CN102983337A - 极板、极板组及燃料电池 - Google Patents
极板、极板组及燃料电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102983337A CN102983337A CN2011102932755A CN201110293275A CN102983337A CN 102983337 A CN102983337 A CN 102983337A CN 2011102932755 A CN2011102932755 A CN 2011102932755A CN 201110293275 A CN201110293275 A CN 201110293275A CN 102983337 A CN102983337 A CN 102983337A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pole plate
- gas
- recess
- humidification
- entrance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 261
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 10
- 230000036647 reaction Effects 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 12
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 42
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000001757 vomitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明提供一种极板、极板组及燃料电池。该极板可应用于燃料电池，其外表面设有多个气体流道，以及至少一反应气体加湿路径，该反应气体加湿路径设有至少一加湿区段，用以吸附该燃料电池反应后产生的水分子，使该燃料电池能通过一反应气体入口通入反应气体，而流经该反应气体加湿路径中的加湿区段，利用该燃料电池反应后所产生的热能与水分子，来完成所通入反应气体的加热与加湿。
Description
技术领域
本发明是与燃料电池有关，具体而言是一种燃料电池用的极板、极板组及燃料电池。该极板除了能使燃料电池的反应气体均匀分布在反应面之外，还能对反应气体进行适当的加热与加湿，以及兼具加强散热的功能。
背景技术
近年来，石化能源所造成的种种污染，造成了地球平均温度的升高与各项气候异常，同时也促进了绿色替代能源的需求与日俱增，由于燃料电池所使用的反应物为取得成本低廉的氢气与氧气，而且电化学反应后的生成物是完全零污染的水，使用的过程也和一般燃油发电机相似，目前已经成为各国竞相投入的热门技术领域，其中，燃料电池所应用的极板是构成反应气体流场(Reaction Gas Flow Field)的重要构件。
美国发明专利第US6,261,710B1号“用于高分子电解质膜燃料电池的薄片金属双极板(Sheet Metal Bipolar Design For Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)”其揭露由两片非直线形(Non-linear)的金属极板焊接一起，而制作成一种非直线形的金属双极板，并且在该两片金属极板之间形成冷却液体的流动空间。另一件美国发明专利第US5,776,624A号“用于质子交换膜燃料电池的铜焊金属双极板(Brazed Bipolar Plates For PEM Fuel Cells)”则揭露由两片抗腐蚀的金属极板铜焊(Brazed)一起，并且在该两片金属极板之间形成一通道(Passage)，用来流通绝缘(Dielectric)的冷却剂。
虽然前述两件专利前案的金属极板在结构上设计有反应气体与冷却剂的流道，形成反应气体的流场，但未考量反应气体加热与加湿的需求，因此需要外加其他装置来达成，如此一来，除了增加整个燃料电池系统的体积之外，也提高了制作成本，不利于燃料电池的商品化与推广。
发明内容
有鉴于前述各种缺失，本发明提供一种燃料电池用极板，除了提供形成反应气体流场的功能之外，还能提供对反应气体进行加热与加湿的功能，以组成小体积、低成本与散热好的燃料电池系统。
为达成上述目的，本发明提供一种极板，可应用于燃料电池或其系统，具有相对的一内表面与一外表面，该外表面设有多个气体流道使通入该燃料电池的反应气体在此发生电化学反应，以及至少一气体加热流道传导来自前述电化学反应所产生的热能，该气体加热流道内设有至少一加湿区段，该加湿区段设有至少一水分吸附元件以吸附该燃料电池反应后产生的水分子，当该燃料电池通过一反应气体入口通入反应气体时，该反应气体将流经该气体加热流道与该加湿区段等路径，以进行加热与加湿，随后流入这些气体流道。
其中，该极板是该燃料电池的阴极板、阳极板或双极板其中之一，该反应气体为阴极气体或阳极气体其中之一；而该极板是金属材质或碳复合材料其中之一。
本发明亦提供一种与上述极板互相连结使用的第一极板，其具有相对的一内表面与一外表面，该外表面设有多个气体流道，该第一极板是以其内表面朝向该极板的内表面方向进行连结及相对应，以及至少一气体加热流道传导来自电化学反应所产生的热能，该气体加热流道内设有至少一加湿区段。
