CN102255093A - 燃料电池装置及其燃料电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池装置及其燃料电池模块，其中的燃料电池装置，包括一支架以及多个燃料电池模块，前述支架包括一底座以及一管体，其中前述底座具有多个通孔，且前述管体与通孔相连通。前述燃料电池模块固定在底座上并且配置在管体周围，其中反应流体经由管体进入底座，并透过通孔分别进入前述燃料电池模块中。

Description

燃料电池装置及其燃料电池模块
技术领域
本发明有关于一种燃料电池装置，特别是有关于一种平板式燃料电池装置及其燃料电池模块。
背景技术
首先请参阅图1，已知质子交换膜燃料电池(Proton Exchange MembraneFuel Cell，PEMFC)的单电池结构(single cell)400主要包括一膜电极组410membrane electrode assembly，MEA)、两个气体扩散层405、406(gas diffusionlayer，GDL)以及两个流场板401、402(fluid flow plate)。前述流场板401、402的内侧表面分别形成有各自独立的流道(flow channel)403、404，可用以进行反应流体的输送，前述膜电极组410主要包括一质子交换膜409(proton exchangemembrane，PEM)、一阳极(anode)触媒层407以及一阴极(cathode)触媒层408，其中触媒层407、408通常具有铂或铂合金等成份，以利于燃料电池进行电化学反应(electrochemical reactions)并提供电力输出。随着燃料电池小型化的发展趋势，如何改善燃料电池的结构设计以提升其整体效能始成为燃料电池小型化的重要课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种通过改善燃料电池的结构设计以提升其整体效能的燃料电池装置及其燃料电池模块。
本发明的一实施例提供一种燃料电池模块，包括一流场板以及两个界面单元，前述流场板具有多个流道，前述界面单元分别设置在流场板的两侧，其中流场板上的流道分别正对于前述界面单元。一反应流体流经流场板，并与界面单元接触以进行电化学反应，其中每一界面单元包括一膜电极组、至少一气体扩散层、一密封元件、至少一第一集电元件、一承载板以及至少一第二集电元件。前述气体扩散层设置在膜电极组的两侧，密封元件连接膜电极组以及流场板，第一集电元件设置在密封元件上，前述承载板连接膜电极组，前述第二集电元件设置在承载板上，并且朝膜电极组方向拱起，在组装时，第二集电元件拱起构型可以迫紧挤压界面单元，使得界面单元的各个元件紧密接触。
在一实施例中，前述密封元件以射出、热压或点胶的方式成型包覆在第一集电元件周围。
在一实施例中，前述气体扩散层以热压方式结合在膜电极组表面。
在一实施例中，前述密封元件以及膜电极组以热压方式接合。
在一实施例中，前述第二集电元件具有一弧状结构。
在一实施例中，前述第二集电元件具有一多边形结构。
在一实施例中，前述多边形结构具有一平面，且该平面平行于该膜电极组以及该气体扩散层。
在一实施例中，前述承载板具有一卡槽，且第二集电元件具有一卡勾，其中卡勾结合在卡槽内。
在一实施例中，当前述第二集电元件受到气体扩散层挤压时，前述卡勾在卡槽内滑动。
在一实施例中，本发明一实施例还提供一种燃料电池装置，包括一支架以及多个燃料电池模块，前述支架包括一底座以及一管体，其中前述底座具有多个通孔，且前述管体与通孔相连通。前述燃料电池模块固定在底座上并以辐射状的方式配置在管体周围，其中反应流体经由管体进入底座，并透过通孔分别进入燃料电池模块内。
根据本发明的一方面，由于前述燃料电池模块中的集电元件具有一凸出结构，在组装时可使得集电元件和膜电极组上的气体扩散层接触更加紧密，由此可降低两者间的接触阻抗。
根据本发明的另一方面，本发明的一实施例还提供一种燃料电池装置，其主要是将多个燃料电池模块结合在一支架上，并透过中空的管体以及底座导引反应流体到各个燃料电池模块内部，本发明的燃料电池装置不仅组装方便，且具有体积小以及高效能的优点。
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1表示已知的质子交换膜燃料电池的单电池结构示意图；
图2A、2B表示本发明一实施例的燃料电池模块的局部爆炸图；
图2C表示图2A、2B的燃料电池模块组装后的侧视图；
图3表示本发明一实施例的密封元件包覆在第一集电元件周围的示意图；
图4A表示本发明一实施例的第二集电元件装设在承载板上的示意图；
图4B表示当第二集电元件的卡勾置入承载板的凹槽时的示意图；
图4C表示沿图4A中X1-X2方向的剖面图；
图5A表示本发明一实施例的第二集电元件示意图；
图5B表示本发明另一实施例的第二集电元件示意图；以及
图6表示本发明一实施例的燃料电池装置示意图。
【主要附图标记说明】
流场板10；
入口11；
出口12；
密封元件20；
膜电极组301；
气体扩散层302；
第一集电元件303；
第二集电元件304；
卡勾3041；
平面3042；
承载板40；
凹槽41；
单电池结构400；
流场板401、402；
流道403、404；
气体扩散层405、406；
触媒层407、408；
质子交换膜409；
膜电极组410；
流道C；
燃料电池模块F；
界面单元K；
支架H；
底座H1；
通孔H11；
管体H2；
入口端H21。
具体实施方式
请同时参阅图2A、2B，本发明一实施例的平板式燃料电池模块F主要是由一流场板10以及两个界面单元K所组成，其中流场板10夹设在两个界面单元K之间，此外在流场板10的两侧分别形成有至少一个流道C，正对于前述界面单元K。
如图2A、2B所示，前述界面单元K主要是由一密封元件20、至少一个第一集电元件303、一膜电极组301、至少一个气体扩散层302、一承载板40以及至少一个第二集电元件304所组成，前述气体扩散层302可透过热压方式结合在膜电极组301两侧表面，前述第一集电元件303结合在密封元件20上，前述第二集电元件304则是装设在承载板40上，并且朝膜电极组301方向拱起凸出。
