CN1507097A

CN1507097A - 燃料电池组整合式双极板模组

Info

Publication number: CN1507097A
Application number: CNA021552460A
Authority: CN
Inventors: 杨德洲
Original assignee: Yatai Fuel Cell Sci & Tech Co Ltd
Current assignee: Yatai Fuel Cell Sci & Tech Co Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-23
Also published as: EP1432060A1

Abstract

一种燃料电池组整合式双极板模组。为提供一种结构简单、简化组装作业、提高组装良率的电力装置部件，提出本发明，它包括面对相邻单电池膜电极组体的阴极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阴极气体的阴极气体导流结构、面对于相邻单电池的膜电极组体的阳极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阳极气体的阳极气体导流结构及形成于阴极气体导流结构与阳极气体导流结构之间的冷却剂导流结构；其上设有空气送入槽、空气送出槽、氢气送入槽、氢气送出槽、冷却剂送入槽及冷却剂送出槽。

Description

燃料电池组整合式双极板模组

技术领域

本发明属于电力装置部件，特别是一种燃料电池组整合式双极板模组。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)系为一种直接以含氢燃料和空气藉由电化学反应产生电力的装置。由于燃料电池具有低污染、高效率、高能量密度等优点，故成为近年来各国研发和推广的对象。在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)的操作温度较低、起动迅速、体积与重量的能量密度较高，因而最具产业价值。

如图1所示，习知的典型的PEMFC燃料电池组1’系由复数个单电池10’构成。单电池10’包括膜电极组体11’(Membrane Electrode Assembles，MEA)、设置于膜电极组体11’阳极侧的阳极气体扩散层12’、阳极导流板13’及设置于膜电极组体11’的阴极侧的阴极气体扩散层14’、阴极导流板15’。

膜电极组体11’系由质子交换膜、阳极触媒层及阴极触媒层构成。

在实际应用中，燃料电池组1’包括复数个单电池10’、阳极集电板20’、阳极端板30’、阴极集电板40’、阴极端板50’、数个气密垫片及藉以将各组件锁固结合成供应电能燃料电池组的锁固构件。

单电池10’中的阳极导流板13’在面向阳极气体扩散层12’的表面形成有复数个用以供应单电池10’反应时所需的阳极气体，如氢气的阳极气体通道131’。此外，单电池10’中的阴导流板15’在面向于阴极气体扩散层14’的表面形成有复数个用以供应该单电池10’于反应时所需的阴极气体，如空气的阴极气体通道151’。

由于习知的燃料电池组必须在每一个燃料电池单电池中配置阳极导流板及阴极导流板，在组装时必须将各构件顺序地对准叠置组合，故在组装时较为耗费工时，且各个构件系分别制作，亦增加零组件的管理。

此外，因在燃料电池组中的每一个燃料电池单电池中需配置阳极导流板及阴极导流板之外，在实际的产品化应用时，通常都必需配置有作为冷却剂导流的冷却通道，此冷却剂导流结构将使得燃料电池组的结构更为复杂，且在组装时将更为麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、简化组装作业、提高组装良率的燃料电池组整合式双极板模组。

本发明包括面对相邻单电池膜电极组体的阴极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阴极气体的阴极气体导流结构、面对于相邻单电池的膜电极组体的阳极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阳极气体的阳极气体导流结构及形成于阴极气体导流结构与阳极气体导流结构之间的冷却剂导流结构；其上设有空气送入槽、空气送出槽、氢气送入槽、氢气送出槽、冷却剂送入槽及冷却剂送出槽。