其中，更设有贯穿该极板的内表面与外表面的一加湿气体入口，而该内表面设有至少一冷却气体流道，并与一阴极气体入口相连通；而该加湿气体入口连通该反应气体入口与该气体加热流道。
本发明另提供一种极板，可应用于一燃料电池，具有相对的一内表面与一外表面，该外表面设有至少一反应气体入口、一加湿气体入口及多个气体流道，以及形成有至少一反应气体加湿路径，位于该反应气体入口与该加湿气体入口之间。
其中，该反应气体加湿路径是部分邻近该极板的侧边。
其中，该反应气体加湿路径更包括至少一气体加热流道。
其中，该气体加热流道邻近该极板的侧边延伸。
其中，该反应气体加湿路径更包括至少一加湿区段。
其中，该加湿区段设有至少一水分吸附元件。
其中，该加湿区段设有至少一通孔。
其中，该加湿区段设于该气体加热流道之间。
其中，该加湿区段位于这些气体流道的出口邻接处。
本发明再提供一种利用前述极板的极板组，可用以堆叠形成一燃料电池，至少包括：
至少一第一极板，具有相对的一外表面与一内表面，该外表面设有至少一第一凹部，以及深度小于该第一凹部的至少一第二凹部，该第一极板于两侧开设有一阳极气体入口与一阴极气体入口；
至少一第二极板，具有相对的一外表面与一内表面，该外表面设有至少一第三凹部，以及深度小于该第三凹部的至少一第四凹部，且该第二极板是以其内表面朝向该第一极板的内表面进行连结及相对应，该第二极板于两侧开设有一阳极气体入口与一阴极气体入口；
其中，该第二凹部与该第四凹部分别形成有至少一气体流道，而该第一凹部与该第三凹部分别形成有至少一反应气体加湿路径。
其中，该第一极板与第二极板更包括至少一反应气体入口，用以通入反应气体。
其中，该反应气体加湿路径更包括至少一加湿区段，设于该第一极板的该第一凹部与该第二极板的该第三凹部之间。
其中，该加湿区段更包括至少一水分吸附元件，设于这些极板之外表面，用以吸附该燃料电池反应后产生的水分子。
其中，该加湿区段更包括至少一通孔。
其中，该反应气体加湿路径更包括至少一气体加热流道，其两端连通该反应气体入口与这些气体流道。
其中，更包括至少一散热片，设于该第一极板与该第二极板之间；该散热片设有至少一定位结构，该极板的内表面对应设有至少一定位部，以定位该散热片；前述该定位结构为一中空凸柱，而该定位部为一通孔。
其中，该第一极板与该第二极板的外表面分别设有至少一第五凹部与至少一第六凹部，且该第五凹部与该第六凹部的深度分别小于该第一凹部与第三凹部，可用以连结两极板组。
其中，该第一极板与该第二极板开设有一加湿气体入口，且该加湿气体入口连通该气体加热流道与这些体流道。
其中，该第二凹部与第四凹部的内表面间分别形成至少一冷却气体流道，该冷却气体流道连通一阴极气体入口。
其中，该加湿区段位于这些气体流道的出口邻接处。
因此，本发明能够充分利用燃料电池反应所产生的热能与水分子，通过气体加热流道与加湿区段等的流动路径来对通入的反应气体进行加热与加湿程序，不但能提高效率、降低成本，还能免去外加相关设备的麻烦，进而达成本发明的目的与预期功效。
附图说明
图1为本发明第一实施例的分解图。
图2A为本发明第一实施例的立体图。
图2B为本发明第一实施例的俯视图。
图3A为以本发明极板所组成的燃料电池部分分解图。
图3B为以本发明极板所组成的燃料电池立体图。
图3C为以本发明极板所组成的燃料电池俯视图。
图4A为本发明第一实施例中第一极板外表面的平面图。
图4B为本发明第一实施例中第一极板内表面的平面图。
图5A为本发明第一实施例中第二极板外表面的平面图。
图5B为本发明第一实施例中第二极板内表面的平面图。
图6A显示图2B中AA剖面线的断面图。
图6B显示图2B中BB剖面线的断面图。
图6C显示图2B中CC剖面线的断面图。
图7A为本发明的反应气体入口部分结构示意图。
图7B为本发明的加湿气体入口部分结构示意图。
图7C为本发明的阴极气体流道与加湿区段间部分结构示意图。
图8为本发明第二实施例中第一极板的加湿区段示意图。
图9为本发明第二实施例中第二极板的加湿区段示意图。
图10为本发明第三实施例中第一极板外表面的平面图。
图11为本发明第三实施例中第二极板外表面的平面图。
图12为本发明第四实施例中第一极板外表面的平面图。
图13为本发明第四实施例中第二极板外表面的平面图。
图14A为本发明第五实施例中第一极板的冷却气体流道示意图。
图14B为本发明第五实施例中第二极板的冷却气体流道示意图。
图15A为本发明第六实施例中第一极板的冷却气体流道示意图。
图15B为本发明第六实施例中第二极板的冷却气体流道示意图。
图16为本发明第一极板的阳极气体流动路径示意图。
图17为本发明第二极板的反应气体流动路径示意图。
附图标号：
10 极板组 11、11’、11”第一极板
11a、13a 外表面 11b、13b 内表面
110、130 冷却气体流道 110a、130a 定位部
111 阳极气体流道 112 第一凹部
113 第二凹部 113a、133a 凸部
114 第五凹部 115、135 反应气体入口
115a、115b、135a、135b 气体加热流道 115c、135c 阴极气体入口
116、136 加湿气体入口 117、137 阳极气体入口
117a 阳极气体流道入口 117b 阳极气体流道出口
118、138 阳极气体出口 119、139 加湿区段
119a、139a 通孔 12 散热片
12a 定位结构 13、13’、13”第二极板
131 阴极气体流道 132 第三凹部
133 第四凹部 134 第六凹部
136a 阴极气体流道入口 136b 阴极气体流道出口
14 水分吸附元件 20 燃料电池
