TW201044682A - Fuel cell stack with transparent flow pathways and bipolar plate structure thereof - Google Patents

Description

201044682 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種具有透明、… 勺返a机逼之燃料電池堆及其雙極 結構’特別為一種應用於辦料雷、 池堆之具有透明流道之燃料電 池堆及其雙極板結構。 【先前技術】 ° 臟池為一種低噪音、低污染、免充電及高效率之發電 裝置，只要不斷供應燃料，燃料電池就可持續地進行電化學反 -應以產生電能。而燃料電池之燃料可以為甲醇、乙醇、氣氣或 .其他竣氫化合物，再藉由氧氣作騎化㈣產生钱，並且在 這樣的電化學反應過程中會生成水做為副產物。 由於燃料電池的燃料係藉由流道以進行運輸，因此流道之 運輸能力影響著燃料電池之產電效能，然而當燃料電池所生成 Ο 的水無法順利排出時，水便會堆積於流道内造成流道堵塞 而影響燃料電池中電化學反應之進行，並且降低了燃料電池之 反應速率。 如中華民國發明公告第1236178號所揭露之「觀 道積水之燃料電池製作技術」，其係利用透明板結合 : 場板之一側以組合成雙極板，因此可遷過透明板觀察雙極板;； 部流道，使得流道内狀況清晰可見，藉以方便觀察燃料電池單 體運作時内部水生成及分布。 上述之前案係利用透明板結合於導電流場板，使得不透明 201044682 之導流％板中的流道可易於觀祭’然而當多個燃料電池單體 "組成燃料電池堆時，透明板係夾設於燃料電池堆當中，除了最 外兩側之燃料電池單體仍可透過透明板觀察流道内狀況之 外’因為其餘燃料電池車體之透明板被爽設於燃料電池堆内， 因此並不具有可觀察之效果，以致於當鴆料電池堆内部流道出 現阻塞狀況時，並無法透過透明板觀察而發現。 【發明内容】 ® 本發明係為一種具有透明流道之燃料電池堆及其雙極板 結構’其係於每一燃料電池單體中使用遷明流道板，因此當燃 -料電池單體組合成燃料電池堆時，燃料電池堆中水生成狀況便 可透過每一透明流道板進行觀測，以達到即時觀測流道狀況之 功效。 本發明係為一種具有透明流道之燃料電池堆及其雙極板 結構’由於可即時透過透明流道板觀測流道内狀況，因此可即 〇時發現内部流道是否出現阻塞，進而可避免影響燃料電池效 能0 本發明係為一種具有透明流道之燃料電池堆及其雙極板 結構，其係使用非金屬之材質製作透明流道板，因此可有效降 低燃料電池之成本，並且還可達到輕量化之功效。 為達上述功效，本發明提供/種具有透明流道之燃料電池 堆結構’其具有：至少一膜電極組；以及至少一對雙極板，其 係夾設膜電極組之兩側，且每一雙極板具有：一透明流道板； 以及至少一集電板，其係結合於透明流道板之一侧邊。 201044682 為達上述功效’本發明又提供-種具有透明流道之雙極板 -結構’其具有：-透明流道板；以及至少—集電板，其係結合 於透明流道板之一側邊。 藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效： -、利用透明流道板之設置，使得簡電池堆巾水生成與分 狀況可直接且即時地由外部觀測。 二、由於燃料電池堆中水生成狀況可即時觀測，進 Ο 免燃料電池堆中流道阻塞之功效。 避 -，由使轉金屬之透明流道板，以相降健料電池 成本及輕量化之功效。 隹之 —為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術内 以貫施’且根據本說明書所揭露之内容、申 亚據 點 :戈:任何熟習相一關技藝者可輕易地理解本發明相關之】的 點’因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優 〇 【實施方式】 1 ο 〇 ^ ^係為本發明之—種具有透明流道之燃料電池堆結播 體分解實施例圖。第2圖係為第1圖之結合實施、。 料切狀—種具有透喊道之龍板圖。 =例圖一。帛3B圖係為本發明之一種具有透明流道 又反結構120之立體實施例圖二。第4A圖係為本發 種具有透明流道之雙極板結構12〇，之立體實施例圖三X 一