接着请参阅图2C，当界面单元K与流场板10紧密结合后即完成燃料电池模块F的组装程序，其中反应流体可由流场板10一端的入口11进入流道C，接着反应流体会与界面单元K接触并进行电化学反应，然后再由流场板10的另一端排出。再请参阅图3，前述密封元件20例如可以射出、热压或点胶的方式成型包覆在第一集电元件303周围，此外前述密封元件20以及膜电极组301也可以热压方式结合，透过前述密封元件20可使得流场板10和膜电极组301之间在组装时可以紧密接合而不会产生空隙。
请同时参阅图2A以及图4A～4C，其中图4C是沿图4A中X1-X2方向的剖面图。如图4B所示，本实施例中的第二集电元件304形成有一弧状的凸出结构，组装时可先将第二集电元件304两端的卡勾3041置入承载板40上对应的凹槽41内，接着再将承载板40和第二集电元件304一起朝膜电极组301方向压合(如图2A中的箭头A所示)，此时第二集电元件304由于会受到膜电极组301及其表面上的气体扩散层302挤压，使得第二集电元件304两端的卡勾3041沿凹槽41外侧滑动(如图4C中的箭头方向所示)。应了解的是，第二集电元件304在组装过程中会受到挤压而变得平整，进而使得第二集电元件304和气体扩散层302之间的接触更加紧密，由此能有效降低元件间的接触阻抗。
举例而言，前述第二集电元件304可具有弧状的凸出结构(如图5A所示)，或者也可形成一具有平面3042的多边形凸出结构(如图5B所示)，其中平面3042大致平行于图2A中的膜电极组301以及气体扩散层302，透过前述平面3042可使第二集电元件304和气体扩散层302之间的接触更加紧密，借以降低两者间的接触阻抗。
接着请参阅图6，本发明另一实施例还提供一种燃料电池装置，其主要是由一支架H以及多个前述燃料电池模块F(或其它形式的燃料电池模块)所组成，前述支架H主要包括一底座H1以及一管体H2，其中在底座H1表面形成有多个通孔H11，且管体H2与前述通孔H11相连通。如图6所示，使用时可将多个燃料电池模块F装设并固定在底座H1上，并且可以辐射状的方式配置在管体H2周围，其中反应流体可由管体H2的入口端H21注入到底座H1，接着再经由各个通孔H11进入各个燃料电池模块F内部，最后反应流体可由燃料电池模块F的出口12排出。
综上所述，本发明提供一种燃料电池模块，前述燃料电池模块中的集电元件具有一凸出结构，在组装时可使得集电元件和膜电极组上的气体扩散层接触更加紧密，由此可降低两者间的接触阻抗。另一方面，本发明的一实施例还提供一种燃料电池装置，其主要是将多个燃料电池模块结合在一支架上，并透过中空的管体以及底座导引反应流体到各个燃料电池模块内部，本发明的燃料电池装置不仅组装方便，且具有体积小以及高效能的优点，故可广泛地应用于电子产品、车辆、军用设备或航天工业等各种不同领域中。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种燃料电池模块，其特征在于，包括：
一流场板，具有多个流道；
两个界面单元，分别设置在该流场板的两侧，其中该流场板上的该多个流道分别正对于该两个界面单元，一反应流体流经该流场板，并与该界面单元接触以进行电化学反应，其中每一该界面单元包括：
一膜电极组；
至少一气体扩散层，设置在该膜电极组上；
一密封元件，连接该膜电极组以及该流场板；
至少一第一集电元件，设置在该密封元件上；
一承载板，连接该膜电极组；以及
至少一第二集电元件，设置在该承载板上，并且朝该膜电极组方向拱起凸出，其中该第二集电元件在组装时受到该气体扩散层挤压，使得该第二集电元件与该气体扩散层紧密接触。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该密封元件以射出成型或热压的方式包覆在该第一集电元件周围。
3.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该气体扩散层以热压方式结合在该膜电极组表面。
4.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该密封元件以及该膜电极组以热压方式接合。
5.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该第二集电元件具有一弧状结构。
6.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该第二集电元件具有一多边形结构。
7.根据权利要求6所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该多边形结构具有一平面，且该平面平行于该膜电极组以及该气体扩散层。
8.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该承载板具有一卡槽，且该第二集电元件具有一卡勾，其中该卡勾结合在该卡槽内。
9.根据权利要求8所述的燃料电池模块，其特征在于，其中当该第二集电元件受到该气体扩散层挤压时，该卡勾在该卡槽内滑动。
10.一种燃料电池装置，其特征在于，包括：
一支架，包括一底座以及一管体，其中该底座具有多个通孔，且该管体与该多个通孔相连通；以及
多个根据权利要求1所述的燃料电池模块，固定在该底座上并以辐射状的方式配置在该管体周围，其中该反应流体经由该管体进入该底座，并透过该多个通孔分别进入该多个燃料电池模块内。
11.一种燃料电池装置，其特征在于，包括：
一支架，包括一底座以及一管体，其中该底座具有多个通孔，且该管体与该多个通孔相连通；以及
多个燃料电池模块，固定在该底座上并以辐射状的方式配置在该管体周围，其中该反应流体经由该管体进入该底座，并透过该多个通孔分别进入该多个燃料电池模块内。
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