TWI426651B - 燃料電池組件、用於燃料電池的密封墊以及形成燃料電池組件之方法 - Google Patents

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Description

燃料電池組件、用於燃料電池的密封墊以及形成燃料電池組件之方法
本發明有關密封墊，且特別有關用於燃料電池組件之密封墊。
傳統之電化學燃料電池將燃料及氧化劑轉換成電能及一反應產物。一傳統燃料電池10之典型設計圖係顯示在第1圖中，為清楚故，其以分解之形式說明各種層。一固體之聚合物離子傳送薄膜11係夾在一陽極12及一陰極13之間。該陽極12及該陰極13兩者典型係由一導電、多小孔材料所形成，諸如多小孔之碳，而白金及/或其他貴金屬觸媒之小微粒係黏合至該多小孔材料。該陽極12及陰極13通常係直接接合至該薄膜11之個別鄰接表面。此結合一般被集體地稱為該薄膜－電極組件、或MEA 17。
夾住該聚合物薄膜及多小孔電極層者係一陽極液體流量靜電場起電板14及一陰極液體流量靜電場起電板15。中介支撐層12a及13a、亦稱為，擴散器，或擴散器層，亦可在該陽極液體流量靜電場起電板14及該陽極12之間採用，且同樣地於該陰極液體流量靜電場起電板15及該陰極13之間採用。該等支撐層係一多小孔之天然及加工製造者，以便確保氣體之有效擴散至該陽極及陰極表面及由該陽極及陰極表面擴散，以及輔助水蒸氣及液態水之管理。
該液體流量靜電場起電板14、15係由一導電、非多小孔材料所形成可藉著該材料對該個別之陽極電極12或陰極電極13製成該等電接點。同時，該等液體流量靜電場起電板有利於流體燃料、氧化劑及/或反應產物之運送至該等多小孔電極12、13及/或由該等多小孔電極12、13排出。這傳統上係藉著在該液體流量靜電場起電板之表面中形成液體流量通道、諸如呈現給該等多小孔電極12、13的表面中之溝槽或通道16所實現。
亦參考第2(a)圖，液體流量通道的一傳統組構於該陽極14(或陰極15)液體流量靜電場起電板的一面中提供一蛇紋石結構20，並具有一入口通孔21及一出口通孔22，如在第2(a)圖中所顯示。根據傳統之設計，其將了解該蛇紋石結構20包含一在該液體流量靜電場起電板14(或15)的表面中之通道16，同時該等通孔21及22之每一個包含一穿過該液體流量靜電場起電板之孔隙，以致用於運送至該蛇紋石結構20、或由該蛇紋石結構20排出之流體，能在一正交於該液體流量靜電場起電板的方向中遍及一堆疊之液體流量靜電場起電板的深度相通，如藉著該第2(b)圖中所顯示之A－A上的剖面中之箭頭所特別指示者。
參考第3圖，於一傳統燃料電池組件30中，建立堆疊之液體流量靜電場起電板。於此配置中，鄰接之陽極及陰極液體流量靜電場起電板係以傳統方式組合，以形成在一面上具有陽極通道32及在該相反之面上具有陰極通道33的單一雙極板31，每一雙極板毗連一個別之薄膜－電極組件(MEA)34。該入口通孔孔隙21及出口通孔孔隙22係全部覆疊，以對於該整個堆疊提供入口及出口歧管。為清楚故，該堆疊之各種元件係已稍微分開地顯示，雖然其將了解用於本發明之目的，它們將使用密封墊被壓縮在一起。
參考第4圖，其顯示一傳統薄膜－電極組件及擴散器組件41之示意局部視圖，其中擴散器層43係設在該薄膜－電極組件44之每一側面上。一系列流體通孔42係設在該薄膜－電極組件44內。這些流體通孔42係提供至與對應液體流量靜電場起電板及密封墊中之流體通孔重合，其當在一堆疊中組裝在一起時，在一正交於該等薄膜－電極組件之平面的方向中形成用於流體相通之歧管。這些歧管係用於運送流體經過該堆疊之深度至該擴散器層43及來自該擴散器層43。