21 第一端板 22 第二端板
23 膜电极组件 24 气体扩散层
25 气体扩散层
具体实施方式
为了对本发明的构造、特征及其功效，有更深一层的认识与了解，兹举较佳的实施例并配合附图，详细说明于后续段落。
为体现本发明的特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范畴，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图1、图2A至图2B为本发明的第一实施例，提供一种可应用于燃料电池的极板组10，包括一第一极板11、一第二极板13、以及位于该两极板之间的一散热片12，此三者乃连结成一片单组结构的极板组10(或称极板模组、双极板)，前述第一极板11与第二极板13在本实施例当中为金属材质(例如：不锈钢)所制成，亦可采用碳复合材料或适于用作极板的任何其他材料等；于实际应用时，可视使用上的需要，结合至少一膜电极组件(Membrane Electrode Assembly，MEA)23、至少一气体扩散层(Gas Diffusion Layer，GDL)24、25、第一端板21与第二端板22，将多个极板组10堆叠构成一燃料电池20，如图3A、图3B至图3C所示。
首先，图6A、图6B、图6C为显示图2B的极板组10分别在剖面线AA、BB、CC的断面图；如图所示，该第一极板11自外表面11a向下冲压而形成有至少一第一凹部112与至少一第二凹部113；其中，该第一凹部112自外表面11a的凹陷深度是大于该第二凹部113自外表面11a的凹陷深度；同样地，该第二极板13自外表面13a向下冲压而形成有至少一第三凹部132与至少一第四凹部133；其中，该第三凹部132自外表面13a的凹陷深度大于该第四凹部133自外表面13a的凹陷深度。此外，本发明的极板并不局限于采取冲压的方式，举凡可达成上述结构的极板制作方法，皆仍应属本发明的精神与范畴。
在本发明的第一实施例当中，该第一凹部112与该第三凹部132具有相同的深度，而该第二凹部113与该第四凹部133具有相同的深度。
因此，将该第一极板11与该第二极板13以其内表面11b与13b紧靠在一起时，该第一极板11的第一凹部112的底部对应接触到该第二极板13的第三凹部132的底部，即可在此接触面施以焊接、粘着、或其他加工等方式，使该第一极板11与该第二极板13连接在一起；其中，该第一凹部112与该第三凹部132可采用各种沟状结构。
此外，当该两极板11、13紧靠时，该第二凹部113底部与该第四凹部133底部之间仍存有间隙而可用来放置该散热片12，该散热片12为金属材质，且该两极板11、13的内表面11b、13b分别设有二定位部110a、130a，在本实施例为以冲压形成的中空凸柱，该散热片12则对应设有二定位结构12a，在本实施例为通孔，而可容纳这些定位部110a、130a以完成该散热片12的定位。
在此补充说明的是，该散热片12可视实际应用上的不同，而施予不同的材料，而前述定位部110a、130a与定位结构12a的形状、数量与位置是使用者可视实际需要而加以自由调整的，且前述定位部110a、130a亦可单独设于其中任一极板的内表面。
请配合参见图4A、图4B、图5A、图5B与图6A，该第二凹部113与该第四凹部133是分别设于该第一极板11与该第二极板13外表面11a、13a的中央区域，并呈现连续高低起伏状；因此，如图4A与图5A所示，该第一极板11外表面11a的第二凹部113形成有至少一阳极气体流道111，而该第二极板13外表面13a的第四凹部133则形成有至少一阴极气体流道131，在本实施例中，该阳极气体流道111与阴极气体流道131均是设呈多间隔的直线排列，而且可以是波浪状、锯齿状或其他几何形状的结构所构成；同时，如图6A所示，该两极板11、13于其外表面11a与13a分别形成有若干的凸部113a与133a，当两极板11、13完成连接后，这些凸部113a与133a将在两极板11、13的内表面11b、13b间分别形成有至少一冷却气体流道110、130，当冷却流体(即空气)通过该冷却气体流道110、130后，即与该散热片12接触，可用来增强冷却散热的效果。
请配合参见图4A、图5A及图6A，该第一凹部112与第三凹部132分别设在邻近该两极板11、13的外表面11a、13a侧边延伸(略呈U形)，而环设于前述阳极气体流道111与阴极气体流道131的外围，亦即该第一极板11与该第二极板13外表面11a、13a的两侧边，分别延伸各形成有至少一气体加热流道115a、115b与135a、135b，这些气体加热流道115a、115b、135a、135b在邻近该阴极气体流道131出口处设有至少一通孔119a、139a所构成的至少一加湿区段119、139，而整个路径即为反应气体加湿的路径，或称为反应气体加热与加湿路径；该加湿区段119、139更设有至少一水分吸附元件14，以对反应气体进行加湿；如图1所示，在本实施例中该水分吸附元件14可为一吸水膜、一湿气交换膜或一透水不透气的薄膜等，用以接收来自一阴极气体流道出口136b排出富含水气的未反应气体的水分子，并吸附该水分子来对自一反应气体入口115、135流入经这些气体加热流道115a、115b、135a、135b与该加湿区段119、139，而流向一阴极气体流道入口136a的反应气体进行湿气交换，达成加湿的功能，如此可节省外部加湿器建置的成本与设计空间。其中，该水分吸附元件14的厚度，分别小于该第一凹部112与该第三凹部132的深度，亦即小于该加湿区段119、139的深度。在本发明最佳实施例中，反应气体的流动路径为流经该气体加热流道115a、115b、135a、135b与该加湿区段119、139之间，乃设计成环绕该极板的侧边(或这些气体流道的侧边)延伸(略呈U形流道)，如此可增加反应气体进行温度、湿度提升的反应时间。再者，如因实际应用之需，亦可于极板中仅设置有至少一加湿区段的反应气体加湿路径，而省略气体加热流道，以节省设计空间。
