TWI241046B - Sealing structure of modulized proton-exchange-membrane fuel battery - Google Patents

Description

1241046 _________________ _ 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種質子交換膜燃料電池之結構設計， 特別是關於一種模組化質子交換膜燃料電池之密封結構。 【先前技術】 查在燃料電池之技術領域中，目前所發展出的燃料電 池類型概分為驗性燃料電池、構酸型燃料電池、固體氡北 物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及質、子交換辦燃料電池 等不同類型。各種燃料電池各有其優劣點及應用一範圍，、其 中質子交換膜燃料電池（PEMFC)最具商業利用價值。 燃料電池之工作原理主要是利用氫氣和氧氣通過電作 予反應生成水’並釋放電能，基本上可視為水電解之逆I 置。 & 由於燃料電池效率表現之優劣，係仰賴前述陰陽極反 應之完全與否，易言之，各層間之材料選擇及隔絕，將緹 攸關燃料電池作動效率之一大因素《因此，除了慎選使用 之材料之外，如何確保陽極與陰極之反應，將是極為重势 惟通常造成燃料電池無 要可歸納為二：其一為處於 之措施無法彰顯功能，另一 觸壓力無法保持在最佳狀態 法達到如上確實控制之因素主 %極及陰極板間供作氣體防漏 則為各電池單體層間之導電接 俨έ二J! 糸顯示一習知pemfc燃料電池單 體組合結構之剖視圖。#主要包括有一陽極板1〇1及一陰 極板102，在該陽極板ιοί及陰極板1〇2之間夾置一質子交

Claims (1)

1. ΨΨΙ_____ 六、申請專利範圍 1 · 一種模組化質子交換膜燃料電池之密封結構，包括有： 一膜電極總成，具有一陽極側及一陰極侧，在該陽極側 形成有 &極氣體擴散層’而在該陰極側則形成有一 陰極氣體擴散層，一質子交換膜夾置在該陽極氣體擴 散層與陰極氣體擴散層之間； 一陽極板，位在該膜電極總成之陽極氣體擴散層之外侧 表面’該陽極板具有一第一表面、一第二表面、一中 央區域、一周緣區域、以及形成在該周緣區域之複數 個貫通孔’其第一表面係面向於該膜電極總成之陽極 氣體擴散層’且在第一表面之中央區域形成有複數個 陽極氣體通道，在該第一表面之周緣區域開設有一環 繞凹部’且該環繞凹部在鄰近於該陽極板之各個貫通 孔之位置處形成有連通之延伸環繞凹部； 陰極板’位在該膜電極總成之陰極氣體擴散層之外側 表面’該陰極板具有一第一表面、一第二表面、一中 央區域、一周緣區域、以及形成在該周緣區域之複數 ，貫通孔’其第二表面係面向於該膜電極總成之陰極 ^體擴散層，且第二表面之在中央區域形成有複數個 陰極氣體通道’在該第二表面之周緣區域開設有一環 繞凹部’且該環繞凹部在鄰近於該陰極板之各個貫通 孔之位置處形成有連通之延伸環繞凹部； 於組裳該電池單體時，該陽極板之第一表面及陰極板之 第一表面之周緣區域所對應之環繞凹部與延伸環繞凹部 間’分別預先塗設有矽膠，並在該矽膠尚未固化而呈黏

   第23頁 1241046 六、申請專利範圍 > 稠狀時，將該陽極板、膜電極總成與陰極板 姐以定之I力值予以壓著，而使該陽 二 部之石夕膠與陰極板之環繞凹部所對應之石夕膠密^ 凹 如此以在該陽極板與陰極板之周緣區域之 。， 面； /战封閉環 同時，該陽極板之第一表面及陰極板之二 區=應之延伸環繞凹部之石夕膠亦相互；應而將Li 極L成中之質子交換膜密著壓合定位在中間位 、電 反與陰極板間之各個貫通孔周環亦各自形 2 I ί 1二專利範圍第1項之模組化質子交換膜燃料電池 卻槽道。板之第一表面形成有複數個冷 4 · 曾 ^ 個聂^父換膜燃料電池模組之密封結構，包括有複數 一 i t之燃料電池單體，每一個燃料電池單體包括有： 形.極總成，具有一陽極側及一陰極侧，在該陽極側 S木ί 一陽極氣體擴散層，而在該陰極側則形成有一 有5氣體擴散層，一質子交換膜夾置在該陽極氣體擴