其中：

阴极气体导流结构的中央区域系形成有复数个相互平行的沟槽、连通沟槽与空气送入槽的连通槽道及连通沟槽与空气送出槽的连通槽道。

阳极气体导流结构的中央区域系形成有复数个相互平行的沟槽、连通沟槽与氢气送入槽的连通槽道及连通沟槽与氢气送出槽的连通槽道。

冷却剂导流结构的中央区域系形成有复数个相互平行并分别与冷却剂送入槽、冷却剂送出槽连通的的沟槽。

阴极气体导流结构、阳极气体导流结构与冷却剂导流结构系以一体成型的方式成型。

阴极气体导流结构、阳极气体导流结构与冷却剂导流结构系以分成两个以上不同板体的分体结构结合成型。

为分体结构的阴极气体导流结构、阳极气体导流结构与冷却剂导流结构结合板面之间以涂胶加热压合方式胶合。

由于本发明包括面对相邻单电池膜电极组体的阴极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阴极气体的阴极气体导流结构、面对于相邻单电池的膜电极组体的阳极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阳极气体的阳极气体导流结构及形成于阴极气体导流结构与阳极气体导流结构之间的冷却剂导流结构；其上设有空气送入槽、空气送出槽、氢气送入槽、氢气送出槽、冷却剂送入槽及冷却剂送出槽。当在组装燃料电池组时，只要在单电池膜电极组体两侧结合了阳极气体扩散层及阴极气体扩散层之后，即在其相邻界面配置本发明燃料电池组整合式双极板模组，即可简易地完成复数个单电池的模组化组装。而不需在每一个单电池中分别组立导流板；最后，将复数个电池单电池所组构而成的模组结构，再结合阳极集电板、阳极端板、阴极集电板、阴极端板及数个气密垫片，并藉由锁固构件锁固结合，即完成整个燃料电池组的组装。使用时，藉由阴极气体导流结构沟槽以导引由空气送入槽经由连通槽道所送入的空气，再经由连通槽道由空气送出槽送出；当空气被导引通过阴极气体导流结构的沟槽时，即会透过相邻单电池的阴极气体扩散板而到达膜电极组体的阴极触媒层，以供应膜电极组体进行反应时所需的空气；藉由阳极气体导流结构沟槽以导引由氢气送入槽经由连通槽道所送入的氢气，再经由连通槽道由氢气送出槽送出；当氢气被导引通过阳极气体导流结构的沟槽时，即会透过相邻单电池的阳极气体扩散板而到达膜电极组体的阳极触媒层，以供应单电池膜电极组体进行反应时所需的氢气；藉由冷却剂导流结构沟槽以导引由冷却剂送入槽所送入的冷却剂，如冷却水或空气经由冷却剂送出槽送出；当冷却剂被导引通过冷却剂导流结构的沟槽时，即可对燃料电池组进行冷却，使燃料电池组得以在适当的操作温度下操作。可以大大地简化燃料电池组的组装作业及提高组装良率；且藉由单一模组可大大简化燃料电池组的整体结构，与传统技术中必须一一地将燃料电池组中的各组件对准组立的繁琐程序相比较具有明显的效果增进；不仅结构简单，而且简化组装作业、提高组装良率，从而达到本发明的目的。

附图说明

图1、习知PEMFC燃料电池组分解结构示意剖面图。

图2、为组设本发明燃料电池组分解结构示意剖面图。

图3、为组设本发明燃料电池组结构示意立体图。

图4、为本发明结构示意前视立体图。

图5、为本发明结构示意前视图。

图6、为本发明结构示意后视图。

图7、为本发明结构示意后视图。

具体实施方式

如图2、图3所示，本发明燃料电池组整合式双极板模组5系组设于包括复数个单电池10、阳极集电板20、阳极端板30、阴极集电板40及构成阴极端板50的燃料电池组1中，每一个单电池10中包括膜电极组体11(MEA)、设置于膜电极组体11阳极侧的阳极气体扩散层12及设置于膜电极组体11阴极侧的阴极气体扩散层14。

为将氢气及空气送至燃料电池中以使燃料电池进行电化学反应，故在燃料电池内部开设有适当的气体通道。

阳极端板30外侧端面形成有空气入口41a及空气出口41b。送风装置，如鼓风机所供应的空气可由空气入口41a送入燃料电池组1内部所形成的空气通道，以供应燃料电池组1反应所需的空气，再由空气出口41b送出。

阳极端板30外侧面亦形成有氢气入口42a及氢气出口42b。氢气供应装置，如储氢罐所供应的氢气可由氢气入口42a送入燃料电池组1内部所形成的氢气通道，以供应该燃料电池组1反应所需的氢气，再由氢气出口42b送出。

此外，在阳极端板30外侧面另形成有冷却剂入口43a及冷却剂出口43b，冷却剂，如冷却空气或冷却液可由冷却剂入口43a送入燃料电池组1内部所形成的冷却剂通道，再由冷却剂出口43b送出，以使燃料电池组1得到适当的冷却。

如图2所示，本发明燃料电池组整合式双极板模组5系组设于燃料电池组1各相邻的电池单电池10之间，以取代习用的导流板。

如图4所示，本发明燃料电池组整合式双极板模组5顶面为面对相邻单电池10膜电极组体11的阴极气体扩散层14的阴极气体导流结构51，其底面为面对于相邻单电池10的膜电极组体11的阳极气体扩散层12的阳极气体导流结构52，在阴极气体导流结构51与阳极气体导流结构52之间形成冷却剂导流结构53。阴极气体导流结构51、阳极气体导流结构52与冷却剂导流结构53结合时，可在相邻板体之间使用涂胶加热压合方式加工，以达到胶合与气密的功能。本发明上设有空气送入槽511、空气送出槽514、氢气送入槽521、氢气送出槽524、冷却剂送入槽531及冷却剂送出槽532。

如图4、图5所示，阴极气体导流结构51的中央区域系形成有复数个相互平行呈波浪状或凹槽状的沟槽510、连通沟槽510与空气送入槽511的连通槽道512及连通沟槽510与空气送出槽514的连通槽道513。

