CN101924229A - 具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构。该具有透明流道的燃料电池堆结构具有：至少一膜电极组；以及至少一对双极板，其是夹设于该膜电极组的两侧，且每一该双极板具有：一透明流道板；及至少一集电板，其是结合于该透明流道板的一侧边。本发明藉由双极板将膜电极组夹设于其中，并且双极板具有透明流道板以及结合于透明流道板侧边的集电板，因此膜电极组产生的电能可利用集电板传导。而由于透明流道板的设置，因此可由燃料电池堆外部即时观察燃料电池堆中流道内水生成的状况，藉以随时监测流道内是否出现阻塞问题，进而使燃料电池堆维持较佳的产电效能。

Description

具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构

技术领域

本发明涉及一种具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构，特别是涉及一种应用于燃料电池堆的具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构。

背景技术

燃料电池为一种低噪音、低污染、免充电及高效率的发电装置，只要不断供应燃料，燃料电池就可持续地进行电化学反应以产生电能。而燃料电池的燃料可以为甲醇、乙醇、氢气或其他碳氢化合物，再藉由氧气作为氧化剂以产生电能，并且在这样的电化学反应过程中会生成水做为副产物。

由于燃料电池的燃料是藉由流道以进行运输，因此流道的运输能力影响着燃料电池的产电效能，然而当燃料电池所生成的水无法顺利排出时，水便会堆积于流道内造成流道堵塞，进而影响燃料电池中电化学反应的进行，并且降低了燃料电池的反应速率。

如中国台湾发明公告第1236178号所揭露的「观察透明流道积水的燃料电池制作技术」，其是利用透明板结合于导电流场板的一侧以组合成双极板，因此可通过透明板观察双极板内部流道，使得流道内状况清晰可见，藉以方便观察燃料电池单体运作时内部水的生成及分布。

上述的前案是利用透明板结合于导电流场板，使得不透明的导电流场板中的流道可易于观察，然而当多个燃料电池单体组成燃料电池堆时，透明板是夹设于燃料电池堆当中，除了最外两侧的燃料电池单体仍可通过透明板观察流道内状况之外，因为其余燃料电池单体的透明板被夹设于燃料电池堆内，因此并不具有可观察的效果，以致于当燃料电池堆内部流道出现阻塞状况时，并无法通过透明板观察而发现。

由此可见，上述现有的燃料电池在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的燃料电池存在的缺陷，而提供一种新型的具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构，所要解决的技术问题是使其在每一燃料电池单体中使用透明流道板，因此当燃料电池单体组合成燃料电池堆时，燃料电池堆中水生成状况便可通过每一透明流道板进行观测，以达到即时观测流道状况的功效，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，克服现有的燃料电池存在的缺陷，而提供一种新型的具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构，所要解决的技术问题是使其由于可即时通过透明流道板观测流道内状况，因此可即时发现内部流道是否出现阻塞，进而可避免影响燃料电池的效能，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，克服现有的燃料电池存在的缺陷，而提供一种新型的具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构，所要解决的技术问题是使其使用非金属的材料制作透明流道板，因此可有效降低燃料电池的成本，并且还可达到轻量化的功效，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有透明流道的燃料电池堆结构，其具有：至少一膜电极组；以及至少一对双极板，其是夹设于该膜电极组的两侧，且每一该双极板具有：一透明流道板；及至少一集电板，其是结合于该透明流道板的一侧边。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中所述的集电板是延伸覆盖该透明流道板的一侧面

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中所述的集电板是双面结合于该透明流道板的该侧边。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中每一该双极板具有二集电板，且该些集电板是结合于每一该透明流道板相对应的两该侧边。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中每一该集电板是延伸覆盖该透明流道板相对应的一侧面。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中该些集电板是分别双面结合于该透明流道板相对应的两该侧边。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中所述的透明流道板的材料为一高分子聚合物、一玻璃、一固态氧化物或一不导电材料。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中所述的集电板为一导电薄板。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中所述的集电板进一步具有至少一散热件，其是由该集电板向该透明流道板的外侧延伸形成，且该散热件是与该集电板导热结合。

前述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其中所述的集电板是以埋入射出、热压或胶粘结合于该透明流道板。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有透明流道的双极板结构，其具有：一透明流道板；以及至少一集电板，其是结合于该透明流道板的一侧边。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中所述的集电板是延伸覆盖该透明流道板的一侧面。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中所述的集电板是双面结合于该透明流道板的该侧边。

