TWM302131U - Fuel cell device - Google Patents

Description

M302131 • 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 且特別係一種具有雙面流道板 本創作係關於一種燃料電池 的燃料電池裝置。 【先前技術】 燃料電池是一種將儲存在揪 仕Μ枓和虱化劑中的化學能通過電 極反應直接轉化為電能的發觀置。燃料電池__當多，而 且分類的方式也各有所不同，若依質子交細性質不同加以區 分，有驗性燃料電池、伽燃料電池、質子交換膜燃料電池、溶 融碳酸鹽燃料電池、固態氧化物燃料電池等五種不同質子交換膜 的燃料電池。 於傳統燃料電池結構中，流道板係置於膜電極組_)的兩 端，其所使關材質應具備高導雜、高強度、易加王、重量輕 和成本低鮮特性，目前製作流道板的材料有^墨、紹及不鑛 鋼，通常係石墨製成。在流道板上加工流道，作為供應燃料 與氣體之通道，使反應物能經由流道到達擴散層，而進入作用層 參與反應。另外，流道板亦具有傳導電流的功能，使反應所產生 的電流得以應用，因此又稱為電流收集板（current eQlie& plate) 〇 然而，傳統的流道«如：石墨板)通常係採單面流道設計， 而且其本身的體積大，重量不夠輕盈，導電能力亦有待加強。而 M302131 . 傳統的燃料電池堆（stack)，則由於係採用此種笨重的單面流道 . 板所堆疊而成，導致燃料電池堆整體的體積與重量皆因而加倍， 相當不利於整合至可攜式的消費性電子產品，而且整體的集電能 力亦差強人意。 【新型内容】 本創作之主要目的係提供一種燃料電池裝置，不但可讓燃料 藝電池本身的體積及重量大幅減少，亦可增進流道板的集電功能。 為達成本創作上述目的，本創作提供一種燃料電池裝置，係 至乂包括·一個以上的膜電極組，其中該膜電極組係至少包含： -陽極電極、子交換膜及—陰極電極；—個以上的雙面流道 板，係設置於該膜電極組的一側。其中，該雙面流道板係至少包 含· -板體，係具有至少—個以上的流道結構，其巾該些流道結 構的。又置位置，係對雜合該些膜電極_設置位置卜個以上 • 的導電片，係、—導電材料且該些導電片分別覆蓋住該板體的該些 饥道、了構’且_導電片係固定於該板體丨以及—個以上的集電 片’係-導電材料且該些集電片分別覆蓋住該些導電片，且該些 集電片係分別固定於該些導電片。 ， 為使麵、_技*人士瞭解本創作之目的、特徵及功效，兹 藉由下返具體實施例，並配合騎之圖式，對本創作詳加說明如 M302131 【實施方式】 • 帛-麵示本創作燃料電池裝置之—具體實施例基本部分的 立體組合圖。參考第-圖所顯示，本創作的燃料電池装置⑴係單 -燃料電池，其敍少包括：膜電極組⑽、雙面流道板⑽。 其中，膜電極組(1〇)係至少包含：陽極電極(1〇〇)、質子交換膜⑽) 以及陰極電極(1G4)。雙面流道板⑽係設置賴電極組⑽的一 側。如第-圖所顯示，雙面流道板⑽的每一側面分別係由複數 齡侧曰溝（120)平行排列且間隔設置而形成。因而，本創作燃料電池 裝置（1)可藉由一供給機制使得燃料通過槽溝（12〇)來與膜電極組 ⑽進行電化學反應，以產生電力。第―圖中的雙面流道板⑽ 係呈現-種波形結構，當然本創作的雙面流道板⑽亦可為梯形 及/或方形及/或半六邊形及/或半圓形等各種幾何圖形所構成的 鑛齒結構。 第二圖係本創作燃料電池裝置之另一具體實施例基本部分的 ，立體組合圖。參考第二圖所顯示，本創作的燃料電池裝置（2)係一 燃料電池堆(stack)，其係至少包括：該些膜電極組(2〇)、雙面流 道板(22)。