CN1253957C - 燃料电池的双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明主要是有关于一种燃料电池的双极板，包含一中央区域及一周缘区域，其中该中央区域具有一第一侧表面，及与该第一侧表面相反侧的第二侧表面，该中央区域形成为一连续凹凸波浪状，以分别界定出多实质上互补且互相平行延伸的沟槽在该第一及第二侧表面上。本发明的双极板的厚度可以非常的薄，以缩减燃料电池的尺寸及重量，且因制造过程简化，故成本显著地降低。

Description

燃料电池的双极板
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的双极板，尤其是一种以金属制成的波浪状双极板(corrugated bipolar plate)。
背景技术
随着人类文明的进步，传统能源，譬如煤、石油及天然气的消耗量持续攀高，造成地球严重的污染，导致温室效应及酸雨等环境的恶化。人类已清楚地体会、认识到天然能源的存量是有限的，如果被持续地滥用，可能在不久的将来便会消耗殆尽。因此，世界先进国家近来无不致力于研发新的替代能源，而燃料电池(fuel cell)便是其中的一种重要且具发展潜力及实用价值的选择，与传统的内燃机相较，燃料电池具有能量转换效率高、排气干净、噪音低、且不使用传统燃油等多项优点。
简而言之，燃料电池是一种将氢和氧通过电化学反应产生电能的发电装置，其基本上可说是一种水电解的逆反应，以将其化学能转换成电能。以质子交换膜燃料电池为例，其包括多个电池单体，每一电池单体的结构大致如图1中所示，包括位于中央的一质子交换膜10(proton exchange membrane，PEM)，其两侧各设一层催化剂12，其外再各设置一层气体扩散层14(gas diffusion layer，GDL)，最外侧则分别设一阳极板16与阴极板18，将此构件紧密结合在一起后，即形成一电池单体。由于燃料电池在实际应用时，通常是将多个上述的电池单体堆栈串联起来，始能获得足够的发电功率，如图2中所示；因此，互相邻接的电池单体，可以共享一电极板20，如图3中所示，而分别作为两个邻接电池单体中的阳极与阴极，故此电极板20通常便称为双极板(bipolar plate)。
双极板20的两面通常皆设有许多沟槽22，如图3中所示，以输送用来反应的气体，如氢气与空气(以提供氧气)，并排出反应后的生成物，如水滴或水气。传统的双极板20，通常是由纯碳(pure graphite)或碳复合材料(graphite composite)所制，因此，此种碳板上的沟槽常须另以机械加工成型，制作过程繁复且成本过高。若碳板以粉末经压铸成型的方式制造，则又需要另在碳板上涂覆树脂或其它适当的材料，以将其所具有的孔隙完全密封。此外，碳板的延展性不佳，容易产生裂缝，易造成气体泄漏而影响燃料电池的运行。再者，因为机械强度的限制，碳板的厚度亦不可太薄，使得燃料电池整体的体积无法进一步缩减。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种厚度薄、重量轻、工艺简便、成本低廉的燃料电池的双极板，其可缩减燃料电池整体所占的空间，并降低制造成本。
为了达到上述目的，本发明燃料电池的双极板，包含一中央区域及一周缘区域，其中该中央区域具有一第一侧表面，及与该第一侧表面相反侧的第二侧表面，该中央区域形成为一连续凹凸波浪状，以在该第一及第二侧表面上分别界定出多条实质上互补且互相平行延伸的沟槽，该周缘区域上另设有两个第一开孔，而该第一侧表面上互相平行延伸的沟槽，具有两个第一开口端，分别与该两个第一开孔相连通，该周缘区域上另设有两个第二开孔，而该第二侧表面上互相平行延伸的沟槽，具有两个第二开口端，分别与该两个第二开孔相连通。
本发明的优点是：由于本发明的双极板是以金属薄板制成波浪状的双极板，以互补地于其的二侧表面分别形成多个互相平行的延伸沟槽，故其厚度可以做的非常薄，因此，亦大幅降低燃料电池的尺寸及重量，且制造过程简化，成本显著地减少。且本发明即可简化燃料电池的制造程序，降低生产成本，又可减轻燃料电池的体积与重量，提高燃料电池使用上的便利性与量产化的需求，可开拓其量产商业化的竞争力。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
