TWI441380B - The dark groove structure of electrochemical cell flow channel and its preparation method - Google Patents

Description

電化學電池流道板之暗溝結構及其製法

本發明「電化學電池流道板之暗溝結構及其製法」，尤指一種電化學電池之流道板中，設置於流道槽與貫通口的連接孔新結構與製法。

近年來，電化學發電技術相當熱門，其中的燃料電池即為一例。該種燃料電池係將燃料及氧化劑轉化為電能並產生反應產物。燃料電池由於能量轉換效能高，低污染，進行反應作用時無噪音，且能長時間連續工作，可預見勢必成為明日之星。另一使用範例為水電解電池，係利用與燃料電池相反原理，透過電能將純水原料反應產生氫氣與氧氣，具備與燃料電池相同的高效率無污染操作簡易之特性。

以燃料電池的型態來說，依照電解質種類來區分大致可分為鹼性電解質燃料電池、固態氧化物電解質燃料電池以及質子交換膜電解質燃料電池等。其中的質子交換膜作為電解質的技術能實現低溫操作、輕薄化、高效率的特性，燃料電池更是為各廠家發展的重點。該種質子交換膜電解質之電化學燃料電池，至少包括複數組膜電極組(簡稱MEA，Membrane Electrode Assembly)與導流板(簡稱FFP，Flow Field Plate)等組成部分。其中之膜電極組，係電化學反應燃料電池之核心元件，其提供反應物燃料氣體(例如氫氣)及氧化劑(例如純氧或含氧氣之空氣)在此處發生電化學反應之作用，依不同的反應模式，燃料電池進行發電產生水，水解電池進行電解產生氫氣氧氣。

一般來說，為提高電池總功率，須將複數電池單元透過疊合之方式，串聯構成電池組。該各電池單元中，包括有一膜電極組，該膜電極組係被夾設於兩塊流道板中間，該各流道板之各表面，藉由壓鑄、沖壓或機械銑雕等工序形成有流道，該流道分別用於導流氣體、水等反應物與產物。由於該流道板之雙面均設置有流道槽，因此其中的正面能提供膜電極組之陽極導流用，相對的另一個反面則提供膜電極組之陰極導流用，至於該種雙面均有流道槽之結構，通稱為雙極板。

習知燃料電池單元，請參閱第一圖。包括有兩流道板1與一膜電極組2。其中之流道板1，兩側面中央皆設有流道槽10結構；該流道槽10中設置有複數板片11，其間並形成有複數流道12，另於流道槽10外緣之流道板1四端角結構處，開設有複數個貫通口14；原則上，其中兩個位於流道槽10對角線上的特定兩貫通口14係供正面的流道槽10連通用，而另兩個貫通口14則提供背面的流道槽10連通用。習知結構為能使流道槽10與對應的貫通口14相互連通，多是在其間開設有外露式的連接通路13，且於該連接通路13間形成有間隔板15。習知結構，由於連接通路13與間隔板15處呈外露狀，該種結構無法應用於高壓力之操作環境。若操作壓力過大時，結構極易產生變形或毀損。須知，膜電極組2兩邊的密封效果非常重要，若因變形導致密封不良，將會產生相當危險的後果，輕則使燃料氣體與氧化劑氣體外洩到電池外部，嚴重則一旦燃料氣體與氧化劑氣體在燃料電池內部發生混和，便有可能發生燃燒現象。顯見，傳統流道板結構的密封性與耐壓能力仍有待提升，方能增進安全，並符合提升操作壓力之需求。

有鑑於此，發明人意圖解決上述發生於先前技術的問題，因而研發成本案，發明人期藉本案之提出，俾改進現有電池流道板之結構缺陷。

本發明「電化學電池流道板之暗溝結構及其製法」，其主要目的在於：解決習知流道板中流道槽與對應的貫通口間連接通路處，易因變形造成密封性不佳與抗壓性差的問題，期能提供一種創新的結構與製法，以獲致密封性良好且操作壓力得以提升等目的。

藉由上述達成確實密封之目的，本案衍生能獲致的優點為：避免燃料氣體與氧化劑氣體外洩到電池外部，同時防止因燃料氣體與氧化劑氣體在電池內部發生混和所可能產生的激烈燃燒危險，以增進安全。

為達上述目的，本發明具體之內容為：將該流道板中，流道槽與對應的貫通口間的連接通路，由習知外露式的連接通路，改採內埋的暗溝式連接孔。

本案藉由將連接孔採內埋的暗溝式設置，能使流道板之結構除了流道槽與貫通口之外，都呈現平整狀態，確實有助於提升密封效果且適用於高壓力操作環境。

前述連接孔，其中一種製作方式，係藉鑽頭採用鑽孔工序所達成。

前述連接孔於鑽孔時，得採斜鑽孔之方式以形成連接孔。

請參閱第二圖與第三圖所示，該單一燃料電池單元，包括有一膜電極組2與兩流道板3，其中該膜電極組2被夾設於兩流道板3間。

該各流道板3，以石墨或碳複合材料製作，兩側面中央皆設有流道槽30結構；該流道槽30中設置有複數板片31，其間並形成有複數流道32；另於流道槽30外緣之流道板3四端角結構處，開設有複數個貫通口34；其中兩個位於流道槽30對角線上的特定兩貫通口34係供正面的流道槽30連通用，而另兩個貫通口34則提供背面的流道槽30連通用；本案特徵在於：該各流道槽30與對應需連通的貫通口34間，穿設有連接孔33，該連接孔33數量為一個或一個以上，係採內埋的暗溝式設計。藉由連接孔33之穿設，即能使流道槽30與對應需連通的貫通口34連通之關係。