前述的具有透明流道的双极板结构，其具有二集电板，且该些集电板是分别结合于该透明流道板相对应的两该侧边。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中每一该集电板是延伸覆盖该透明流道板相对应的一侧面。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中该些集电板是分别双面结合于该透明流道板相对应的两该侧边。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中所述的透明流道板的材料为一高分子聚合物、一玻璃、一固态氧化物或一不导电材料。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中所述的集电板为一导电薄板。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中所述的集电板是进一步具有至少一散热件，其是由该集电板向该透明流道板的外侧延伸形成，且该散热件是与该集电板导热结合。

前述的具有透明流道的双极板结构，其中所述的集电板是以埋入射出、热压或胶粘的方式结合于该透明流道板。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为达到上述目的，本发明提供了一种具有透明流道的燃料电池堆结构，其具有：至少一膜电极组；以及至少一对双极板，其是夹设膜电极组的两侧，且每一双极板具有：一透明流道板；以及至少一集电板，其是结合于透明流道板的一侧边。

另外，为达到上述目的，本发明还提供了一种具有透明流道的双极板结构，其具有：一透明流道板；以及至少一集电板，其是结合于透明流道板的一侧边。

借由上述技术方案，本发明具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构至少具有下列优点及有益效果：

1、利用透明流道板的设置，使得燃料电池堆中水生成与分布状况可以直接且即时地由外部观测。

2、由于燃料电池堆中水生成状况可以即时观测，进而可以达到避免燃料电池堆中流道阻塞的功效。

3、藉由使用非金属的透明流道板，以达到降低燃料电池堆的成本及轻量化的功效。

综上所述，本发明是有关于一种具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构。其中燃料电池堆具有：膜电极组；以及双极板。藉由双极板将膜电极组夹设于其中，并且双极板具有透明流道板以及结合于透明流道板侧边的集电板，因此膜电极组产生的电能可利用集电板传导。而由于透明流道板的设置，因此可由燃料电池堆外部即时观察燃料电池堆中流道内水生成的状况，藉以随时监测流道内是否出现阻塞问题，进而使燃料电池堆维持较佳的产电效能。本发明还提供了一种具有透明流道的双极板结构。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一种具有透明流道的燃料电池堆结构较佳实施例的分解立体图。

图2是图1较佳实施例的结合图。

图3A是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第一较佳实施例的立体图。

图3B是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第二较佳实施例的立体图。

图4A是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第三较佳实施例的立体图。

图4B是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第四较佳实施例的立体图。

图5是本发明的一种具有透明流道的燃料电池堆结构较佳实施例的立体图。

100、100’：具有透明流道的燃料电池堆结构    110：膜电极组

120、120’：双极板                          121：透明流道板

122：集电板    123：散热件

124：流道      125：侧边

126：侧面

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有透明流道的燃料电池堆及其双极板结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参阅图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明的一种具有透明流道的燃料电池堆结构较佳实施例的分解立体图。图2是图1较佳实施例的结合图。图3A是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第一较佳实施例的立体图。图3B是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第二较佳实施例的立体图。图4A是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第三较佳实施例的立体图。图4B是本发明的一种具有透明流道的双极板结构第四较佳实施例的立体图。图5是本发明的一种具有透明流道的燃料电池堆结构较佳实施例的立体图。

请参阅图1所示，本发明较佳实施例的一种具有透明流道的燃料电池堆结构100，其具有：至少一膜电极组110；以及至少一对双极板120，而燃料电池堆结构100是可由多个燃料电池单体堆叠形成，每一燃料电池单体又具有一膜电极组110及一对双极板120。

膜电极组110，其可具有质子交换膜、两层触媒层与两层气体扩散层，而当氧化剂与燃料分别通过气体扩散层进入膜电极组110时，便可在膜电极组110中进行电化学反应以产生电子及水生成。

每一膜电极组110所生成的电子又可藉由相邻的双极板120中的一集电板122进行传递，如此燃料电池堆100中便可产生电流，所以燃料电池堆100中所具有的膜电极组110数量便决定了燃料电池堆100可产生的电量。

请参阅图1及图2所示，双极板120，其是用以夹设膜电极组110，使得膜电极组110可设置于双极板120之间，并且每一膜电极组110所产生的电子是经由双极板120的集电板122传导至相邻的另一膜电极组110，使得膜电极组110产生的电流可在燃料电池堆100间传递。

请参阅图3A所示，每一双极板120具有：一透明流道板121；以及至少一集电板122。其中透明流道板121中形成有多组透明流道124，而集电板122是结合于透明流道板121的一侧边125，并且集电板122还可向外延伸以覆盖透明流道板121的一侧面126。

集电板122又可以为一U型板体，并且U型板体的凹口是夹设于透明流道板121的侧面126，因此集电板122可双面结合于透明流道板121的侧边125的两表面。

再请参阅图3B所示，双极板120可具有二集电板122，并且集电板122可结合于每一透明流道板121相对应的两侧边125，集电板122也可以延伸覆盖透明流道板121相对应的两侧面126，以及分别双面结合于透明流道板121相对应的两侧边125的两表面，藉此增加集电板122与膜电极组110的接触面积，以增加电子的传递速率，进而提升燃料电池堆200的产电效能。