请再配合参见图4A、图4B与图5A、图5B，该两极板11、13中相对于该加湿区段119、139的一侧中央处，分别设有一反应气体入口115、135(在本实施例中亦作为阴极气体入口)，两者互相对应且相通，并与前述该气体加热流道115a、135a及该冷却气体流道110、130的入口端相连通，藉以用来注入冷却流体，本实施例所采用的冷却流体为一般空气(即阴极气体)，当空气自该反应气体入口115、135注入后，一部分空气将作为冷却流体而流向该冷却气体流道110、130中，经过该散热片12后，将内部的热空气及未反应气体一并排出。
另外，请对照图7A、图7B至图7C所示，该两极板11、13中相对于该加湿区段119、139的一侧，紧邻这些反应气体入口115、135处，分别设有贯穿该极板11、13的内表面11b、13b与外表面11a、13a的一加湿气体入口116、136，两者互相对应且相通，并连接至这些气体加热流道115a、115b、135a、135b与该加湿区段119、139；接着，来自反应气体入口115、135的另一部分空气则作为反应气体而分别流入这些气体加热流道115a、115b、135a、135b与该加湿区段119、139中，最后流向该加湿气体入口116、136与一阴极气体流道入口136a，使完成加热与加湿的反应气体能够通过该加湿气体入口116、136与该阴极气体流道入口136a，进而流入该阴极气体流道131当中进行反应；藉此在反应气体通入加湿路径(略呈U形流道)的行进过程当中快速完成其加热与加湿程序，进而可取代外部的加湿器，而节省制作成本与设计的空间。
在此说明的是，在该加湿气体入口116、136与该阴极气体流道入口136a之间，会围绕形成一封闭的U形潜流结构，藉此缓和注入前述经加热、加湿后的反应气体，在通入该阴极气体流道131时的压力，进而可减少气体压力对质子交换膜(Membrane)的冲击而受损。另位于这些气体加热流道115a、115b、135a、135b中的该加湿区段119、139并不限于设置在该极板11、13的左侧，亦可设置于其他任何适当的位置，如图8及图9所示即为本发明的第二实施例，其中该加湿区段119、139位于该两极板11’、13’邻近下方处，而整个加湿路径略呈L形状；在实际的应用上亦可于极板中设成多个加湿区段，完全视使用者的需求，而做各种不同的设计与变化；如图10及图11所示即为本发明的第三实施例，分别显示有两加湿区段119、139与119’、139’位于该两极板11、13的上方及下方的位置，而形成有二个加湿路径构成一个反应气体加湿回路。
当外部空气自这些反应气体入口115、135注入后，一部分空气将直接流向这些冷却气体流道110、130，以进行冷却、散热的机制；另一部分空气则流向这些气体加热流道115a、135a，再流经这些加湿区段119、139，以进行加热、加湿的机制，然后再经这些气体加热流道115b、135b后，进入至加湿气体入口116、136及阴极气体流道入口136a，接着流入至该阴极气体流道131中进行反应后，再从阴极气体流道出口136b排出富含水气的未反应气体。
请参阅图1及图17所示，在此仅以第二极板13的外表面13a的反应气体流动路径来表示，来自该反应气体入口135进入该极板组10的反应气体(在本实施例中为阴极气体，即空气)，流经该极板13侧边的该气体加热流道135a与该加湿区段139时，将接触燃料电池反应后所传导过来的热能与所生成的水气，进而提升温度与增加湿度，当受热的反应气体经过该加湿区段139受到加湿后，仍流向该极板13另一侧边的该气体加热流道135b继续加热，然后流入该加湿气体入口136中；同时，相对的该第一极板11外表面11a的反应气体流动路径(图未示)与上述第二极板13外表面13a的反应气体流动的路径相同，来自该反应气体入口115进入该极板组10的反应气体(即空气)流经该极板11侧边的该气体加热流道115a与该加湿区段119路径时，将接触燃料电池反应后所传导过来的热能与所生成的水气，进而提升温度与增加湿度，当受热的反应气体经过该加湿区段119受到加湿后，仍流向该极板11另一侧边的该气体加热流道115b继续加热，然后流入至加湿气体入口116中，再与第二极板13经过上述流动路径受到加热与加湿的反应气体一起在加湿气体入口136中汇集之后，经由U形通道流入阴极气体流道入口136a，再进入至阴极气体流道131中进行电化学反应，最后将富含水气的未反应气体，自阴极气体流道出口136b排出，并提供给邻接处的该加湿区段119、139作为下一个反应气体流经该路径时吸收水气之用，周而复始；另该加湿区段119、139设有至少一水分吸附元件14，可利于水分子的吸收。故本发明若将上述两极板11、13相互连结后，即成为一单组极板组10(或双极板)，亦可采多组进行堆叠，则该反应气体的流动方向即依如上所述的流动路径，在各极板组10的各外表面11a、13a上双向且同步地进行，如此的设计可提升对反应气体进行加热与加湿的效率。另外，本发明亦可将反应气体设计成可通入阳极气体(例如：氢气)的型态，使其于加湿路径的加湿区段中加湿，而自成一气体回路；或者利用未反应的阳极气体通过加湿路径的加湿区段来对反应气体进行加湿。