其中，膜電極組(2〇)係至少包含：陽極電極(2〇〇)、質 子父換膜（202)以及陰極電極（2〇4)。雙面流道板(22)係設置於該 些膜電極組(20)的一侧，特別係設置於該些膜電極組(2〇)的該些 陽極電極(200)之間。當然，本創作燃料電池裝置（？）中的雙面流 ，道板(22)並非僅限定於設置在該些膜電極組(2〇)的該些陽極電極 ‘ （200)之間的情況下，其亦可應用於多種變化實施例，例如：可將 7 M302131 . 雙面流道板(22)設置於該些膜電極組(20)的該些陰極電極(204) • 之間，或者可將雙面流道板(22)設置於該些膜電極組(20)的該陽 極電極（200)與該陰極電極（2〇4)之間。另外，如第二圖所顯示， 雙面流道板(22)的每一侧面分別係由複數個槽溝(220)平行排列 且間隔設置而形成。因而，本創作燃料電池裝置（2)可藉由一供給 機制使得燃料通過槽溝(22〇)來與膜電極組(2〇)進行電化學反 應，以產生電力。第二圖中的雙面流道板(22)係呈現一種波形結 % 構，當然本創作的雙面流道板(22)亦可為梯形及/或方形及/或半 六邊形及/或半圓形等各種幾何圖形所構成的鋸齒結構。 第二圖係本創作燃料電池裝置之又一具體實施例基本部分的 立體組合圖。參考第三圖所顯示，本創作的燃料電池裝置（3)係一 燃料電池堆(stack)，其係至少包括：該些膜電極組(3〇)、該些雙 面流道板(32)。其巾，該類電極組⑽)係設置於該些雙面流道 板(32)之間，其係至少包含：陽極電極(3〇〇)、質子交換膜（3〇2) • 以及陰極_(3〇4)。如第三圖所顯示，雙面流道板(32)的每-侧 面分別係由複數個槽溝(32〇)或槽溝(322)平行排列且間隔設置而 形成。_，本創作燃料電池裝置⑶可藉由—供給機制使得燃料 ‘ 通過槽溝(320)或槽溝(322)來與膜電極組(30)進行電化學反應， ， 叫生電力。第三圖中的雙面流道板(32)係呈現-種波形結構， 當然本創作的雙面流道板(32)亦可為梯形及/或方形及/或半六邊 化及/或半圓料各種幾何卿所構成的_結構。 " 第四A目齡本__電絲置所使狀雙面流道板 8 M302131 ； (12)、（22)、（32)的立體分解圖。第四β圖顯示第四A圖的雙面 . 流逗板組合後的剖面示意圖。參考第四A圖所顯示，本創作所使 用的雙面流道板(12)、（22)、（32)包括：板體(40)，係具有至少 一個以上的流道結構，其中該些流道結構的設置位置，係對應配 &忒些膜電極組(1〇)、（2〇)、（3〇)的設置位置。該些導電片（42)， 係使用一導電材料且該些導電片W2)分別覆蓋住板體w〇)的該些 流遏結構，且該些導電片（42)係固定於板體(4〇)。該些集電片 _ (44)，係使用一導電材料且該些集電片（44)分別覆蓋住該些導電 片（42)，且該些集電片（44)係分別固定於該些導電片（42)。在具 體實施過程中，可使用點焊方式來將該些導電片（42)密接至該些 集電片（44)，再藉由熱壓合機使用prepreg樹脂膠片或一種具抗 腐蝕及/或防酸功能的接合劑（如·· AB膠等）來將該些導電片（4幻 與該些集電片（44)壓合密接至板體(40);或者是，於導電片以2) 上附著一 Prepreg樹脂膠片，再與集電片W4)壓合密接；亦或者 • 是，於—抗化性非金屬/金騎料上塗抹AB與具抗賴及/或防 酸功能的接合劑，再與集電片⑽壓合密接，因而使得在導電片 (42)之上形成一抗化性保護層。