而由于集电板122设置于透明流道板121的侧边125，因此两相邻的透明流道板121便可利用电线连接集电板122以形成电性连接，藉此设置于透明流道板121的集电板122以取代独立集电板的设置，进而使得燃料电池堆200达到轻量化的功效。

请参阅图4A所示，双极板120’的集电板122可进一步具有至少一散热件123，并且散热件123是由集电板122向透明流道板121的外侧延伸形成，散热件123是与集电板122导热结合。因此当膜电极组110在进行电化学反应而产生热能时，便可通过集电板122的散热件123将热散除，藉此可避免膜电极组110内累积过多废热，导致影响膜电极组110的反应速率。

请参阅图4B所示，双极板120’两侧的集电板122皆可进一步具有至少一散热件123，以帮助膜电极组110快速将废热散除，进而使膜电极组110可维持稳定的反应速率。如图5所示，在具有散热件123的双极板120’所构成的燃料电池堆100’中，可利用散热件123与集电板122导热结合的设计，使得燃料电池堆100’中电化学反应所产生的废热，可通过散热件123快速散除，以使燃料电池堆100’达到稳定供电的功效。

而上述的透明流道板121的材料可以为一高分子聚合物、玻璃或固态氧化物等不导电材料，因此具有质量轻及成本低的特点，进而可以减轻整体燃料电池堆结构100、100’的重量及成本，以达到轻量化与低成本的功效。

又由于透明流道板121中流道124为透明可观测的，因此具有透明流道的燃料电池堆结构100、100’(如图2及图5所示)，可由外部直接观测内部流道124水生成与分布的状况，进而可达到即时发现流道124中阻塞的功效。

而上述的集电板122皆可以为一导电薄板，因此集电板122与透明流道板121的结合方式可以为埋入射出、热压、胶粘、超音波熔接......等，藉此可以提高双极板120、120’的制成速度，并可以简化双极板120、120’的制作工艺。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (20)

1.一种具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其具有：

至少一膜电极组；以及

至少一对双极板，其是夹设于该膜电极组的两侧，且每一该双极板具有：一透明流道板；及至少一集电板，其是结合于该透明流道板的一侧边。

2.根据权利要求1所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中所述的集电板是延伸覆盖该透明流道板的一侧面。

3.根据权利要求2所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中所述的集电板是双面结合于该透明流道板的该侧边。

4.根据权利要求1所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中每一该双极板具有二集电板，且该些集电板是结合于每一该透明流道板相对应的两该侧边。

5.根据权利要求4所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中每一该集电板是延伸覆盖该透明流道板相对应的一侧面。

6.根据权利要求5所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中该些集电板是分别双面结合于该透明流道板相对应的两该侧边。

7.根据权利要求1所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中所述的透明流道板的材料为一高分子聚合物、一玻璃、一固态氧化物或一不导电材料。

8.根据权利要求1所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中所述的集电板为一导电薄板。

9.根据权利要求1所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中所述的集电板进一步具有至少一散热件，其是由该集电板向该透明流道板的外侧延伸形成，且该散热件是与该集电板导热结合。

10.根据权利要求1所述的具有透明流道的燃料电池堆结构，其特征在于其中所述的集电板是以埋入射出、热压或胶粘结合于该透明流道板。

11.一种具有透明流道的双极板结构，其特征在于其具有：

一透明流道板；以及

至少一集电板，其是结合于该透明流道板的一侧边。

12.根据权利要求11所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中所述的集电板是延伸覆盖该透明流道板的一侧面。

13.根据权利要求12所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中所述的集电板是双面结合于该透明流道板的该侧边。

14.根据权利要求11所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其具有二集电板，且该些集电板是分别结合于该透明流道板相对应的两该侧边。

15.根据权利要求14所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中每一该集电板是延伸覆盖该透明流道板相对应的一侧面。

16.根据权利要求15所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中该些集电板是分别双面结合于该透明流道板相对应的两该侧边。

17.根据权利要求11所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中所述的透明流道板的材料为一高分子聚合物、一玻璃、一固态氧化物或一不导电材料。

18.根据权利要求11所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中所述的集电板为一导电薄板。

19.根据权利要求11所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中所述的集电板是进一步具有至少一散热件，其是由该集电板向该透明流道板的外侧延伸形成，且该散热件是与该集电板导热结合。

20.根据权利要求11所述的具有透明流道的双极板结构，其特征在于其中所述的集电板是以埋入射出、热压或胶粘的方式结合于该透明流道板。

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