请参阅图12及图13所示即为本发明的第四实施例，当该反应气体入口115、135注入反应气体(在本实施例中为阳极气体，即氢气)后，即流向该两极板11”、13”外表面11a、13a的反应气体加湿路径，然后进入至该气体加热流道115a、135a与该加湿区段119、139中，将吸收燃料电池反应后所传导过来的热能与所生成的水气，进而提升温度与增加湿度，当受热的反应气体经过该加湿区段119、139受到加湿后，仍流向该极板11”、13”另一侧边的该气体加热流道115b、135b继续加热，然后流入该加湿气体入口116、136中，接着流向该两极板11”、13”的内表面之间的U形潜流通道，然后流至阳极气体流道入口117a，循着该外表面11a进入至该阳极气体流道111中以进行反应，最后，该反应气体流向位于该阳极气体流道入口117a相对侧的一阳极气体流道出口117b与一阳极气体出口118而连接至外部管路。同时，该阴极气体入口135c亦注入反应气体(即空气)，一部分的反应气体将流向该内表面的冷却气体流道(图未示)，另一部分的反应气体则流向该外表面13a的该阴极气体流道入口136a，接着流入至该阴极气体流道131中进行反应后，再从阴极气体流道出口136b排出富含水气的未反应气体，提供给前述加湿路径作为加湿之用。
请配合参见图4A、图4B与图5A、图5B，位于该第一极板11靠近该加湿区段119的侧边设有一阳极气体入口117与一阳极气体流道入口117a，而位于该第二极板13靠近该加湿区段139的侧边同样设有一阳极气体入口137，此两阳极气体入口117、137互相对应且相通，并连接至该阳极气体流道入口117a及该阳极气体流道111。当两极板11、13完成连接后，在该阳极气体入口117、137与该阳极气体流道入口117a之间，会围绕形成一封闭的U形潜流结构以作为气体出入通道，可藉此注入一阳极气体。
请参阅图16为阳极气体流动路径示意图，当阳极气体(在本实施例中为氢气)，分别自阳极气体入口117、137注入后，即流向该两极板11、13的内表面11b、13b之间的U形通道，然后流至阳极气体流道入口117a，接着流向该外表面11a进入至该阳极气体流道111以进行反应，最后，该阳极气体流向位于该第一极板11相对侧的一阳极气体流道出口117b与一阳极气体出口118；而位于该第二极板13同侧亦设有一阳极气体出口138，且与第一极板11的阳极气体出口118互相对应且相通，藉此排出未反应的阳极气体于外部管路。同前所述，当两极板11、13完成连接后，在该阳极气体出口118、138与该阳极气体流道出口117b之间，会围绕形成一封闭的U形潜流结构以作为气体出入通道，可藉此排出未反应的阳极气体。
由于本发明第一至第三实施例中将该阳极气体入口117、137与加湿气体入口116、136设于这些极板11、13(或11’、13’)的相对侧，因此，阳极气体与阴极气体的流向彼此之间呈相反的方向；而第四实施例中是将该阴极气体入口115c、135c与加湿气体入口116、136设于这些极板11”、13”的同一侧，因此，阳极气体与阴极气体的流向彼此之间呈同向的平行方向。
请配合参见图6A、图6C，另于该第一极板11与该第二极板13的外表面11a、13a分别往下冲压形成具相同深度的至少一第五凹部114与至少一第六凹部134，但这些第五凹部114与第六凹部134的深度小于前述该第一凹部112与第三凹部132的深度，故可提供作为两组以上极板组10堆叠时作为其连接处，可于其上施予密封结构，使各组极板组10(即双极板)能紧密地堆叠在一起。其中，该第五凹部114与第六凹部134可采行呈直线形、蜿蜒形或ㄇ字形等的沟状结构；该密封结构可选自施予焊接、粘着、或其他加工等方式连接。
请参阅图14A与图14B，本发明所提供的第五实施例是采用较厚的极板，其中，该两极板11、13的冷却气体流道110、130是设呈L形，亦可视实际需要设呈直线形、蜿蜒形、N形、S形或与这些气体流道相垂直形等各种变化。
再请参阅图15A与图15B，本发明所提供的第六实施例同样是采用较厚的极板，其中，该两极板11、13的冷却气体流道110、130是设呈与阳极或阴极气体流道相垂直的设计。
简而言之，本发明的冷却气体流道是可依实际使用的需要，而进行多种的流道变化设计。
综合前述，本发明所提供燃料电池用极板乃具备以下特点：
1.于极板上直接对反应气体进行加热及加湿，使燃料电池不需藉助外部的加湿器即可运作，可有效地节省成本与空间；
2.将气体出入流路经过极板的内、外表面，可减少气体压力对质子交换膜(PEM)的冲击，避免损害发生；
3.U形的气体加热流道设计，增加反应气体的加热时间；
4.阳极气体与阴极气体的流向相反，可促进反应的进行；
5.利用简易散热片的设计，即可加强散热功能；
6.阳极气体入口与阳极气体出口、加湿气体入口与阴极气体流道出口之间，均设呈U形的潜流结构，可缓和气体压力而降低燃料电池的损害发生机率。
在此说明的是，本发明所提供前述实施例虽为两极板所共同组成的极板组，但本发明的技术核心乃在于个别极板的结构设计，并可两两相互堆叠后达成本发明的目的与功效，并利用燃料电池所产生的热能与富含水气的未反应气体，使极板具有可对反应气体进行加热与加湿的功能，可分别应用于阳极板、阴极板或双极板，或者同时应用于阳极板与阴极板，端看使用者的需求而定；再者，本发明更可利用预铸或压铸成型方式，将两极板施以一体成型成为一双极板，达到更便捷的利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，当不能用以限定本发明可实施的范围，凡本领域技术人员所做均等的变化与修饰，皆仍应视为不悖离本发明的精神与实质内容。
