TWM452465U

TWM452465U - 緊緻型雙極板

Info

Publication number: TWM452465U
Application number: TW101221374U
Authority: TW
Inventors: zhen-jiang Huang; Zhen-Kun Guo; wei-hong Weng; Song-En Wang
Original assignee: zhen-jiang Huang
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-05-01

Description

緊緻型雙極板

本創作係有關於一種緊緻型雙極板，尤其是指運用於燃料電池且可縮小體積或相對提高燃料電池功率的雙極板設計，藉以雙極板共用之特徵技術，達到高功率密度的電能功效為創新設計者。

按，燃料電池因具備低污染及高能源轉換效率之特性，成為近年來極受矚目之能源供應技術，而燃料電池是一種透過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉換成電能的電池，其在陽極供應燃料並在陰極供應氧化劑，即可藉由電化學反應將燃料的化學能轉換為電能。其所使用的燃料可為氫氣或經重組後的天然氣、甲醇、汽油等，而其氧化劑可為氧氣或空氣。若以氫氣為燃料則燃料電池的產物是水、電能和熱能，故只要連續不斷地供應燃料，燃料電池就可以不斷地發電。由於燃料電池之反應產物是水，因此對環境沒有任何的污染，藉由其高效率與低污染的兩大特點使得此技術開發以來一直廣受矚目。

現今生活中存在多種燃料電池，但它們運作原理基本上大致相同，必定包含一個陽極，一個陰極以及電解質讓電荷通過電池兩極。電子由陽極傳至陰極產生直流電，完整電路。各種燃料電池是基於使用不同的電解質以及電池大小而分類的，因此電池種類變得更多元化，用途亦更廣泛。由於以個體燃料電池計，單一顆電池只能輸出相對較小的電壓，大約0.7V，所以燃料電池多以串連或一組的分式製造，以增加電壓，配合應用需求；而一般傳統之單電池為由一質子交換膜對應可形成陰、陽兩極反應空間的分隔板而成，兩相堆疊之單電池為以兩分隔板相對貼抵，因此，會形成佔體積的現象，且若在一定體積內其單電池的組數不多，相對具有減少效能的缺失。

緣是，創作人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，改良創作一緊緻型雙極板，其目的在於提供一種可縮小體積或相對提高燃料電池功率的板片設計，藉以雙極板共用之特徵技術，達到上述功效者。

為了達到上述實施目的，本創作人乃研擬如下實施技術，為一種緊緻型雙極板，該雙極板主要運用於燃料電池堆中，而該燃料電池堆為由複數單電池串聯所構成，而每一單電池包含有質子交換膜、氣道墊片及雙極板，而其兩相鄰之單電池間共用一雙極板者，其中該雙極板之上、下端分別設有對應供燃料、水及氧氣導入與排出的進、出入孔槽，且雙極板第一端面上設有凹陷連通的第一流道，而第二端面具有與第一流道相對錯位而設的第二流道，使雙極板之第一、第二流道可分別對應供燃料、氧氣(或水)流通產生陰、陽極氣體擴散反應(或冷卻)；藉此，利用雙極板雙向技術，使其讓兩單電池間可共用雙極板，達到縮小燃料電池堆的體積，相對也可增加效能者。

在本創作的一實施例中，該單電池包含有質子交換膜，及位於質子交換膜兩側的雙極板，及分別位於質子交換膜與雙極板間的第一、第二氣道墊片，其中該第一、第二氣道墊片上設有分別遮蔽左側或右側進、出入孔槽，進行導入與排出氣體的遮蔽段，以使氣體〔燃料、氧氣〕分別流經雙極板第一端面之第一流道及第二端面之第二流道，再藉以質子交換膜讓兩氣體流通產生陰、陽極氣體擴散反應者。

在本創作的一實施例中，該雙極板為金屬材質製成，且以不鏽鋼為最佳者，因而具有厚度小、質量輕之優點，不僅可縮減燃料電池之體積，亦能達到輕量化之需求，且只需設計(開模)一種雙極板即可供燃料電池之陽、陰極使用，可避免如傳統之燃料電池需要用到兩種不同設計的雙極板，有效降低燃料電池因模具複雜性所產生之製造成本。

在本創作的一實施例中，該燃料電池堆中設有至少一冷卻系統，該該冷卻系統包含有一水道墊片及位於水道墊片兩側的雙極板，且冷卻系統與單電池間共用一雙極板者。

在本創作的一實施例中，該燃料電池堆中之單電池與冷卻系統錯位而設，且冷卻系統與單電池間共用一雙極板者。

在本創作的一實施例中，雙極板間可以銲接接合或導電膠黏合，銲接接合之銲點可供雙極板間傳遞電子之用；再者，銲接方式較佳可以雷射點銲接合二雙極板，因雷射銲接(LBW)因具能量密度高，入熱量低、熱影響小等優點，可有效降低銲道熱裂與銲接敏化的發生。