藉由沟槽510以导引由空气送入槽511经由连通槽道512所送入的空气，再经由连通槽道51 3由空气送出槽514送出。当空气被导引通过阴极气体导流结构51的沟槽510时，即会透过相邻单电池10的阴极气体扩散板14而到达膜电极组体11的阴极触媒层，以供应膜电极组体11进行反应时所需的空气。

如图6所示，阳极气体导流结构52的中央区域系形成有复数个相互平行且婉延布设呈波浪状或凹槽状的沟槽520、连通沟槽520与氢气送入槽521的连通槽道522及连通沟槽520与氢气送出槽524的连通槽道523。

藉由沟槽520以导引由氢气送入槽521经由连通槽道522所送入的氢气，再经由连通槽道523由氢气送出槽524送出。当氢气被导引通过阳极气体导流结构52的沟槽520时，即会透过相邻单电池10的阳极气体扩散板12而到达膜电极组体11的阳极触媒层，以供应单电池10膜电极组体11进行反应时所需的氢气。

如图7所示，冷却剂导流结构53的中央区域系形成有复数个相互平行且婉延布设并分别与冷却剂送入槽531、冷却剂送出槽532连通的的沟槽530。

藉由沟槽530以导引由冷却剂送入槽531所送入的冷却剂，如冷却水或空气经由冷却剂送出槽532送出。当冷却剂被导引通过冷却剂导流结构53的沟槽530时，即可对燃料电池组1进行冷却，使燃料电池组1得以在适当的操作温度下操作。

当在组装燃料电池组1时，只要在单电池10膜电极组体11两侧结合了阳极气体扩散层12及阴极气体扩散层14之后，即在其相邻界面配置本发明燃料电池组整合式双极板模组5，即可简易地完成复数个单电池10的模组化组装。而不需在每一个单电池10中分别组立导流板；最后，将复数个电池单电池10所组构而成的模组结构，再结合阳极集电板20、阳极端板30、阴极集电板40、阴极端板50及数个气密垫片，并藉由锁固构件锁固结合，即完成整个燃料电池组1的组装。

本发明为将阴极气体导流结构51、阳极气体导流结构52及冷却剂导流结构53分成三个不同板体的结构。当然，亦可将其中两构件先一体成型后，再将第三个构件予以结合。例如先将阴极气体导流结构51与冷却剂导流结构53一体成型后，再将阳极气体导流结构52结合在冷却剂导流结构53的底面；或是先将在阳极气体导流结构52与冷却剂导流结构53一体成型后，再将阴极气体导流结构51结合在冷却剂导流结构53的顶面。当然三构件亦可以一体成型的方式予以制作。

如上所述，藉由本发明燃料电池组整合式双极板模组5，使得在单一模组中包括了阴极气体导流结构、阳极气体导流结构及冷却剂导流结构。故在组装时可以节省大量的组装工时及提高产品的良率。此外，亦有效地解决了燃料电池组中阳极导流板、阴极导流板、冷却剂导流结构的整体复杂结构的问题。

Claims

1、一种燃料电池组整合式双极板模组，其上设有空气送入槽、空气送出槽、氢气送入槽、氢气送出槽、冷却剂送入槽及冷却剂送出槽；其特征在于它包括面对相邻单电池膜电极组体的阴极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阴极气体的阴极气体导流结构、面对于相邻单电池的膜电极组体的阳极气体扩散层以提供单电池膜电极组体反应所需阳极气体的阳极气体导流结构及形成于阴极气体导流结构与阳极气体导流结构之间的冷却剂导流结构。

2、根据权利要求1所述的燃料电池组整合式双极板模组，其特征在于所述的阴极气体导流结构的中央区域系形成有复数个相互平行的沟槽、连通沟槽与空气送入槽的连通槽道及连通沟槽与空气送出槽的连通槽道。

3、根据权利要求1所述的燃料电池组整合式双极板模组，其特征在于所述的阳极气体导流结构的中央区域系形成有复数个相互平行的沟槽、连通沟槽与氢气送入槽的连通槽道及连通沟槽与氢气送出槽的连通槽道。

4、根据权利要求1所述的燃料电池组整合式双极板模组，其特征在于所述的冷却剂导流结构的中央区域系形成有复数个相互平行并分别与冷却剂送入槽、冷却剂送出槽连通的的沟槽。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的燃料电池组整合式双极板模组，其特征在于所述的阴极气体导流结构、阳极气体导流结构与冷却剂导流结构系以一体成型的方式成型。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的燃料电池组整合式双极板模组，其特征在于所述的阴极气体导流结构、阳极气体导流结构与冷却剂导流结构系以分成两个以上不同板体的分体结构结合成型。

7、根据权利要求6所述的燃料电池组整合式双极板模组，其特征在于所述的为分体结构的阴极气体导流结构、阳极气体导流结构与冷却剂导流结构结合板面之间以涂胶加热压合方式胶合。