Claims (21)
1.一种极板，其特征在于，所述极板应用于一燃料电池，具有相对的一内表面与一外表面，所述外表面设有至少一反应气体入口、一加湿气体入口及多个气体流道，以及形成有至少一反应气体加湿路径，位于所述反应气体入口与所述加湿气体入口之间。
2.如权利要求1所述的极板，其特征在于，所述反应气体加湿路径更包括至少一加湿区段。
3.如权利要求1所述的极板，其特征在于，所述反应气体加湿路径更包括至少一气体加热流道。
4.如权利要求2所述的极板，其特征在于，所述加湿区段设有至少一水分吸附元件。
5.如权利要求2所述的极板，其特征在于，所述加湿区段设有至少一通孔。
6.如权利要求1所述的极板，其特征在于，所述极板是所述燃料电池的阴极板、阳极板或双极板其中之一，所述反应气体为阴极气体或阳极气体其中之一；而所述极板是金属材质或碳复合材料其中之一。
7.如权利要求1所述的极板，其特征在于，所述加湿气体入口贯穿所述极板的内表面与外表面，而所述内表面设有至少一冷却气体流道，并与一阴极气体入口相连通。
8.如权利要求1所述的极板，其特征在于，所述极板的内表面可对应装设一散热片；所述散热片设有至少一定位结构，所述内表面则对应设有至少一定位部，以定位所述散热片。
9.一种极板组，其特征在于，所述极板组用以堆叠形成一燃料电池，所述极板组至少包括：
至少一第一极板，具有相对的一外表面与一内表面，所述外表面设有至少一第一凹部，以及深度小于所述第一凹部的至少一第二凹部，所述第一极板的两侧设有一阳极气体入口与一阴极气体入口；
至少一第二极板，具有相对的一外表面与一内表面，所述外表面设有至少一第三凹部，以及深度小于所述第三凹部的至少一第四凹部，且所述第二极板是以其内表面朝向所述第一极板的内表面进行连结，所述第二极板的两侧设有一阳极气体入口与一阴极气体入口；
其中，所述第二凹部与所述第四凹部分别形成有至少一气体流道，另所述第一凹部与所述第三凹部分别形成有至少一反应气体加湿路径。
10.如权利要求9所述的极板组，其特征在于，所述反应气体加湿路径更包括至少一加湿区段，设于所述第一极板的所述第一凹部与所述第二极板的所述第三凹部之间。
11.如权利要求9所述的极板组，其特征在于，所述反应气体加湿路径更包括至少一气体加热流道，其两端连通一反应气体入口与所述气体流道。
12.如权利要求10或11所述的极板组，其特征在于，所述加湿区段设于所述气体加热流道之间。
13.如权利要求10所述的极板组，其特征在于，所述加湿区段设有至少一水分吸附元件。
14.如权利要求10所述的极板组，其特征在于，所述加湿区段设有至少一通孔。
15.如权利要求9所述的极板组，其特征在于，所述极板组更进一步包括至少一散热片，设于所述第一极板与所述第二极板之间；所述散热片设有至少一定位结构，所述极板的内表面对应设有至少一定位部，以定位所述散热片。
16.如权利要求9所述的极板组，其特征在于，所述第一极板与所述第二极板的外表面分别设有至少一第五凹部与至少一第六凹部，且所述第五凹部与所述第六凹部的深度分别小于所述第一凹部与第三凹部，可用以连结两极板组。
17.如权利要求9或11所述的极板组，其特征在于，所述第一极板与所述第二极板开设有一加湿气体入口，且所述加湿气体入口连通所述气体加热流道与所述气体流道；另所述第二凹部与第四凹部的内表面间分别形成至少一冷却气体流道，所述冷却气体流道连通所述阴极气体入口。
18.如权利要求9或17所述的极板组，其特征在于，所述第一极板的所述气体流道的气体流向与所述第二极板的所述气体流道中的气体流向相反。
19.如权利要求11或17所述的极板组，其特征在于，所述气体加热流道是设呈U形或L形其中之一；而所述气体流道出口与加湿气体入口之间，分别形成有U形的潜流结构；另所述第一极板为所述燃料电池的阳极板，邻近所述阳极气体入口的一侧开设有一阳极气体流道入口，而其相对所述阳极气体入口的一侧开设有一阳极气体流道出口与一阳极气体出口，而所述阳极气体流道入口与所述阳极气体入口之间、所述阳极气体流道出口与所述阳极气体出口之间，分别形成有封闭的U形潜流结构。
20.一种极板，其特征在于，所述应用于一燃料电池，具有相对的一内表面与一外表面，所述外表面设有多个气体流道使通入所述燃料电池的反应气体在此发生电化学反应，以及至少一气体加热流道传导来自前述电化学反应所产生的热能，所述气体加热流道内设有至少一加湿区段，用以吸附所述燃料电池反应后产生的水分子，当所述燃料电池通过一阴极气体入口通入反应气体时，所述反应气体将流经所述气体加热流道与所述加湿区段的路径，以进行加热与加湿，随后流向所述气体流道。
21.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括至少一膜电极组件、至少一气体扩散层、二端板、以及至少一极板组，其特征在于：所述极板组的任一极板包括相对的一内表面与一外表面，所述外表面设有至少一反应气体入口、一加湿气体入口及多个气体流道，以及形成有至少一反应气体加湿路径，位于所述反应气体入口与所述加湿气体入口之间，而所述反应气体加湿路径是部分邻近所述极板的侧边。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100131967 | 2011-09-05 | ||
| TW100131967 | 2011-09-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102983337A true CN102983337A (zh) | 2013-03-20 |