〈本創作〉

(A)‧‧‧單電池

(B)‧‧‧冷卻系統

(1)‧‧‧質子交換膜

(2)‧‧‧雙極板

(21)‧‧‧上端部

(211)‧‧‧水進入孔槽

(212)‧‧‧第一進入孔槽

(213)‧‧‧第二進入孔槽

(22)‧‧‧下端部

(221)‧‧‧水出入孔槽

(222)‧‧‧第一出入孔槽

(223)‧‧‧第二出入孔槽

(23)‧‧‧第一端面

(231)‧‧‧第一流道

(24)‧‧‧第二端面

(241)‧‧‧第二流道

(3)‧‧‧第一氣道墊片

(31)‧‧‧遮蔽段

(4)‧‧‧第二氣道墊片

(41)‧‧‧遮蔽段

(5)‧‧‧水道墊片

(51)‧‧‧遮蔽段

第一圖：本創作實施例一立體分解示意圖

第二圖：本創作之雙極板與第一氣道墊片貼抵示意圖

第三圖：本創作之雙極板與第二氣道墊片貼抵示意圖

第四圖：本創作之單電池立體剖視示意圖

第五圖：本創作之雙極板與水道墊片貼抵示意圖

第六圖：本創作實施例二立體分解示意圖

為令本創作所運用之技術內容、創作目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：首先，請一併參閱第一~五圖所示，本創作之緊緻型雙極板側視示意圖，該燃料電池堆為由複數單電池(A)串聯所構成，而每一單電池(A)包含有質子交換膜(1)，及位於質子交換膜(1)兩側的雙極板(2)，及分別位於質子交換膜(1)與雙極板(2)間的第一、第二氣道墊片(3)、(4)，而其兩相鄰之單電池(A)間共用一雙極板(2)者，其中：該雙極板(2)上端部(21)分別設有對應供水及氣體〔燃料或氧氣〕導入的水進入孔槽(211)及第一、第二進入孔槽(212)、(213)，而下端部(22)分別設有對應供水及氣體〔燃料或氧氣〕排出的水出入孔槽(221)及第一、第二出入孔槽(222)、(223)，且雙極板(2)第一端面(23)上設有凹陷連通的第一流道(231)，且第一端面(23)對應與單電池(A)之第一氣道墊片(3)相貼，而該第一氣道墊片(3)上設有遮蔽第二進、出入孔槽(213)、(223)及水進、出入孔槽(211)、(221)的遮蔽段(31)，以使氣體經雙極板(2)第一進入孔槽(212)導入而流通於第一端面(23)之第一流道(231)，且由第一出入孔槽(221)排出，而其雙極板(2)第二端面(24)具有與第一流道(231)相對凹凸錯位而設的第二流道(241)，且第二端面(24)對應與單電池(A)之第二氣道墊片(4)相貼，而該第二氣道墊片(4)上設有遮蔽第一進、出入孔槽(211)、(221)及水進、出入孔槽(211)、(221)的遮蔽段(41)，以使氣體經雙極板(2)第二進入孔槽(2 13)導入而流通於第二端面(24)之第二流道(241)，且由第二出入孔槽(223)排出者。

請一併參閱第一~五圖所示，本創作之組裝使用的實施例係有下列二種，其分述如下：實施例一為該燃料電池堆為由複數單電池(A)串聯所構成，而於燃料電池堆中設有至少一冷卻系統(B)，組裝時，為一個一個單電池(A)分別堆疊組設，首先，讓一單電池(A)之質子交換膜(1)兩側分別對應組設第一、第二氣道墊片(3)、(4)，再於第一、第二氣道墊片(3)、(4)的外側分別對應設置雙極板(2)，而其每一雙極板(2)上端部均設有對應供水及氣體〔燃料或氧氣〕導入的水進入孔槽(211)及第一、第二進入孔槽(212)、(213)，而下端部則分別設有對應供水及氣體〔燃料或氧氣〕排出的水出入孔槽(221)及第一、第二出入孔槽(222)、(223)，因此，當第一氣道墊片(3)貼抵在雙極板(2)第一端面(23)時，其藉由該第一氣道墊片(3)上遮蔽第二進、出入孔槽(213)、(223)及水進、出入孔槽(211)、(221)的遮蔽段(31)，而使燃料氣體〔於此以氫氣為例〕經雙極板(2)第一進入孔槽(212)導入而流通於第一端面(23)之第一流道(231)，且可由第一出入孔槽(222)排出；相對地，其當第二氣道墊片(4)貼抵在雙極板(2)第二端面(24)時，其藉由該第二氣道墊片(4)上遮蔽第一進、出入孔槽(211)、(221)及水進、出入孔槽(211)、(221)的遮蔽段(41)，而使氧氣經雙極板(2)第二進入孔槽(213)導入而流通於第二端面(24)之第二流道(241)內，且可由第二出入孔槽(223)排出；而上述之氫氣流通於雙極板(2)第一流道(231)，而氧氣流通於雙極板 (2)第二流道(241)，兩氣體藉由雙極板(2)間的質子交換膜(1)而產生作用反應。