   1241046 六、申請專利範圍 散層與陰極氣體擴散層之間； 一陽極板，位在該膜電極總成之陽極氣體擴散層之外侧 表面，該陽極板具有一第一表面、一第二表面、一中 央區域、一周緣區域、以及形成在該周緣區域之複數 個貫通孔’其第一表面係面向於該膜電極總成之陽極 氣體擴散層’且在第一表面在中央區域形成有複數個 陽極氣體通道’在該第一表面之周緣區域開設有一環 繞凹部，且該環繞凹部在鄰近於該陽極板之各個貫通 孔之位置處形成有連通之延伸環繞凹部； 一陰極板，位在該膜電極總成之陰極氣體擴散層之外側 表面，該陰極板具有一第一表面、一第二表面、一中 央區域、一周緣區域、以及形成在該周緣區域之複數 個貫通孔’其第二表面係面向於該膜電極總成之陰極 氣體擴散層，且第二表面在中央區域形成有複數個陰 極氣體通道’在該第二表面之周緣區域開設有一環繞 凹部’且該環繞凹部在鄰近於該陰極板之各個貫通孔 之位置處形成有連通之延伸環繞凹部； 於組裝該燃料電池時，該陽極板之第一表面及陰極板之 第二表面之周緣區域所對應之環繞凹部與延伸環繞凹部 間，分別預先塗設有矽膠，並在該矽膠尚未固化而呈黏 稠狀前，將該陽極板、膜電極總成與陰極板對準叠合， 並以一預定之壓力值予以壓著，而使該陽極板之環繞凹 部之矽膠與陰極板之環繞凹部所對應之矽膠密著接合， 如此以在該陽極板與陰極板之周緣區域之間形成封閉環

   第25頁 1241046 六、申請專利範圍 面 所一表面及陰極板之第二表面之周緣 極繞凹部之梦膠亦相互對應而將膜電 =^中之質子父換膜密著壓合定位在中間位置，而使 ίϊί極板與陰極板間之各個貫通孔周環亦各自形成封 5. =據申請專利範圍第4項之質子交換膜燃料電池模組之 ‘構’丨中該陰極板之第一表面之中央區域更形成 有冷卻槽道，且在該第一表面之周緣區域開設有一環繞 凹，以及環繞於該陰極板之貫通孔之延伸環繞凹部，在 該環繞凹部及延伸環繞凹部中形成有固化之矽膠。 6. 根據申請專利範圍第4項之質子交換膜燃料電池模組之 达、封結構，其中該陽極板之第二表面係呈平整表面。 7. 種質子交換膜燃料電池模組之密封結構，包括有： 第一膜電極總成及一第二膜電極總成，每一個膜電極 總成具有一陽極侧及一陰極侧，在該陽極侧形成有一 陽極氣體擴散層，而在該陰極側則形成有一陰極氣體 擴散層，一質子交換膜夾置在該陽極氣體擴散層與陰 極氣體擴散層之間； 至少一個雙極板，其係裝置在膜電極總成之間，該雙極 板具有一第一表面、一第 面 中央區域 周緣

   第26頁 1241046 六、申請專利範圍 區域、以及形成在該周緣區域之複數個貫通孔，其中該 第一表面在中央區域形成有複數個陰極氣體通道，而該 第二表面在中央區域形成有複數個陽極氣體通道； 一陽極板，位在該第二膜電極總成之陽極氣體擴散層之 外側表面，該陽極板具有一第一表面、一第二表面、 一中央區域、一周緣區域、以及形成在該周緣區域之 複數個貫通孔’其第一表面係面向於該膜電極總成之 陽極氣體擴散層，且在第一表面在中央區域形成有複 數個陽極氣體通道，在該第一表面之周緣區域開設有 一環繞凹部’且該環繞凹部在鄰近於該陽極板之各個 貫通孔之位置處形成有連通之延伸環繞凹部； 一陰極板，位在該膜電極總成之陰極氣體擴散層之外侧 表面，該陰極板具有一第一表面、一第二表面、一中 央區域、一周緣區域、以及形成在該周緣區域之複數 個貫通孔’其第二表面係面向於該膜電極總成之陰極 氣體擴散層’且第二表面在中央區域形成有複數個陰 極氣體通道，在該第二表面之周緣區域開設有一環繞 凹部，且該環繞凹部在鄰近於該陰極板之各個貫通孔 之位置處形成有連通之延伸環繞凹部； 於組裝該燃料電池模組時 及陰極板及雙極板之第二 伸環繞凹部與相鄰雙極板 與延伸環繞凹部間，分別 尚未固化而呈黏稠狀時， ’陽極板及雙極板之第一表面 表面之周緣區域環繞凹部與延 之周緣區域所對應之環繞凹部 預先塗设有石夕膠’並在該石夕膠 將該陽極板、雙極板、膜電極

   !241〇46 ______________ 六、申請專利範圍 " ^ 總成及陰極板對準疊合，並以一預定之壓力值予以麗 著，而使該陽極板第一表面與雙極板第二表面之環繞凹 部所對應之矽膠密著接合，而對應之延伸環繞凹部之石夕 备亦相互對應將第二膜電極總成密著壓合定位在中間位 置，如此以在陽極板及雙極板之周緣區域之間形成 環面； ] 同時，該陽極板第二表面及雙極板第一表面之周緣區 所對應之延伸環繞凹部之矽膠亦相互對應而將第一祺^ j總成中之質子交換膜密著壓合定位在中間位置，而 得該陰極極及雙極板間之各個貫通孔周環亦各自形 閉環面。 乂封 8·，據申請專利範圍第7項之質子交換膜燃料電池模組 在、封結構，其中該降极, 、〈 卻槽道。 板之第一表面中央區域係作為冷 9 ·根據申請專利範圍篦7 ts ^ α ^ ^ 号」靶固弟7項之質子交換膜燃料電池模組+ 密封結構，其中該陽权α 供、、且之 兵Τ %極板之第二表面係呈平整表面。