| CN102983337B CN102983337B (zh) | 2016-11-23 |
Family
ID=47857176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110293275.5A Active CN102983337B (zh) | 2011-09-05 | 2011-09-29 | 极板、极板组及燃料电池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102983337B (zh) |
| TW (1) | TWI474548B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107104240A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-29 | 中国东方电气集团有限公司 | 电极板、单电池、电池堆及具有其的燃料电池动力系统 |
| CN109273740A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-25 | 众泰新能源汽车有限公司 | 集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法 |
| CN110277568A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-09-24 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池用隔板、燃料电池用接合隔板及发电单电池 |
| CN111244495A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-05 | 湖南理工学院 | 一种燃料自预热的燃料电池电堆 |
| US11670781B2 (en) | 2021-05-24 | 2023-06-06 | National Tsing Hua University | Fuel cell bipolar flow field plate and fuel cell stack |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI506841B (zh) * | 2013-07-03 | 2015-11-01 | Gunitech Corp | 導電連接板 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101026243A (zh) * | 2006-02-21 | 2007-08-29 | 通用汽车环球科技运作公司 | 燃料电池整合加湿 |
| US20080075993A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Internal proton exchange membrane humidification and cooling with automotive coolant |
| CN100461519C (zh) * | 2003-09-15 | 2009-02-11 | 亚太燃料电池科技股份有限公司 | 燃料电池组的反应气体温度及湿度调节装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWM386605U (en) * | 2009-08-17 | 2010-08-11 | Asia Pacific Fuel Cell Tech | Reaction gas temperature and humidity regulating module for fuel cell stack |
-
2011
- 2011-09-29 CN CN201110293275.5A patent/CN102983337B/zh active Active
- 2011-09-29 TW TW100135341A patent/TWI474548B/zh active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100461519C (zh) * | 2003-09-15 | 2009-02-11 | 亚太燃料电池科技股份有限公司 | 燃料电池组的反应气体温度及湿度调节装置 |
| CN101026243A (zh) * | 2006-02-21 | 2007-08-29 | 通用汽车环球科技运作公司 | 燃料电池整合加湿 |
| US20080075993A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Internal proton exchange membrane humidification and cooling with automotive coolant |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107104240A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-29 | 中国东方电气集团有限公司 | 电极板、单电池、电池堆及具有其的燃料电池动力系统 |