而上述為簡述一單電池(A)的反應作用，當數個單電池(A)疊置時，其兩相鄰之單電池(A)係共一雙極板(2)，以讓雙極板(2)第二端面(24)對上一單電池(A)，而雙極板(2)另一側的第一端面(23)對應下一單電池(A)，藉此，利用雙極板(2)雙向流道的技術，使其讓兩單電池(A)間可共用雙極板(2)，達到縮小燃料電池堆的體積，相對也可增加效能者。另外，在諸多排列堆疊的單電池(A)中係設有至少一冷卻系統(B)，該冷卻系統(B)主要為供冷卻劑流通，使其冷卻單電池(A)的反應溫度及供單電池(A)反應後的產物(水)排出；而該冷卻系統(B)包含有一水道墊片(5)及位於水道墊片(5)兩側的雙極板(2)，而此雙極板(2)與上述雙極板(2)構造相同，即讓冷卻系統(B)與上一單電池(A)及下一單電池(A)均共用一雙極板(2)，主要藉以水道墊片(5)上遮蔽第一、第二進、出入孔槽(213)、(223)的遮蔽段(51)，而能讓冷卻劑經水進入孔槽(211)而流竄於雙極板(2)第一端面(23)之第一流道(231)與第二端面(24)之第二流道(241)間，再由水出入孔槽(221)排出以冷卻燃料電池堆的反應溫度者。

實施例二為該燃料電池堆為由複數單電池(A)與冷卻系統(B)交錯排列串聯所構成，即為一單電池(A)對應串聯一冷卻系統(B)，再依序重複串聯。當組裝時，如上述之一單電池(A)的模式，於該單電池(A)前後均可組設冷卻系統(B)，而其冷卻系統(B)之雙極板(2)係與單電池(A)共用，即讓冷卻系統(B)與上一單電池(A)及下一單電池(A)均共用一雙極板(2)，而其作動與反應與上述實施例一相同；藉此，利用雙極板(2)雙向流道的技術，使其讓兩單電池(A)間可共用雙極板(2)，達到縮小燃料電池堆的體積，相對也可增加效能者。

值得注意的，本創作之雙極板(2)係以金屬基材製成，具有厚度小、質量輕之優點，不僅可縮減燃料電池之體積，亦能達到輕量化之需求，且只需設計(開模)一種雙極板即可供燃料電池之陽、陰極使用，可避免如傳統之燃料電池需要用到兩種不同設計的雙極板，有效降低燃料電池因模具複雜性所產生之製造成本；此外，雙極板(2)間係以銲接接合或導電膠黏合，銲接接合之銲點可供雙極板間傳遞電子之用；再者，銲接方式較佳可以雷射點銲接合二雙極板，因雷射銲接(LBW)因具能量密度高，入熱量低、熱影響小等優點，可有效降低銲道熱裂與銲接敏化的發生。

前述之實施例或圖式並非限定本創作之結構樣態，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本創作之專利範疇。

藉由以上所述，本創作結構之組成與使用實施說明可知，本創作與現有結構相較之下，係具有以下優點，敘述如下：

1.本創作之緊緻型雙極板，藉以利用雙極板雙向流道的技術，使其讓兩單電池間或單電池與冷卻系統間均可共用一雙極板，達到縮小燃料電池堆體積的功效者。

2.本創作之緊緻型雙極板，藉以利用雙極板雙向流道的技術，使其讓兩單電池間或單電池與冷卻系統間均可共用一雙極板，當在一定體積範圍中，其本創作可容納多組單電池，相對具有高功率密度及增加燃料電池效能的功用者。

3.本創作之緊緻型雙極板，藉以利用雙極板雙向流道的技術，而具有節省構件成本、組裝時效等優點者。

綜上所述，本創作實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出新型專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。