藉著第4圖中之剖面線A－A'所指示的剖面係以局部示意剖面圖顯示於第5圖中。使擴散器層43a、43b設在任一面上，該薄膜－電極組件44現在係顯示位於二液體流量靜電場起電板52a、52b之間。
密封表面54a－d係提供於該薄膜－電極組件44及該液體流量靜電場起電板52a、52b之間，並藉著使二密封墊51a、51b位於該薄膜－電極組件44之任一側面44、及位在藉著該等擴散器層43a、43b所界定之區域外側。為了避免懷疑，這些流體密封表面54a－d、及其他進一步說明之流體密封件係不欲指示一燃料電池組件之分開的零組件，但意欲指示與一密封墊之接觸面積，在此當該薄膜－電極組件44、該等密封墊51a、51b、及該等液體流量靜電場起電板52a、52b係放置在壓縮之下時，形成一流體密封件。
一相對地不能壓縮之填隙片53可設在該液體流量靜電場起電板52a的一表面上，譬如允許流體經過提供於該填隙片中之通道流動至該擴散器層43a或由該擴散器層43a所流動，及/或當在壓力之下時防止該密封墊51a封閉該液體流量靜電場起電板52a中所提供之通道。一流體密封件亦可被提供抵靠著該填隙片，雖然這比其他流體密封件54a－d對於該燃料電池之操作是較不重要的，因為包圍該填隙片53之容積典型係以別的方式密封。此選擇性之流體密封件係因此未指示於此圖面及進一步之圖面中。
於第5圖及隨後之圖面中，該填隙片53係顯示延伸進入一至少局部地藉著該擴散器43a所佔有之區域，其可譬如對應於一陽極或陰極側面，冷卻水將經由該填隙片53內所形成之通道注射進入該陽極或陰極側面。此冷卻水可注射經過設在該等液體流量靜電場起電板內之其他通孔(未示出)，該等液體流量靜電場起電板亦與該填隙片53流體相通。
如在第5圖中所顯示，對於每一薄膜－電極組件，用於一燃料電池組件之傳統配置具有總共四個密封表面54a－54d，並形成在二分開之密封墊51a、51b上。其將為有利的是能夠提供相同之功能性，並具有一減少之密封表面數目及/或一減少之零組件數目，以便簡化一燃料電池之組裝及減少該燃料電池之總成本。
一種減少零組件數目之方式係使該等密封墊51a、51b統一成單一密封墊，如於第6圖中所概要地顯示。於此配置中，密封表面64a、64d係提供於該密封墊61及該等液體流量靜電場起電板52a、52b之間，但該密封墊61及該薄膜－電極組件44間之密封表面64b、64c係設在該相同之密封墊61內，經過該密封墊61之橫截面係呈C字形之形式。該模製密封墊61有效地封包該薄膜－電極組件44之外部周邊。為達成此一結果，需要該等密封墊尺寸之緊密控制，以致該密封墊61之厚度係與該薄膜－電極組件44隨同該等擴散器層43a、43b之工作尺寸一致。雖然可達成零組件數目中之減少，這是以增加該製造過程之複雜性為代價。另外，建立模製密封墊61所需之加工及處理增加成本及減少該燃料電池之設計彈性。
本發明之一目的係提供一改善之密封墊設計。
根據第一態樣，本發明提供一燃料電池組件，其包含：一第一液體流量靜電場起電板；一第二液體流量靜電場起電板；一薄膜－電極組件，其具有第一及第二相反面，並介入於該第一及第二液體流量靜電場起電板之間；一密封墊，其延伸於該第一及第二液體流量靜電場起電板之間，並與該等液體流量靜電場起電板形成個別之第一及第二密封表面，該密封墊亦界定第三密封表面，該密封墊係藉著該第三密封表面而與該薄膜－電極組件之僅只一面接觸。
根據第二態樣，本發明提供一密封墊，用於密封一燃料電池之內部表面，其包含：一第一密封表面及一第二密封表面，它們位在該密封墊之相反面上；及一第三密封表面，其係完全在一藉由該第二密封表面的一內部周邊所界定之邊界內，其中該密封墊於該第二及第三密封表面之間界定一階梯輪廓。
根據第三態樣，本發明提供形成一燃料電池組件之方法，其包含該等連續之步驟：(i)提供第一液體流量靜電場起電板；(ii)在該第一液體流量靜電場起電板上安置一密封墊，該密封墊具有第一密封表面、第二密封表面、及第三密封表面，該第三密封表面係完全在一藉由該第二密封表面的一內部周邊所界定之邊界內，該第一密封表面係安置抵靠著該第一液體流量靜電場起電板；(iii)在該密封墊上安置一薄膜－電極組件，該薄膜－電極組件之第一表面的一周遭邊緣部份壓在該密封墊的第三密封表面之上面；(iv)在該薄膜－電極組件及該密封墊上方定位第二液體流量靜電場起電板，該第二液體流量靜電場起電板覆疊在該第二密封表面與該薄膜－電極組件之第二表面上；及(v)越過該密封墊及薄膜－電極組件於該第一及第二流體流量靜電場起電板之間施加壓縮壓力，以於(i)該密封墊之第一密封表面及該第一流體流量靜電場起電板之間、(ii)該密封墊之第二密封表面及該第二液體流量靜電場起電板之間、及(iii)該密封墊之第三密封表面及薄膜－電極組件之間提供流體密封件，該密封墊密封抵靠著該薄膜－電極組件之僅只一面。
在其各面中併入流體流動通道的陽極及陰極流體流量靜電場起電板之傳統設計，已參照第1至3圖作討論，且參照第4至6圖討論與此等流體流量靜電場起電板一起使用之典型密封墊的配置。
本發明考慮該項觀察的結果，即用於一待密封至允許其起作用之燃料電池單元，在一薄膜－電極組件的一表面上僅只需要一流體密封件，如相向於第5及6圖中所顯示之薄膜－電極組件的兩表面，且這能以單一密封墊達成。被密封在僅只一表面76上之薄膜－電極組件44係概要地說明於第7圖中，在此該薄膜－電極組件44係沿著一密封表面74b密封抵靠著一密封墊72。倘若此表面被充分地密封，該薄膜－電極組件之相反表面75不需要密封抵靠著該密封墊72，因為該密封表面74c防止由該薄膜－電極組件內或沒有該薄膜－電極組件之不想要的流體通過，且該密封表面74b防止流體由該薄膜－電極組件的一側面通過至另一側面(該薄膜－電極組件44之薄膜實質上僅只允許質子傳導)。
如此，藉著與流體流量靜電場起電板52a、52b兩者接觸，該密封墊72有效地密封該燃料電池之陰極及陽極隔層(大部份由該等擴散器層73a、73b所界定)。防止該等陰極及陽極隔層中之流體藉著一流體密封件所混合，該流體密封件藉著該薄膜－電極組件44的第一表面76上之密封表面74b所形成，並使此流體密封件之咬合表面設在該薄膜－電極組件44的一周邊及該密封墊72之間。
如此，其可看出該密封墊72係設有在該密封墊的第一面上之第一密封表面74a、及在該密封墊72的一相反面上之第二密封表面74c。該密封墊亦具有第三密封表面74b，並在該第二密封表面及該第三密封表面之間界定一階梯輪廓。該等第一及第二密封表面提供流體密封件，以分別抵靠著第一及第二流體流量靜電場起電板。該第三密封表面74b提供一流體密封件，以僅只抵靠著該薄膜－電極組件44的第一面76。該第三密封表面74b大體上係平行於該第一密封表面74a及第二密封表面74c之平面。該薄膜－電極組件的第二表面75不會形成一抵靠著該密封墊72之流體密封件。在第7圖中所顯示之範例中，於該第二密封表面74c及該第一密封表面74a之間延伸的密封墊72之第一部份77係為一厚度t1 ，其係比在該第三密封表面74b及該第一密封表面74a之間延伸的密封墊72之第二部份78的厚度t2 較大。厚度中之差異(t1 －t2 )較佳地是設計成可容納該薄膜－電極組件44及該擴散器層73b之厚度，以致可提供該流體密封件74b，而不會使該密封墊材料顯著扭曲。
該密封墊72可為譬如藉著模製或任何其他合適之製程所形成，該製程可導致所需之階梯輪廓剖面，並在該第三密封表面74b具有一減少之厚度。
遵循類似之一般原理，另一選擇密封配置係概要地顯示於第8圖中。於此圖面中，一密封墊82最初較佳地是具有均勻之厚度，亦即，當沒有施加任何壓力之下時，但係為一種可變化或增加壓縮之可能者。具有增加之變化壓縮可能性的密封墊之範例係揭示於英國專利申請案第0601986.3號中。孔腔可設在該密封墊82之一或兩表面的至少一部份上，以增加該部份中之密封墊材料的局部壓縮之可能性。譬如。孔腔可設在該密封墊82之至少藉著第三密封表面84b所界定的部份中。該壓縮可能性中之局部增加允許該密封墊82在相同的施加壓力之下進一步壓縮。該密封墊82可藉此壓縮至一所需之厚度t2 ，以於藉由第三密封表面84b所界定之區域中容納該薄膜－電極組件44，而不會減少在第一密封表面84a及第二密封表面84c提供流體密封件之能力。此配置較佳地是提供用於該第三密封表面84b，該第三密封表面84b將相對該第一密封表面84a及第二密封表面84c至少局部地傾斜成某個角度，以避免該薄膜－電極組件44之不適當的扭曲。
如於第7圖中所顯示，一減少厚度之區域的使用、或例如經過第8圖中之孔腔的增加壓縮可能性之區域、或兩者之結合，有利於使用單一密封墊環繞著該薄膜－電極組件44之適當流體密封，而不需要一可重複進入或C字形輪廓，如於第6圖中之密封墊61。
於第7及8圖兩者之實施例中，其能看出該第三密封表面74b、84b係朝內地毗連該第二密封表面74c、84c，比較於該第二密封表面，其表達係意欲指示該第三密封表面係朝向該燃料電池之中心。
如上面所敘述，本發明之一優點係經過密封表面的數目中之減少，減少用於密封一燃料電池所需之零組件的數目。進一步優點包含此一燃料電池之組裝的複雜性中之減少，及經過該總薄膜－電極組件面積中之減少而有一潛在更具成本效益之薄膜－電極組件設計。本發明亦能夠使一燃料電池以連續之層建立，如在下面詳細敘述者。
第9圖概要地說明一配置，並顯示一在其兩側面上具有擴散器層93之薄膜－電極組件91如何可在一密封墊82上方定位於適當位置。於此範例中，與第4圖中所顯示者作比較，該薄膜－電極組件之尺寸係減少。該薄膜－電極組件91之外部周邊95壓在該密封墊82之上面，使得該密封墊82的一內部周邊96整個位在該薄膜－電極組件之外部周邊95內。當在該二流體流量靜電場起電板52a、52b間之適當位置中時，該第三密封表面84b係設在該密封墊82的一內側周邊表面上，並延伸於該薄膜－電極組件外部周邊95及該密封墊內部周邊96之間，藉此在該密封墊82的內側周邊表面及該薄膜－電極組件91的外側周邊表面之間提供一流體密封。此配置可由該外部大氣環境有效地密封該薄膜－電極組件外部周邊95，其將限制該薄膜－電極組件的薄膜於使用中之脫水作用。
於一般之態樣中，該密封墊82沒有任何可重複進入之內面，以密封抵靠著該薄膜－電極組件44。參考第7及8圖，可藉著依照該流體流量靜電場起電板52a、該密封墊72、82、該擴散器層73a、83a、該薄膜－電極組件44、該擴散器層73b、83b、及該流體流量靜電場起電板52b之順序分層，以建立一包含該密封墊72、82之燃料電池堆。該密封墊不需要被預先形成於該薄膜－電極組件上，且如此不需要定製成一正確之電極組構。
在第10至12圖中進一步說明一較佳實施例，在此該密封墊82係設有複數緊接至一或兩表面之至少一部份的孔腔。
第10圖說明一適合用於本發明的密封墊53之代表部份。該密封墊153具有第一密封表面154及第二密封表面155。第一複數孔腔156係於該第一密封表面設在該密封墊153內，且在該部份密封墊之上方延伸。該等孔腔156以規則陣列延伸在該密封墊153之所顯示部份上方。亦顯示者係第二複數孔腔157，其在該第二密封表面155設在該密封墊內，且在此範例中，其尺寸及配置大體上類似於該第一複數孔腔。
雖然該等孔腔156在第10圖被顯示為設在該表面154，於其他實施例中，該等孔腔156可被設在該表面154之下，但充分地接近該表面，以便經過該密封墊153之厚度影響該局部之表面壓縮可能性。
該密封墊之密封表面154、155被界定為那些與一零組件之表面造成接觸的表面，而該密封墊將密封至該零組件之表面。該密封表面大致上不會因此包含該等孔腔156、157之內部表面。然而，當施加至該密封墊153之壓力係增加時，該等孔腔156、157之內部表面的一比率可變成該密封墊153之密封表面的一部份，其比率隨著增加施加之壓力而增加。
該“孔腔密度”一詞在此被用作一存在於該密封墊153之任何界定區域上方的孔腔數目之測量。該密封墊153的一部份之第一密封表面154上方的孔腔密度，可為不同於該密封墊153的相同部份之第二密封表面155上方的孔腔密度。譬如，如果第10圖之密封墊153的密封表面154之面積係1平方公分，且孔腔之數目係36個，在該第一密封表面上之孔腔密度係每平方公分36個。
如在此所使用者，該“孔腔容積”一詞係任何給定孔腔之總空隙容積，以一用於該密封墊153或其某一區域中之孔腔的平均數量之觀點，其可被有用地給與。
其將認知該密封墊的一區域中之孔腔密度及孔腔容積的每一種將至少局部地決定該密封墊之那區域的壓縮可能性。
本發明之密封墊較佳地是包含一可壓縮之材料，其於使用中具有充分之壓縮可能性，以密封抵靠著一燃料電池組件之各種內部表面，而該密封墊將在該等內部表面中使用。
該“可壓縮之材料”一詞係意欲涵括固體材料，其可在施加的壓縮壓力之下顯著地變形，且在一施加壓力之下，其物理機械性質之特徵可為彈性、亦即可回復的、及塑性、亦即永久及非可回復的變形之組合。諸如蠕動及粘彈性之時間相依的效應亦可局部地界定該可壓縮材料之性質。
該密封墊之一區域的壓縮可能性中之增加將對應於所需壓力中之減少，以壓縮該區域之整個厚度達相同之程度。另一選擇為相同之施加壓力將造成該區域之總厚度將減少達一較大程度。
在第11圖中所顯示者係適合用於本發明的密封墊161中之孔腔162、163的另一選擇非對稱配置之剖面圖，其中該等孔腔容積在該第一密封表面164及第二密封表面165上係不同的。緊接至該第一密封表面164之孔腔162係與緊接至該第二密封表面165之孔腔163具有不同尺寸。孔腔容積中之此型式變化的結果將是在相同的施加壓力之下，該等較大孔腔163間之密封墊材料166能夠比該等較小孔腔162間之密封墊材料167進一步壓縮。
藉著取代在第一密封表面164及第二密封表面165的每一表面之下方變更該平均之孔腔容積、變更該等孔腔間之間距、及如此影響該孔腔密度，可獲得一與第11圖中所顯示者類似之效果。
在緊接至該第一密封表面164及第二密封表面165之密封墊的至少選定之相反表面部份上，該孔腔密度及/或孔腔容積可為不同的，該等相反之表面部份係該第一密封表面164及第二密封表面165之選定區域，而該第一密封表面164及第二密封表面165大體上係在該密封墊161之相反密封表面上擴及同空間的。
於第11圖的密封墊161中之此一不對稱配置中，該表面黏附性質可因此偏向一表面。與另一密封表面165作比較，該密封墊161的一密封表面164之接觸面積將傾向於在該另一密封表面上方更喜歡黏著至一表面，而不需黏接劑或表面製備。
第12圖中所顯示者係在一上方零組件177及一下方零組件176間之壓縮之下，此一密封墊161之行為的剖面中之示意圖。該密封墊161係位於二構成表面174、175之間。一表面部件173係位在該下方構成表面174上，其突出該構成表面174之平面。於箭頭171所指示之方向中施加壓力，造成該補償區域172中之密封墊材料比在該補償區域之外的材料進一步壓縮。該密封墊之額外壓縮被吸收在該密封墊本身之容積內，且不會環繞著該密封墊161之外部周邊造成任何額外之膨脹。該等孔腔163允許該補償區域172內之環繞密封墊材料沿著與施力之方向正交的方向膨脹進入該等孔腔163。該表面部件173能譬如為一不可相對地壓縮之材料的箔片或填隙片，諸如一經定位之水分佈箔片，以覆蓋該流體流量靜電場起電板之選定區域。較佳地是，用於本發明之目的，該表面部件係該薄膜－電極組件91之周遭邊緣95的部件，如關於第9圖所敘述。既然該密封墊161能夠環繞著該表面部件173可壓縮地變形，環繞著該表面部件173之密封不會藉著其存在所妥協。
該密封墊153、161較佳地是可包含以一規則之列陣配置的長方形之孔腔156、157、162、163，譬如以一大體上均勻地隔開之正方形圖案，如在第10圖中所顯示。其他型式之規則重複圖案、諸如六角形或三角形圖案係亦可預見的。孔腔之非重複圖案或隨機分佈係亦可預見落在本發明之範圍內，其亦能以一孔腔密度及一平均之孔腔容積為特徵。
應了解該“孔腔”一詞係意欲涵括應用至越過一密封墊個別地隔絕孔腔之列陣、以及互連孔腔之列陣的定義，該互連孔腔之列陣形成在個別地隔絕支柱或其他升高部件之列陣內。本發明之密封墊可包含越過一或更多密封表面的至少一部份之孔腔的一或兩種型式。
其可預見的是在本發明中可使用各種傳統之密封墊材料，，諸如聚矽氧烷、腈或丁基橡膠＿然而，亦可使用其他材料、諸如膨體聚四氟乙烯。
該密封墊之厚度較佳地是少於10毫米。更佳地是，該未壓縮之密封墊厚度位在0.1及3毫米之間，且更佳地是仍然在0.1及1毫米之間。
較佳地是，該等孔腔156、157、162、163之平均容積係少於5立方毫米，且更佳地是位在0.001至1立方毫米之範圍內。該等孔腔之形狀較佳地是大體上為立方形，雖然該等孔腔可為任何適合之形狀，且亦較佳地是具有一在0.1及1毫米之範圍內的平均之線性尺寸。
本發明之密封墊53、61的孔腔較佳地是藉由施加一組織至均勻厚度之密封墊的表面所形成。此變形加工可譬如依次在加熱及壓力的條件之下於成形壓盤之間藉由該密封墊之壓縮模製所施行，而使該密封墊材料塑性變形成所需之形狀。另一選擇係，在該技藝中所習知之各種技術可被用來形成本發明之密封墊材料，諸如鑄造、射出成型、或使用變形加工滾筒軋製/壓延加工。
如上面所敘述之孔腔可設在本發明之密封墊的至少一部份中。例如，孔腔可設在一密封墊之界定該第三密封表面84b的區域上方，以致可於該區域中容納該薄膜－電極組件44之額外厚度。另一選擇係，孔腔可被設在該密封墊的一表面之較大部份上方、或在兩表面之部份或整個上方。
其他實施例係可預見落在所附申請專利之範圍內。
10．．．燃料電池
11．．．聚合物離子傳送薄膜
12．．．陽極
12a．．．中介支撐層
13．．．陰極
13a．．．中介支撐層
14．．．陽極液體流量靜電場起電板
15．．．陰極液體流量靜電場起電板
16．．．溝槽
17．．．薄膜－電極組件
20．．．蛇紋石結構
21．．．入口通孔
22．．．出口通孔
30．．．燃料電池組件
31．．．雙極板
32．．．陽極通道
33．．．陰極通道
34．．．薄膜－電極組件
41．．．擴散器組件
42．．．流體通孔
43．．．擴散器層
43a．．．擴散器層
43b．．．擴散器層
44．．．薄膜－電極組件
51a．．．密封墊
51b．．．密封墊
52a．．．液體流量靜電場起電板
52b．．．液體流量靜電場起電板
53．．．填隙片
54a．．．流體密封件
54b．．．流體密封件
54c．．．流體密封件
54d．．．流體密封件
61．．．密封墊
64a．．．密封表面
64b．．．密封表面
64c．．．密封表面
64d．．．密封表面
72．．．密封墊
73a．．．擴散器層
73b．．．擴散器層
74a．．．第一密封表面
74b．．．第三密封表面
74c．．．第二密封表面
75．．．相反表面
76．．．表面
77．．．第一部份
78．．．第二部份
82．．．密封墊
83a．．．擴散器層
83b．．．擴散器層
84a．．．第一密封表面
84b．．．第三密封表面
84c．．．第二密封表面
91．．．薄膜－電極組件
93．．．擴散器層
95．．．外部周邊
96．．．密封墊內部周邊
153．．．密封墊
154．．．第一密封表面
155．．．第二密封表面
156．．．第一複數孔腔
157．．．第二複數孔腔
161．．．密封墊
162．．．孔腔
163．．．孔腔
164．．．第一密封表面
165．．．第二密封表面
166．．．密封墊材料
167．．．密封墊材料
171．．．箭頭
172．．．補償區域
173．．．表面部件
174．．．下方構成表面
175．．．構成表面
176．．．下方零組件
177．．．上方零組件
以上係藉由範例及參考所附之圖面敘述本發明之實施例，其中：第1圖顯示經過傳統燃料電池的一部份之示意剖面圖；第2(a)及2(b)圖分別顯示第1圖之燃料電池的液體流量靜電場起電板之簡化平面圖及剖面圖；第3圖顯示經過一具有雙極板之傳統燃料電池堆的剖面圖；第4圖顯示一薄膜－電極組件的一部份之示意平面圖；第5圖顯示一位於二液體流量靜電場起電板之間、並以傳統密封墊密封的第4圖之薄膜－電極組件的一部份之剖線A－A'上之示意剖面圖；第6圖顯示一用於密封薄膜－電極組件的密封墊配置之示意剖面圖；第7圖顯示用於密封一薄膜－電極組件的另一密封墊配置之示意剖面圖；第8圖顯示用於密封一薄膜－電極組件的另一密封墊配置之示意剖面圖；第9圖顯示一在根據本發明的密封墊之實施例上方的適當位置中之薄膜－電極組件的示意平面圖；第10圖顯示一包含複數孔腔之密封墊部份的架構之立體圖；第11圖顯示第10圖之密封墊的一部份之剖面圖；及第12圖顯示第10圖之密封墊的一部份之剖面示意圖，同時在一施加之壓力下。
52a．．．液體流量靜電場起電板
52b．．．液體流量靜電場起電板
53．．．填隙片
82．．．密封墊
83a．．．擴散器層
83b．．．擴散器層
84a．．．第一密封表面
84b．．．第三密封表面
84c．．．第二密封表面

Claims (11)

  1. 一種燃料電池組件，其包含：一第一液體流量靜電場起電板；一第二液體流量靜電場起電板；一薄膜電極組件，其具有第一及第二相反面，並介入於該第一及第二液體流量靜電場起電板之間；一密封墊，其延伸於該第一及第二液體流量靜電場起電板之間，並與該等液體流量靜電場起電板形成個別之第一及第二密封表面；該密封墊亦界定第三密封表面，該密封墊係藉著該第三密封表面而與該薄膜電極組件之僅只一面接觸；其中，相較於該第二密封表面，該密封墊緊接該第三密封表面具有一增加壓縮可能性之區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池組件，其中該第三密封表面係朝內地毗連該第二密封表面。
  3. 如申請專利範圍第1項之燃料電池組件，其中該第三密封表面係與該第二密封表面平行之平面。
  4. 如申請專利範圍第1項之燃料電池組件，其中該第三密封表面係相對該第二密封表面傾斜成某個角度。
  5. 如申請專利範圍第1項之燃料電池組件，其中該密封墊在該第二及第三密封表面之間界定一階梯輪廓。
  6. 一種用於密封燃料電池之內部表面的密封墊，其包含：一第一密封表面及一第二密封表面，它們位在該密封 墊之相反面上；及一第三密封表面，其係完全在一藉由該第二密封表面的一內部周邊所界定之邊界內；其中該密封墊於該第二及第三密封表面之間界定一階梯輪廓。
  7. 如申請專利範圍第6項之密封墊，其中延伸於該第二密封表面及該第一密封表面的對應部份間之密封墊的第一部份係具有一厚度，該厚度係大於延伸在該第三密封表面及該第一密封表面的對應部份間之密封墊的第二部份之厚度。
  8. 如申請專利範圍第6項之密封墊，其中複數孔腔係提供緊接至該第三密封表面，以在該第三密封表面提供該密封墊的一部份之增加的壓縮可能性。
  9. 如申請專利範圍第6項之密封墊，其中複數孔腔係提供緊接至該第一及第二密封表面，以分別在該第一及第二密封表面提供該密封墊之諸部份的增加之壓縮可能性。
  10. 一種形成燃料電池組件之方法，其包含該等連續之步驟：(i)提供一第一液體流量靜電場起電板；(ii)在該第一液體流量靜電場起電板上安置一密封墊，該密封墊具有第一密封表面、第二密封表面、及第三密封表面，該第三密封表面係完全包圍在一藉由該第二密封表面的一內部周邊所界定之邊界內，其中，相較於該第二密封表面，該密封墊在該第三密封表面具有一增加壓縮可能 性之區域，該第一密封表面係安置抵靠著該第一液體流量靜電場起電板；(iii)在該密封墊上安置一薄膜-電極組件，該薄膜-電極組件之第一表面的一周遭邊緣部份壓在該密封墊的第三密封表面之上面；(iv)在該薄膜-電極組件及該密封墊上方定位第二液體流量靜電場起電板，該第二液體流量靜電場起電板覆疊在該第二密封表面與該薄膜-電極組件之第二表面上；及(v)越過該密封墊及薄膜-電極組件於該第一及第二流體流量靜電場起電板之間施加壓縮壓力，以於(i)該密封墊之第一密封表面及該第一流體流量靜電場起電板之間、(ii)該密封墊之第二密封表面及該第二液體流量靜電場起電板之間、及(iii)該密封墊之第三密封表面及薄膜-電極組件之間提供流體密封，該密封墊密封抵靠著該薄膜-電極組件之僅只一面。
  11. 如申請專利範圍第10項形成燃料電池組件之方法，另包含該等步驟：在步驟(i)或步驟(ii)之後，於該密封墊之內部周邊內，將一第一擴散器層安置在該第一液體流量靜電場起電板上；及在步驟(iii)之後，將一第二擴散器層安置於該薄膜-電極組件上。
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