| CN107104240B (zh) * | 2017-05-15 | 2020-07-10 | 中国东方电气集团有限公司 | 电极板、单电池、电池堆及具有其的燃料电池动力系统 |
| CN110277568A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-09-24 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池用隔板、燃料电池用接合隔板及发电单电池 |
| CN110277568B (zh) * | 2018-03-15 | 2022-07-15 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池用隔板、燃料电池用接合隔板及发电单电池 |
| CN109273740A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-25 | 众泰新能源汽车有限公司 | 集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法 |
| CN111244495A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-05 | 湖南理工学院 | 一种燃料自预热的燃料电池电堆 |
| US11670781B2 (en) | 2021-05-24 | 2023-06-06 | National Tsing Hua University | Fuel cell bipolar flow field plate and fuel cell stack |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201312844A (zh) | 2013-03-16 |
| CN102983337B (zh) | 2016-11-23 |
| TWI474548B (zh) | 2015-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10468691B2 (en) | Bipolar plates for use in conduction-cooled electrochemical cells | |
| US8518601B2 (en) | Gas separator for fuel cells and fuel cell equipped with gas separator | |
| US9190680B2 (en) | Fuel battery | |
| US20110274999A1 (en) | Fuel cell stack | |
| CN102983337A (zh) | 极板、极板组及燃料电池 | |
| JP2006519468A (ja) | 外部にマニホルドされた膜に基づく電気化学的セルスタック | |
| US9660276B2 (en) | Fuel cell including separator with outer ends placed inward of fluid passages formed in frame | |
| US8999592B2 (en) | Fuel cell | |
| CN107658480A (zh) | 一种温湿度均匀性增强的燃料电池单电池及电堆 | |
| CA2450846A1 (en) | Integrated module of bipolar plate for fuel cell stack | |
| CN102683718A (zh) | 一种用于燃料电池的双极板 | |
| CN101366138B (zh) | 燃料电池 | |
| WO2020228131A1 (zh) | 双极板及包含该双极板的燃料电池电堆和发电系统 | |
| CN102544544B (zh) | 用于燃料电池装置的流场板、流场板组件及燃料电池装置 | |
| US20240105967A1 (en) | Bipolar plate for fuel cell stack | |
| CN203218381U (zh) | 质子交换膜燃料电池 | |
| JP2007335255A (ja) | 燃料電池スタック及び燃料電池システム | |
| US20120295176A1 (en) | Fuel cell | |
| CN111971833A (zh) | 燃料电池板和流动结构设计 | |
| CN109509890A (zh) | 燃料电池分隔件、单体燃料电池和燃料电池电堆 | |
| CN114744233A (zh) | 一种双极板及燃料电池 | |
| CN209183647U (zh) | 燃料电池分隔件、单体燃料电池和燃料电池电堆 | |
| US20040151971A1 (en) | PEM fuel cell with flow-field having a branched midsection | |
| CN102447120B (zh) | 带导电层的复合端电池热障 | |
| JP4839855B2 (ja) | 燃料電池モジュール |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |