基材、高分子塑化基材或是複合式材料等材質、金屬材質、塑化材質、或於其上包覆抗腐蝕/防酸的材質。
本實用新型陰極流道結構的優點是能夠將陰極燃料均勻分配至所有膜電極組的陰極，使得膜電極極組能夠產生最佳的效益。
雖然本實用新型的具體實施例已公開如上，但其所公開的具體實施例並非用以限定本實用新型，任何本領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，可作各種變動與修飾，其所作的變動與修飾都屬於本實用新型的範疇，本實用新型的保護範圍以權利要求所界定的範圍為準。
權利要求1.一種用於燃料電池的陰極流道結構，應用於一燃料電池，且該燃料電池至少包括一個以上的膜電極組，其特徵在於該陰極流道結構包括多條渠溝結構，設置於所述膜電極組的陰極的上方，所述渠溝結構均勻地分布且涵蓋到所有膜電極組的陰極，其中，位於相同一端的全部渠溝結構的末端排列呈至少一個以上的曲面，且所述曲面用來作為陰極燃料的入口；以此使得流通於所述渠溝結構的所述陰極燃料能夠均勻地分配至所述膜電極組的陰極。
2.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述燃料電池自上而下依序由一片陰極集電板、一層膜電極組層以及一片陽極集電板所堆棧接合，其中所述膜電極組層包含所述膜電極組，所述渠溝結構設置於所述陰極集電板的表面。
3.如權利要求2所述的陰極流道結構，其特徵在於所述渠溝結構，由多條板狀條體所排列而構成，且相鄰的板狀條體間隔著一預定距離，所述板狀條體設置於所述陰極集電板的表面，並且位於相同一端的全部板狀條體的末端排列呈至少一個以上的所述曲面。
4.如權利要求2所述的陰極流道結構，其特徵在於所述渠溝結構由一片梳狀板體而構成，且所述梳狀板體包含多條梳狀條體，相鄰的梳狀條體間隔著一預定距離，該梳狀板體接合於所述陰極集電板，並且位於相同一端的全部梳狀條體的末端排列呈至少一個以上的所述曲面。
5.如權利要求2所述的陰極流道結構，其特徵在於所述渠溝結構由一片具有多個平行渠道的板體而構成，且所述平行渠道為一自該板體的表面向下凹陷的結構，且相鄰的平行渠道間隔著一預定距離，其中具有所述平行渠道的板體的表面接合於該陰極集電板， 並且位於相同一端的全部平行渠道的末端排列呈至少一個以上的所述曲面。
6.如權利要求2所述的陰極流道結構，其特徵在於所述流道結構由一片具有多個凸起部的板體而構成，且所述凸起部以一預定規則而排列，其中具有所述凸起部的板體的那個表面接合於該陰極集電板，並且位於相同一端的所述凸起部排列呈至少一個以上的所述曲面。
7.如權利要求2所述的陰極流道結構，其特徵在於所述陰極流道結構的表面為一未經過燒結處理的表面。
8.如權利要求2所述的陰極流道結構，其特徵在於所述陰極流道結構的表面為一經過燒結處理的表面。
9.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述渠溝結構由多條板狀條體所排列而構成，且相鄰的板狀條體間隔著一預定距離。
10.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述渠溝結構由一片梳狀板體而構成，所述梳狀板體包含多條梳狀條體，且相鄰的梳狀條體間隔著一預定距離。
11.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述渠溝結構由一片具有多個平行渠道的板體而構成，所述平行渠道為一自該板體的表面向下凹陷的結構，且相鄰的平行渠道間隔著一預定距離。
12.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述流道結構由一片具有多個凸起部的板體而構成，且所述凸起部以一預定規則而排列。
13.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述陰極燃料為空氣。
14.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述陰極燃料為氧氣。
15.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述陰極燃料為氣態陰極燃料。
16.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述曲面的數量為一個。
17.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述曲面為一向內凹的弧狀。
18.如權利要求1所述的陰極流道結構，其特徵在於所述曲面為一向外凸出的弧狀。
19.如權利要求1項所述的陰極流道結構，其特徵在於所述曲面為一向內凹的幾何形狀。
20.如權利要求1項所述的陰極流道結構，其特徵在於所述曲面為一向外凸出的幾何形狀。
專利摘要本實用新型公開了一種用於燃料電池的陰極流道結構，應用於燃料電池，且該燃料電池至少包括一個以上的膜電極組。陰極流道結構包括多條渠溝結構，且所述多條渠溝結構設置於所述膜電極組的陰極的上方，同時，所述渠溝結構均勻地分布而涵蓋到所有膜電極組的陰極。位於相同一端的全部渠溝結構的末端排列呈至少一個以上的曲面，且所述曲面用來作為陰極燃料的入口。藉此使得流通於所述渠溝結構的陰極燃料能夠均勻地分配至所述膜電極組的陰極。
文檔編號H01M4/86GK2886819SQ20052014462
公開日2007年4月4日 申請日期2005年12月13日 優先權日2005年12月13日
發明者張倉銘, 黃緯莉, 管衍德, 張靜怡 申請人:勝光科技股份有限公司