CN102255094A - 燃料电池装置及其燃料电池模块 - Google Patents

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吴俊星
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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，其中所述燃料电池模块，包括相互连接的一本体以及一流场板。前述本体包括两个密封元件以及一核心单元，其中核心单元包括一膜电极组、两个气体扩散层以及两个集电元件，前述气体扩散层以及集电元件设置在膜电极组的两侧，前述密封元件则分别包覆在集电元件周围并且与膜电极组结合。反应流体流经前述流场板并与前述本体接触以进行电化学反应。

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，已知的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410(membrane 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开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，以提升其输出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，包括一本体以及一流场板。前述本体包括两个密封元件以及一核心单元，其中核心单元包括一膜电极组、两个气体扩散层以及两个集电元件，前述两个气体扩散层以及两个集电元件设置在膜电极组的两侧，前述两个密封元件则分别包覆在两个集电元件周围并且与膜电极组结合。前述流场板连接本体，具有一入口以及一流道，其中一反应流体由前述入口进入流道，接着反应流体与本体接触并进行电化学反应后排出流场板。
在一实施例中，前述两个密封元件以射出、热压或点胶的方式成型包覆在集电元件周围。
在一实施例中，前述两个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，前述两个密封元件及膜电极组以热压接合或使用导电胶体胶合。
在一实施例中，前述流场板还具有多个流道，对应于前述两个集电元件，此外前述两个密封元件分别具有多个开孔，且前述两个集电元件分别透过开孔而显露在本体表面。
在一实施例中，前述燃料电池模块还包括两个本体，且流场板还包括多个流道，分别形成在流场板的相反侧，其中流场板设置在些本体之间，且前述流道分别对应于两个本体上的集电元件。
本发明的一实施例还提供一种燃料电池装置，包括多个前述的燃料电池模块，其中前述燃料电池模块相互并排且紧密相连，且相邻的燃料电池模块中的流道相连通。
本发明的一实施例还提供一种燃料电池装置，包括一软管以及多个前述的燃料电池模块，其中前述燃料电池模块通过软管相互连接，且反应流体透过前述软管在相邻的燃料电池模块之间传递。
在一实施例中，前述燃料电池模块是以串联的方式电性导通。
根据本发明，燃料电池模块可由一本体以及一流场板所组成，此外也可由两个本体以及一个流场板共同组成一具有多层式结构的燃料电池模块，组装时可透过热压或以导电胶体黏合等方式使密封元件、集电元件以及膜电极组之间相互结合。本发明的燃料电池模块不仅具有体积小的优点，同时可透过串/并联的方式以增加使用上的弹性，借此不仅能因应各种不同的电力需求，且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。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附附图做详细说明。
附图说明
图1表示已知质子交换膜燃料电池的单电池结构示意图；
图2A表示本发明一实施例的燃料电池模块示意图；
图2B表示图2A中燃料电池模块的本体爆炸图；
图2C表示图2B中的密封元件与集电元件结合以及膜电极组与气体扩散层结合的示意图；
图3表示图2A中的燃料电池模块组合后的示意图；
图4表示本发明一实施例的燃料电池装置示意图；
图5A表示本发明另一实施例的燃料电池模块爆炸图；
图5B表示图5A中的燃料电池模块组合后的示意图；以及
图6A、6B表示本发明另一实施例的燃料电池模块示意图。
【主要附图标记说明】
流场板10；
入口11；
密封元件20；
开孔201；
本体23；
核心单元30；
膜电极组301；
气体扩散层302；
集电元件303；
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；
电性接点P；
导电元件R；
第一侧S1；
第二侧S2；
软管T。
具体实施方式
请参阅图2A，本发明一实施例的平板式燃料电池模块F主要是由一本体23以及一流场板10所组成，前述流场板10朝向本体23的一面形成有至少一流道C，反应流体可由流场板10侧边的入口11进入流道C，接着反应流体会与本体23接触并进行电化学反应，然后再由流场板10的另一侧排出。再请参阅图2B，前述本体23主要是由两个密封元件20以及一核心单元30所组成，其中核心单元30包含有一膜电极组301、两个气体扩散层302以及两个集电元件303；如图2B所示，气体扩散层302和集电元件303对称地设置在膜电极组301两侧(阳极侧和阴极侧)，且前述集电元件303分别透过密封元件20上的开孔201而显露在本体23表面。
接着请参阅图2C，本实施例中的密封元件20主要是以以射出、热压或点胶的方式成型包覆在集电元件303周围，前述气体扩散层302同样可以热压方式结合在膜电极组301表面，接着再将密封元件20和膜电极组301以热压接合或使用导电胶体紧密胶合，进而可组成前述本体23。如图3所示，本体23与流场板10可结合组成燃料电池模块F，其中反应流体是由流场板10侧边的入口11进入前述燃料电池模块F内部，接着反应流体会与本体23接触并进行电化学反应，然后再由流场板10的另一侧排出。
请参阅图4，前述平板式燃料电池模块F也可透过串联的方式组成一平板式燃料电池装置。在图4中，相邻的两个燃料电池模块F可沿一直线方向并排抵接且紧密相连，其中相邻流场板10内的流道C相互连通；或者，也可以透过至少一软管T使相邻的燃料电池模块F相互连接，其中反应流体可透过软管T输送至相邻燃料电池模块F中的流场板10内。应了解的是，相邻燃料电池模块F上的电性接点P也可以串联(serial)的方式相互导通(如图4所示)，借此以组成一具有串联结构的平板式燃料电池装置。
接着请参阅图5A，本发明另一实施例中的燃料电池模块F同样是由一本体23以及一流场板10所组成，特别地是在本实施例中的流场板10表面形成有多个相通的流道C。如图5A所示，前述本体23是由两个密封元件20以及一核心单元30所组成，其中在核心单元30两侧分别设有多个集电元件303，前述集电元件303对应于流道C，此外在密封元件20上形成有多个开孔201，分别对应于前述集电元件303。
组装后的燃料电池模块F请参见图5B，前述密封元件20可以射出、热压或点胶的方式成型包覆在集电元件303周围，且每一集电元件303透过密封元件20上的开孔201而显露在本体23表面。如图5B中箭头方向所示，反应流体可由流场板10侧边的入口11进入流道C，接着反应流体会与本体23接触并进行电化学反应，然后再由流场板10的另一侧排出。
再请同时参阅图6A、6B，本发明另一实施例的流场板10也可同时与两个本体23结合以组成一具有多层式结构的燃料电池模块F。需特别说明的是，前述流场板10的第一侧S 1以及第二侧S2表面皆形成有至少一个流道C，组装时可使流场板10紧密结合在两个本体23之间，其中第一、第二侧S1、S2上的流道C分别正对于本体23上的集电元件303。需特别说明的是，前述两个本体23之间另可透过一导电元件R相互连接，借此使流场板10两侧的本体23电性串联，进而可提升燃料电池模块的输出效能。
综上所述，本发明提供一种平板式燃料电池装置及其燃料电池模块，在一实施例中的燃料电池模块可由一本体以及一流场板所组成，此外也可由两个本体以及一个流场板共同组成一具有多层式结构的燃料电池模块。举例而言，前述本体中的密封元件可以采用高分子材料或其它绝缘材料所制成，前述集电元件则可包含金属、导电复合材料或其它导电材料，组装时可透过热压或以导电胶体黏合等方式使密封元件、集电元件以及膜电极组之间相互结合。本发明的燃料电池模块不仅具有体积小的优点，同时可透过串/并联的方式以增加使用上的弹性，借此不仅能因应各种不同的电力需求，且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。
虽然本发明以上述的实施例揭露如上，然其并非用以限制本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，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 (10)