為能製作該連接孔33，該流道板3經製作出流道槽30與貫通口34後，藉鑽頭自貫通口34朝向流道槽30端進行斜鑽孔工序，即能完成斜置狀之連接孔33。

由圖中可知，由於本案之連接孔33採內埋的暗溝式設計，因此該流道板3兩側端面之結構中，除了流道槽30與貫通口34處之外，都呈現平整狀態，特別是位於流道槽30與貫通口34之間的平整區域(即習知結構中設置連接通路13與間隔板15處)，即與習知結構有很大的不同。

第四圖係在揭示該電池係由多組電池單元所串聯疊合。

本案中，該連接孔33之所以為斜置狀，優點在於若以斜置的方式在電池擺放水平時可利於氣體向上排出，及不累積在角落位置並進氣或進液時減緩衝擊力。同時在應用0型環時因為斜置的暗溝會有分別在靠近流道這邊板材的斷面肉厚較深，而靠近貫穿孔較淺，但背面的厚薄度則剛好相反的，O型環可施放於較厚處，因為斜置而產生的交錯位置可用於O型環交錯放置使用，可提高空間利用效率。

綜上所述，本發明「電化學電池流道板之暗溝結構及其製法」，其藉由將連通孔採內埋之暗溝式設計，確實有效提升密封效果，適合於高壓力之操作環境，且增加使用安全性，本案之功效至為明確。依現行專利法第四十四條規定，未有違反同法第二十一條至第二十四條、第二十六條、第三十條第一項、第二項、第三十一條、第三十二條或第四十九條第四項等規定之情事。本案在產業上確實得以利用，於申請前未曾見於刊物或公開使用，且非為公眾所知悉之技術。再者，本案有效解決先前技術中長期存在的問題並達成相關使用者與消費者長期的需求，得佐證本發明並非能輕易完成。本案完全符合專利法規定之「產業利用性」、「新穎性」與「進步性」等要件，爰依法提請專利，懇請 鈞局詳查，並儘早為准予專利之審定，以保護申請人之智慧財產權，俾勵創新。

本發明雖藉由前述實施例來描述，但仍可變化其形態與細節，於不脫離本發明之精神而達成，並由熟悉此項技藝之人士可了解。前述本案之較佳實施例，僅係藉本案原理可以具體實施的方式之一，但並不以此為限制，應依後附之申請專利範圍所界定為準。

1‧‧‧流道板

10‧‧‧流道槽

11‧‧‧板片

12‧‧‧流道

13‧‧‧連接通路

14‧‧‧貫通口

15‧‧‧間隔板

2‧‧‧膜電極組

21‧‧‧貫通口

3‧‧‧流道板

30‧‧‧流道槽

31‧‧‧板片

32‧‧‧流道

33‧‧‧連接孔

34‧‧‧貫通口

35‧‧‧平整區域

第一圖：係為習知流道板與膜電極組結構之立體分解圖。

第二圖：係為本發明流道板與膜電極組結構之立體分解圖。

第三圖：係為本發明流道板結構之立體局部剖面示意圖。

第四圖：係為本發明之流道板串聯成燃料電池之立體示意圖。

3．．．流道板

31．．．板片

32．．．流道

33．．．連接孔

35．．．平整區域

Claims (5)

1. 一種電化學電池流道板之暗溝結構，該流道板中包括：一流道槽，設於流道板任一側面，該流道槽中設置有複數板片，各板片間形成有複數流道；一個或一個以上的貫通口，該貫通口位於流道槽外緣處之流道板上；一個或一個以上的連接孔，該連接孔位於流道板結構內部，連接於流道槽與貫通口之間，形成流道槽與貫通口之連通關係，該連接孔係呈斜置狀。
2. 如請求項第1項所述電化學電池流道板之暗溝結構，其中該流道板之材料為石墨或碳複合材料。
3. 如請求項第1項所述電化學電池流道板之暗溝結構，其中該流道槽與貫通口於流道板之正反兩面皆有設置。
4. 一種電化學電池流道板之暗溝結構製法，包括：取一流道板；於流道板上製作出流道槽與貫通口；於貫通口與流道槽之間進行鑽孔，該鑽孔，係自貫通口朝向流道槽端進行斜鑽孔；取得位於流道槽與貫通口之間的連接孔。
5. 如請求項第4項所述電化學電池流道板之暗溝結構製法，其中該鑽孔，係以鑽頭進行。