另外，於第四a圖中，導電片（似) 同時具有一延伸部(42a)，以電氣性連接至外部電路。 參考第四c ®所示，係第四B圖的雙面流道板的變化實施例 的剖面示意圖。板體⑽可進-步設置有一個以上的電路元件 ， （46)，電路元件⑽可㈣—佈線(-咖try)，且特:係一印刷 - 式佈線(pnnted C1rcuitry)。如第四C圖所示，電路元件（46) 9 M302131 恰與導電片（42)的延伸部（42a)作電氣性連接。至於在材質選用方 面，板體(40)的基材可以選擇一抗化性非導體工程塑膠基板、塑 膠碳基板、FR4基板、FR5基板、環氧樹酯基板、玻纖基板、陶瓷 基板、高分子塑化基板以及複合式材料基板等其中一種。而導電 片（42)的材質，可以係選擇自金、銅、銀、碳、高導電性金屬等 其中一種。集電片（44)的材質可以係選擇一導電性佳之材料，且 其表面特別係經過抗腐蝕及/或防酸之處理或其本身即具有該特 性之抗化性金屬材料（如：不錄鋼、鈦、金、石墨、碳金屬化合 物等）。 參考第四D圖所示，係第四C圖的雙面流道板的變化實施例 的剖面示意®。如細D圖所齡，本創作所使用的雙面流道板 (12)、（22)、（32)包括·板體(40)，係具有至少一個以上的流道 、、、口構，其中該些流道結構的設置位置，係對應配合該些膜電極組 (1〇)、（20)、（30)的設置位置。該些第一集電片（41)，係使用一 • 導電材料且該些第一集電片（41)分別覆蓋住板體⑽的該些流道 、会口構，且该些第一集電片（41)係固定於板體(4〇)。該些導電片 (42)，係使用-導電材料且該些導電片（42)分別覆蓋住該些第一 集電片（41)，且該些導電片（42)係分別固定於該些第一集電片 (41)。该些第二集電片（43) ’係使用—導電材料且該些第二集電 片（43)分別覆蓋住該些導電片（42)，且該些第二集電片⑷)係分 ， 別蚊於該些導電片⑽。在具體實施過程中，可藉由點焊方^ • 來絲―、第二集電片⑹、（43)與導電片（42)上下夾層密接或 10 M302131 部轉料第―、第二集電片⑷）、⑽與導電片（42)後四週 ·#赠合、氬焊等枝密翻定成單—元件，碰壓合密接至板 版(40)另外，於第四D圖中，導電片⑽同時具有一延伸部 (42a)，以電氣性連接至板體⑽)上的電路元件(46) 〇 第五圖係第二圖之燃料電池裝置的變化實施例基本部分的立 體刀解圖如第五圖所顯示，本創作的燃料電池裝置⑵可進一步 匕括基板(24)，係具有至少一個以上的中空部，其中該些中空 拍叹置位置，係對應配合該麵電極組(2_設置位置，且使 該麵電極組⑽及雙面流道板⑽能舰合密接至基板⑽ 上再者基板(24)可進一步設置有一個以上的電路元件(⑹， 電路元件⑽可以係-佈临rcuitry)，且特別係—印刷式佈線 (printed drcuitry)，其中電路元件(26)可透過與該些導電片 (42)的延伸部(42a)相接觸，而與雙面流道板⑽的該些導電片 (42)作電氣性連接，進而使魏些钱片⑽能夠透過該佈線而 電祕接成-串聯及/或並魏路，因而可將燃料電池堆的各電力 ► 產生k作-連結。而林__電池裝置⑵_料供給機制 方面’係可透過設置於基板(24)上的渠道⑽)來具體實施。首 先，將燃料注入進口⑽a)，接著燃料沿著渠道⑽)行進，最後 流至槽溝⑽）中，_便刊此__電極組⑽進行電化學 反應’因而產生電力。 本創作的燃料電池裝置可⑽_種_液·:料(如··甲醇） 的燃料電池、或採用氣態燃料的燃料電池、或採用固態燃料的燃 11 M302131 . v料電池等等。最後，歸納本創作之特點及功效如下· 1. 摘作觸電池裝置使用—種具钱何職結構的雙面流道 板，可讓燃料電池(特別是燃料電池堆)整體的體積及重量皆奸 減少’此有料電池整合至可赋㈣·電子產品。 2. 本創作騎電池裝置糊雙面流道板板體本身_性，因而可將 集電片製造為極_結構，可讓罐f池本身_積及 減少。 Μ • 3.本創作燃料電池裝置所使用的雙面流道板可藉由使用具有抗化 性非導體的工程娜材f的板體，再設置導電材料的集電片 此不但可讓燃料電池的重量輕而具有可攜帶之便利性，且同時使 雙面流道板具有良好的集電功能。 4.本創作㈣電池裝置所使用的雙面流道板可有效防止燃料(如： 曱醇)或電化學反應生成物對集電片的表面進行破壞，因而降低 燃料電池的汰換率。 一 φ 雖然本創作已以具體實施例揭露如上，然其所揭露的具體實施 例並非肋限定本_，任何熟悉此技藝者，在本創作之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，其所作之更動與潤錦皆屬 於本創作之範轉，本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界 定者為準。 【圖式簡單說明】 第一圖係本創作燃料電池裝置之一具體實施例基本部分的立體 12 M302131 組合圖。 第二圖係本創作燃料電池裝置之另一具體實施例基本部分的立 體組合圖。 第三圖係本創作燃料電池裝置之又一具體實施例基本部分的立 體組合圖。 第四A圖顯示本創作燃料電池裝置所使用之雙面流道板的立體 分解圖。 .第四B圖顯示第四a圖的雙面流道板組合後的剖面示意圖。 第四C圖顯示第四B圖的雙面流道板的變化實施例的剖面示咅 圖。 ’ 第四D圖顯示第四c圖的雙面流道板的變化實施例的剖面示音 圖。 第五圖係第二圖之燃料電池裝置的變化實施例基本部分的立體 分解圖。 > 【主要元件符號說明】 燃料電池裝置（1)、（2)、（3) 膜電極組(10)、（20)、（30) • 陽極電極(100)、（200)、（300) ’ 質子交換膜（102)、（202)、（302) 陰極電極（104)、（204)、（304) 槽溝（120)、（220)、（320)、（322) 13 M302131 雙面流道板(12)、（22)、（32) 基板(24) 渠道(240) 進口（240a) 電路元件（26) 板體(40) 導電片（42) 延伸部（42a) 集電片（44) 電路元件(46) 14

Claims (1)

1. M302131 九、申請專利範圍： 1· 一種燃料電池袈置，係至少包括： -個以上的膜電極組，其中該膜電極組係至少包含：一陽極電 極、一質子交換膜及一陰極電極； -個以上的雙面流道板，係設置於顧電極組的—側，其中該 雙面流道板係至少包含： 一板體，係具有至少-個以上的流道結構，其中該些流道 • 、、Ό構的U又置位置，係對應配合該些膜電極組的設置位置； 個以上的導電片’係-導電材料且該些導電片分別覆蓋 住該板體的該些流道結構，且該些導電片係固定於該板體；以及 -個以上的集電片，係-導電材料且該些集電片分別覆蓋 住6亥些導電片，且該些集電片係分別固定於該些導電片。 2·如申請專利範圍第丨項所述的簡電池裝置，其巾魏料電池裝置 係一燃料電池堆(stack)。 籲 3.如申請專利範圍第2項所述的燃料電池裝置，其中該雙面流道板係 設置於該些膜電極組的該些陽極電極及/或該些陰極電極之間。 4.如申請專利翻第丨項所述的燃料電池裝置，其中該燃料電池裝置 係一燃料電池。 5· 一種燃料電池裝置，係至少包括： 一個以上的膜電極組，係設置於複數個雙面流道板之間，其中 、 _電極組係至少包含：一陽極電極、-質子交麵及1極電極； . 以及 15 M302131 / 該複數個雙面流道板，其中該雙面流道板係至少包含： 板體’係具有至少-個以上的流道結構，其中該些流道 結構的設置位置，係對應配合該些膜電極組的設置位置； 個以上的導電H導f材料且該些導電#分別覆蓋 住該板體的該些流道結構，且該些導電片係固定於該板體丨以及 1、-個以上的集電片，係_導電材料且該些集電片分別覆蓋 住該些導f# ’且該些集電#係分·定於該些導電片。 • 6.如中請專利範圍第5項所述的燃料電池裝置，其中該燃料電池裝置 係一燃料電池堆(stack)。 如申請專利範圍第5項所述的燃料電池裝置，其中該燃 係一燃料電池。 ’如申明專利範g第1項或第5項所述的燃料電池裝置，其中該歧集 電片係藉由點焊方式而被密接至該些導電片。 9.如申請專利範圍第8項所述的燃料電池錢，其中該些集電片與該 些導電片的組合物係藉由使用—接合軌被壓合密接至該板體。 10p如申請專利範圍第9項所述的簡電池裝置，其巾 Pr印reg樹脂膠片。 口 ^係 11.如申請·翻第9項所述的_電池裝置，其中該 腐蝕及/或防酸接合劑。 d你抗 12αΓ1請專利範圍第11項所述的簡電池裝置，其中該接合劑係— 13· —種燃料電池裝置，係至少包括·· -個以上的膜電極組，其中該膜電極組係至少包含：—陽極電 16 M3 02131 - 極、一質子交換膜及一陰極電極； —個社的雙面流道板，錢置於該膜電極組的-側，其中該 雙面流道板係至少包含·· -板體，係具有至少-個以上的流道結構，其中該些流道 結構的設置織，係對絲合該麵電極組的設置位置； 個以上的第-集電片，係—導電材料城些第一集電片 分別覆蓋住該板體的該些流道結構，且該些第一集電片係固定於該 板體； • 、 -個以上的導電片，係—導電材料且該些導電片分別覆蓋 住該些第一集電片，且該些導電片係分別固定於該些第一集電片二 以及 ' ， 一個以上的第二集電片，係一導電材料且該些第二集電片 分別覆蓋住該些導電片，㈣些第二集電片係分·定於該些導電 片。 —、 _ U.如㈣專利範圍第13項所述的燃料電池裝置，其中該燃料電池裝 置係一燃料電池堆(stack)。 15·如申請專利範圍第μ項所述的燃料電池裝置，其中該雙面漭首板 係設置於該些膜電極組的該些陽極電極及/或該些陰極電極之門。 16·如申請專利範圍第13項所述的燃料電池裝置，其中該燃料電、、也狀 ’ 置係一燃料電池。 ’ ' 17· 一種燃料電池裝置，係至少包括·· - 一個以上的膜電極組，係設置於複數個雙面流道板之間，其中 17 M302131 該膜電極組係至少包含：一陽極電極、一質子交換膜及一陰極電極； 以及 該複數個雙面流道板，其中該雙面流道板係至少包含： 一板體，係具有至少一個以上的流道結構，其中該些流道 結構的設置位置，係對應配合該些膜電極組的設置位置； 一個以上的第一集電片，係一導電材料且該些第一集電片 分別覆蓋住該板體的該些流道結構，且該些第一集電片係固定於該 板體； 一個以上的導電片，係一導電材料且該些導電片分別覆芸 住該些第一集電片，且該些導電片係分別固定於該些第一集電片·， 以及 一個以上的第二集電片，係一導電材料且該些第二集電片 分別覆蓋住該些導電片，且該些第二集電片係分卿定於該=電 片。 18. 如申tf專繼圍第17柄述的簡電池裝置，其中麵料電池裝 置係一燃料電池堆(stack)。 19. 