圖係為本發明之—種具有透明流道之雙極板結構I〗4B 201044682 實施例圖四。第 池堆結構100,文立 圖係為本發明之 種具有透明流道之燃料電 如第1圖所示體實施例圖。 池堆結構1G0，I本實施㈣為—種具有透明流道之燃料電 雙極板120,㈣4具有：至少一膜電極組110 ;以及至少-對 體堆聶形成，二邛電池堆結構1〇〇係可由複數個燃料電池單 雙極板120。又冬〜撚料電池單體具有一膜電極組110及一對 膜電極組11() 0層氣體擴散層，而i其係可具有質子交換膜、兩層觸媒層與兩 ^ 虽氣化劑與燃料分別透過氣體擴散層進入膜 電極組110時，係 ^ ^ 文可於膜電極組110中進行電化學反應以產生 -電子及水生成。 又每一膜電k Λ ^ ^ 組U0所生成之電子係可藉由相鄰之雙極板 120中之'一华電扣 板122以進行傳遞，如此燃料電池堆100中便 可產生電流，所以板、， ^燦料電池堆100中所具有之膜電極組110數 量便決定了燃料番& 电池堆100可產生之電量。 ❹ 如第1圖及笙1 昂2圖所示，雙極板120，其係用以夾設膜電 極組110 ’使得胺φ上 膦電極組110可設置於雙極板120之間，並且 每-膜電極組11G所產生之電子餘由雙極板12G之集電板 122傳導至相鄰之另-膜電極組110,使得膜電極組110產生 之電流可於燃料電池堆100間傳遞。 如第3A圖所示，每一雙極板12〇具有：一透明流道板 121 ;以及至少一集電板122。其中透明流道板121中形成有複 數組透明流道124 ’而集電板122係結合於遂明流道板121之 一侧邊125，並且集電板122還可向外延伸以覆蓋透明流道板 201044682 121 之一側面 126。 、， 又集電板122可以為〆U型板體’亚且U型板體之凹口 係炎設:逸明流道板121之側面126 ’因此集電板⑵可雙面 結合於透明流道板121之側邊125的兩表面_ 又如第3B圖所雙極板120可具有—集電才反122，並 且集電板122可結合於每--透U板121應之兩侧邊 丨25，又集電板122亦可以延伸覆蓋透明流道板A相對應之 兩侧面126,以及分別雙面結合於透明流道板121 4目對應之兩 〇側邊125的兩表面，藉此增加集電板122與膜電杻級110之接 觸面積，以增加電子之傳遞速率，進而提升燃料電池堆20〇之 •產電效能。 而由於集電板122設置於透明流道板121之側邊125，因 此兩相鄰之透明流道板121便可利用電線連接集電板122以形 成電性連接，藉此設置於透明流道板121之集電板122以取代 獨立集電板之設置，進而使得燃料電池堆200達到輕量化之功 〇效。 二 如第4A圖所示，雙極板120’之集電板122可進一步具有 -散熱件123，並且散熱件123係由集電板122向：明流 j⑵之外側延伸形成，又散熱件123係與集電㈣2導敎 ;;透，膜電極組U〇在進行電化學反應而產生熱能時: 極組122之散熱件123將熱散除，藉此可避免膜電 率。Θ累積過多廢熱，導致影響了膜電極_◦之反應速 如第4Β 圖所示，雙極板120 兩側之集電板122皆可進一 201044682 步具有至少一散熱件123 ,以幫助膜電極組u〇快速將廢熱散 '除，進而使膜電極組110可維持穩定之反應速率。如第5圖所 示在具有政熱件123之雙極板120,所構成之燃料電池堆1〇〇, 中，可利用散熱件123與集電板122導熱結合之設計，使得燃 料電池堆100’中化學反應所產生之廢熱，可透過散熱件123快 速散除’以使燃料電池堆丨達到穩定供電之功效。 而上述之透明流道板121之材質係可以為一高分子聚合 物、玻璃或固態氧化物等不導電材料，因此具有質量輕及成本 ❹低之特點’進而可減輕整體燃料電池堆結構1〇〇、1〇〇，之重量 及成本’以達到輕量化與低成本之功效。 • 又由於透明流道板121中流道124為透明可觀測，因此具 •有透明流道之燃料電池堆結構1〇〇、100,（如第2圖及第5圖 所示），可由外部直接觀測内部流道丨24水生成與分布狀況， 進而可達到即時發現流道124中阻塞之功效。 而上述之集電板122皆可以為一導電薄板，因此集電板 ❹122與透明流道板121之結合方式可以為埋入射出、熱壓、膠 黏、超音波熔接…等’藉此可提高雙極板120、120,之製成速 度，並可簡化雙極板120、120’之製程。 惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟 習該技術者能瞭解本發明之内容並據以實施，而非限定本發明 之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等 效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 201044682 第1圖係為本發明之一種具有透明流道之燃料電池堆結構之立 體分解實施例圖。 第2圖係為第1圖之結合實施例圖。 第3A圖係為本發明之一種具有透明流道之雙極板結構之立體 實施例圖一。 第3B圖係為本發明之一種具有透明流道之雙極板結構之立體 貫施例圖二。 第4A圖係為本發明之一種具有透明流道之雙極板結構之立體 實施例圖三。 第4B圖係為本發明之一種具有透明流道之雙極板結構之立體 實施例圖四。 第5圖係為本發明之一種具有透明流道之燃料電池堆結構之立 體實施例圖。 【主要元件符號說明】 Q 100、100’.........具有透明流道之燃料電池堆結構 110...................膜電極組 120、120’.........雙極板 121 ...................透明流道板 122 ...................集電板 123 ...................散熱件 124 ...................流道 125 ...................侧邊 126 .......................................側面 10

Claims (1)

1. 201044682 七、申請專利範圍： '1. 一種具有透明流道之燃料電池堆結構，其具有： 至少一膜電極組；以及 至少一對雙極板，其係夾設該膜電極組之兩侧，且每一該 雙極板具有：一透明流道板；以及至少一集電板，其係 結合於該透明流道板之一側邊。 2.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該集 電板係延伸覆蓋該透明流道板之一側面。 〇 3.如申諝專利範圍第2項所述之燃料電池堆結構，其中該集 電板係雙面結合於該透明流道板之該側邊。 4. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中每一 該雙極板具有二集電板，且該些集電板係結合於每一該透 明流道板相對應之兩該侧邊。 5. 如申請專利範圍第4項所述之燃料電池堆結構，其中每一 該集電板係延伸覆蓋該透明流道板相對應之一側面。 ^ 6.如申請專利範圍第5項所述之燃料電池堆結構，其中該些 〇 集電板係分別雙面結合於該透明流道板相對應之兩該側 邊。 7. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該透 明流道板之材質係為一不導電材料。 8. 如申請專利範圍第7項所述之燃料電池堆結構，其中該不 導電材料係為一高分子聚合物、一玻璃或一固態氧化物。 9. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該集 電板係為一導電薄板。 11 201044682 、 、 ' 10.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該集 ' 電板進一步具有至少一散熱件，其係由該集電板向該透明 流道板之外側延伸形成，且該散熱件係與該集電板導熱結 合。 11. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該集 電板係以埋入射出之方式結合於該透明流道板。 12. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該集 電板係以熱壓之方式結合於該透明流道板。 〇 13.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池堆結構，其中該集 電板係以膠黏之方式結合於該透明流道板。 14. 一種具有透明流道之雙極板結構，其具有： 一透明流道板；以及 至少一集電板，其係結合於該透明流道板之一側邊。 15. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該集電板 係延伸覆蓋該透明流道板之一側面。 & 16.如申請專利範圍第15項所述之雙極板結構，其中該集電板 〇 係雙面結合於該透明流道板之該侧邊。 17. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其具有二集電 板，且該些集電板係分別結合於每一該透明流道板相對應 之兩該側邊。 18. 如申請專利範圍第17項所述之雙極板結構，其中每一該集 電板係延伸覆蓋該透明流道板相對應之一側面。 19. 如申請專利範圍第18項所述之雙極板結構，其中該些集電 板係分別雙面結合於該透明流道板相對應之兩該側邊。 12 201044682 20. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該透明流 道板之材質係為一不導電材料。 21. 如申請專利範圍第20項所述之雙極板結構，其中該不導電 材料係為一高分子聚合物、一玻璃或一固態氧化物。 22. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該集電板 係為一導電薄板。 23. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該集電板 係進一步具有至少一散熱件，其係由該集電板向該透明流 道板之外側延伸形成，且該散熱件係與該集電板導熱結合。 24. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該集電板 係以埋入射出之方式結合於該透明流道板。 25. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該集電板 係以熱壓之方式結合於該透明流道板。 26. 如申請專利範圍第14項所述之雙極板結構，其中該集電板 係以膠黏之方式結合於該透明流道板。

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