1.一种燃料电池模块，其特征在于，包括：
一本体，包括两个密封元件以及一核心单元，该核心单元包括一膜电极组、两个气体扩散层以及两个集电元件，该两个气体扩散层以及该两个集电元件设置在该膜电极组的两侧，该两个密封元件包覆在该两个集电元件周围并且与该膜电极组结合；以及
一流场板，连接该本体，具有一入口以及一流道，其中一反应流体由该入口进入该流道，接着该反应流体与该本体接触并进行电化学反应后排出该流场板。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该两个密封元件以射出、热压或点胶的方式成型包覆在该两个集电元件周围。
3.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该两个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，其中该两个密封元件及膜电极组以热压接合或使用导电胶体胶合。
5.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该流场板还具有多个流道，对应于该两个集电元件，且该两个密封元件分别具有多个开孔，该两个集电元件分别透过该多个开孔而显露在该本体表面。
6.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，其中该燃料电池模块还包括两个本体，且该流场板还具有多个流道，分别形成在该流场板的相反侧，其中该流场板设置在该两个本体之间，且该多个流道分别对应于该两个本体上的该两个集电元件。
7.一种燃料电池装置，其特征在于，包括：
多个根据权利要求1所述的燃料电池模块，其中该多个燃料电池模块相互并排，且该多个燃料电池模块中的该多个流道相连通。
8.根据权利要求7所述的燃料电池装置，其特征在于，其中该多个燃料电池模块以串联的方式电性导通。
9.一种燃料电池装置，其特征在于，包括：
一软管；以及
多个根据权利要求1所述的燃料电池模块，其中该多个燃料电池模块通过该软管相互连接，且该反应流体透过该软管而在该多个燃料电池模块之间传递。
10.根据权利要求9所述的燃料电池装置，其特征在于，其中该多个燃料电池模块以串联的方式电性导通。
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