如申請專利範圍第17項所述的燃料電轉置，財該燃料電池裝 置係一燃料電池。 20. 如申請專利範圍第13項或第17項所述的燃料電、、也狀置，其中，此 第-、第二集電片及該些導電片係藉由點焊及錢焊^ 式而密接在一起。 21·如申請專利範圍第2〇項所述的燃料電池裝詈 仅夏’其中該些第一、第 18 M302131 二集電片及該些導電片離合物係藉由使用—接合劑而被墨合密 接至該板體。 22·如申請專利範圍第21項所述的燃料電池裝置，其中該接合 Prepreg樹脂膠片。 、〜口剐係一 23·如申請專利範圍第21項所述的燃料電池裝置，其中該接合 抗腐名虫及/或防酸接合劑。 知糸 24·如申請專利範圍第23項所述的燃料電池裝置，其中該接合劑係一 AB 膠。 '、 25.如申請專利範圍第1項或第5項或第13項或第Π項所述的燃料電 池裝置，其中該板體的基材，係選擇一抗化性非導體工程塑膠基板、 一塑膠碳基板、一 FR4基板、一 FR5基板、一環氧樹酯基板、一玻 纖基板、一陶瓷基板、一高分子塑化基板以及一複合式材料基板等 其中一種。 、 26·如申請專利範圍第！項或第5項或第13項或第17項所述的燃料電 池裝置，其中該導電片的材質，係選擇自金、銅、銀、碳、高導電 性金屬等其中一種。 27.如申請專利範圍第1項或第5項所述的燃料電池裝置，其中該集電 片的材質，係選擇自不銹鋼、鈦、金、石墨、碳金屬化合物、抗化 性金屬等其中一種。 28·如申請專利範圍第丨韻第5項所述_料電池裝置，其中該集電 片係-導電材料，且其表崎經祕雜及/或_之處理。 29·如申請專利範圍第丨3項或第17項所述的燃料電池裝置，其中該第 一、第二集電片的材質，係選擇自不銹鋼、鈦、金、石墨、碳金屬 19 M302131 化合物、抗化性金屬等其中一種。 30·如申請專利範圍第13項或第17項所述的燃料電池裝置，其中該第 -、第二集電片係-導電材料，且其表面係經過抗雜及/或防酸之 處理。 31.如申請專利範圍第1項或第5項或第13項或第17項所述的燃料電 池裝置’其中該雙面流道板進-步包括：至少—個以上的電路元件， 係設置於該板體。

   32. 如申請專利棚第31項所述_料電池裝置，其中該魏元件係 一佈線(circuitry)。 33. 如申請專利範圍第32項所述之集電板，其中該佈線係—印刷式佈 線(printed circuitry)，且電氣連接至該些導電片。 34. 如申請專利範圍第1項或第5項或第13項或第17項所述的燃料電 池裝置，進一步包括： -基板，係具有至少-個以上的中空部，其中該些中空部的設置 位置，係對應配合該些膜電極組的設置位置。 35. 如申請專利範圍第34項所述的燃料電池裝置，進一步包括：至少 一個以上的電路元件，係設置於該基板。 ^ 36. 如申請專利麵第35賴賴簡電池裝置，其巾該電路 一佈線(circuitry)。 ’、 37·如申請專利範圍第36項所述的燃料電池裝置，其中該佈線係4 刷式佈線(printedcircuitry) ’且電氣連接至該雙面流道板的: 導電片。 Λ 4 20 M302131 38.如申請專利範m 37項所述的燃料電池裝置，其中該些導電片係 透過該佈線而電氣連接成一串聯及/或並聯電路。 肌如㈣專利範圍第1項或第5項或第13項或第丨7項所繊料電 繼’其中該雙面流道板的每—侧面分別係由複數個槽溝平行排 列且間隔設置而形成一波形結構。 .如申請專利侧丨蝴5糊13項或第η項所繊料電 ’其中該雙面流道板的每—_分職域數個槽溝平行排 =曰1歐“職-卿及/心形及/ 圓形 之幾何圖形所構成的鋸齒結構。 思