图1是显示现有燃料电池的电池单体结构的剖面分解示意图；
图2是显示将多个现有电池单体组合后应用的剖面分解示意图；
图3是显示现有燃料电池部分结构的剖面分解示意图；
图4是显示本发明一较佳实施例的双极板的立体示意图；
图5是显示图4中双极板第一侧表面的平面示意图；
图6是显示图4中双极板第二侧表面的平面示意图；
图7是沿图5中7-7线剖开的部分剖面示意图；及
图8是显示本发明较佳实施例应用于燃料电池部分结构的剖面分解示意图。
图中符号说明：
10    质子交换膜
12    催化剂
14    气体扩散层
16    阳极板
18    阴极板
20    双极板
22    沟槽
30    双极板
31    中央区域
32    第一侧表面
33    周缘区域
34    第二侧表面
36    沟槽
38    沟槽
40    第一开孔
42    第一开孔
44    第二开孔
46    第二开孔
48    通道
具体实施方式
本发明燃料电池的双极板30，其一种较佳实施例如图4至图7中所示，包含一中央区域31及一周缘区域33，该中央区域31是由一金属薄板制成，而该周缘区域33是由一塑料或其他种类适当的材料所制，在本较佳实施例中，先以冲压的方式制成金属的中央区域31，然后再利用注塑成型的方式，形成周缘区域33。中央区域包括第一侧表面32，及与该第一侧表面32相反侧的第二侧表面34，中央区域31的金属薄板形成为连续凹凸波浪状，此凹凸互相平行，由图7的部分剖视图可以清楚地发现，此波浪状的连续凹凸，恰好分别在金属薄板的第一侧表面32及第二侧表面34以互补的方式形成多条延伸的沟槽36及38，以供两种需确实隔离的阴阳极气体分别于其中流动。
在该较佳实施例中，双极板30的塑料制周缘区域33近边缘处另设有多个条状开孔40、42、44及46，其中，二个第一开孔40及42分别与第一侧表面32上平行延伸的沟槽36的两端相通，以利气体的输入及输出。类似地，该双极板30的第二侧表面34另包括二个第二开孔44、46以及通道48，如图6中所示，分别与第二侧表面34上互相平行延伸的沟槽38的两端相通。
如图8所示，是将本发明应用于燃料电池的示意图，由于本发明的燃料电池的双极板30，其中央区域31由金属材料加以制成，因此，其上的凹凸可以冲压的方式直接成形，大幅免除了繁复的机械加工程序，且降低生产成本。此外，使用的金属材料由于机械强度充足，故可以采用极薄的厚度(可至譬如0.01公分左右的厚度)，既可减少材料的使用量，又可缩减燃料电池整体的尺寸与重量。
本发明为一突破现有技术的新颖设计，然其亦可以其它的特定形式来实现，而不脱离本发明的精神和重要特性。因此上述所列的技术实施方式在各方面都应被视为例示性而非限制性实施例，而所有的改变只要合乎本发明权利要求书所定义的范围或为其技术实施方式等效者，均应包含在本发明的保护范畴内。

Claims (4)

1.一种燃料电池的双极板，其特征在于：该双极板包含一中央区域及一周缘区域，其中该中央区域具有一第一侧表面，及与该第一侧表面相反侧的第二侧表面，该中央区域形成为一连续凹凸波浪状，以在该第一及第二侧表面上分别界定出多条互补且互相平行延伸的沟槽；该周缘区域上另设有两个第一开孔，而该第一侧表面上互相平行延伸的沟槽，具有两个第一开口端，分别与该两个第一开孔相连通；该周缘区域上另设有两个第二开孔，而该第二侧表面上互相平行延伸的沟槽，具有两个第二开口端，分别与该两个第二开孔相连通。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：该中央区域是由一金属薄板制成。
3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于：该中央区域的连续凹凸波浪状是以一金属冲压方式成型。
4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：该周缘区域是由塑料材料制成。
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