專利名稱：積層式燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池，特別是關(guān)于一種積層式燃料電池。
背景技術(shù)：
公知燃料電池受限于其本身結(jié)構(gòu)的限制，例如公知直接甲醇燃料電池，如欲加大其功率輸出，則必須改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除了增加直接甲醇燃料電池的膜電極組的數(shù)量外，甚至其它相關(guān)構(gòu)成，例如流場，亦是必須配合改變，此種牽一發(fā)而動全身的作法是為主要缺失。
另一種作法是將各個單獨的公知燃料電池的正、負極予以串并聯(lián)一起，這種作法雖然可以達成加大整體功率的輸出，然而每個獨立的公知燃料電池各自具備其原有構(gòu)成，例如燃料儲存槽，因此所共同串并聯(lián)一起的燃料電池其整體體積，明顯地過于龐大，此為此種作法的主要缺點。
為了克服上述公知作法的缺點，傳統(tǒng)堆棧式燃料電池乃被設(shè)計出來。這類設(shè)計的典型已在美國專利USP5,200,278、USP5,252,410、USP5,360,679、以及USP6,030,718等前案揭示，雖采用此公知技術(shù)所制造的燃料電池可有比較高的發(fā)電效率，但是其組成復(fù)雜，制造并不容易，成本較為高昂，對外圍的配合系統(tǒng)的要求也較高。
另一種傳統(tǒng)平面展開式的燃料電池亦被設(shè)計出來，這類設(shè)計的典型已在美國專利USP 5,631,099、USP5759712、USP6,127,058、USP6,387,559、USP6,497,975、以及USP6,465,119等前案揭示，采用此類設(shè)計的燃料電池能夠適用于薄小的空間，對于小型用電產(chǎn)品如手機、PDA、或筆記型計算機的使用較為方便，且對于外圍系統(tǒng)的配合要求度較低，易制造性的優(yōu)點較堆棧式設(shè)計大幅提高，但是此類設(shè)計的燃料電池其發(fā)電功率較低。
美國專利USP5,631,099「表面復(fù)型燃料電池(Surface Replica Fuel Cell)」，已揭示可包含堆棧式及平面式設(shè)計方式的燃料電池，換言之，USP5,631,099可結(jié)合堆棧式及平面式設(shè)計的優(yōu)點，提高燃料電池的發(fā)電效率，并擁有重量輕、使用方便、空間限制性低等好處。然而USP5,631,099仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且制造不易、對于反應(yīng)生成物(例如水份)排除不易、對于空氣或氧氣的供應(yīng)不易等缺點。
本發(fā)明發(fā)明人有鑒于上述公知技術(shù)的缺點，乃亟思改良而發(fā)明一種積層式燃料電池，可依據(jù)供應(yīng)電力功率的設(shè)計參數(shù)，將符合該參數(shù)的積層式燃料電池予以制造出來，同時本發(fā)明的積層式燃料電池系統(tǒng)并擁有制造容易、成本低、重量輕、使用方便、空間限制性低等好處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的乃提供一種積層式燃料電池，讓輕、薄、短、小的燃料電池得于易于實行。
本發(fā)明的第二目的乃提供一種積層式燃料電池，可依據(jù)供應(yīng)電力功率的設(shè)計參數(shù)，將符合該參數(shù)的積層式燃料電池予以制造出來。
為達成本發(fā)明上述目的，本發(fā)明提供一種積層式燃料電池，乃包括兩片且呈平板結(jié)構(gòu)的單面陰極流道板、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陰極流道板、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陽極流道板、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙極燃料電池板。兩片單面陰極流道板是分別設(shè)置于積層式燃料電池的最外兩側(cè)。所述雙面陰極流道板是間隔夾層設(shè)置于該積層式燃料電池之間。所述雙面陽極流道板是間隔夾層設(shè)置于該積層式燃料電池之間。所述雙極燃料電池板是間隔夾層設(shè)置于該積層式燃料電池之間。設(shè)置在積層式燃料電池最外側(cè)的兩片雙極燃料電池板其陰極那側(cè)表面，乃是分別密接接合于兩片單面陰極流道板，以及，夾層設(shè)置在積層式燃料電池的其它所述雙極燃料電池板其陰極那側(cè)表面，是分別密接接合于各片雙面陰極流道板，以及，所述夾層的雙極燃料電池板其陽極那側(cè)表面，是分別密接接合于各片雙面陽極流道板。
為使熟悉該項技術(shù)人士了解本發(fā)明的目的、特征及功效，茲通過下述具體實施例，并配合所附附圖，對本發(fā)明詳加說明如后。


圖1顯示本發(fā)明積層式燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2顯示本發(fā)明積層式燃料電池實施例的分解圖。
圖3顯示本發(fā)明雙極燃料電池板的分解圖。
圖4顯示本發(fā)明具有陽極燃料入/出口的單面陰極流道板的立體圖。
圖5顯示本發(fā)明單面陰極流道板的立體圖。
圖6顯示本發(fā)明雙面陰極流道板的立體圖。
圖7顯示本發(fā)明雙面陽極流道板的立體圖。
符號說明10 積層式燃料電池20 燃料電池組裝單元30 集電片101、102單面陰極流道板103雙極燃料電池板104 雙面陽極流道板105雙面陰極流道板301 突伸部1011 陽極燃料流入口1013陽極燃料流出口1031 膜電極組 1033陰極夾板1033a 開口 1033b 導電片1033c 陰極焊墊 1035陽極夾板1035a 開口 1035b 導電片1035c 陽極焊墊 1041分流部1043 流出孔1051第一通孔1053 第二通孔具體實施方式
圖1顯示本發(fā)明積層式燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，以及圖2顯示本發(fā)明積層式燃料電池實施例的分解圖。本發(fā)明積層式燃料電池(10)乃包括兩片且呈平板結(jié)構(gòu)的單面陰極流道板(101)、(102)、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陽極流道板(104)、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陰極流道板(105)、以及至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙極燃料電池板(103)，且將上述諸構(gòu)件予以堆棧并密接接合呈一片單板式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。下文將說明圖1的各個構(gòu)件。
在圖1，本發(fā)明定義燃料電池組裝單元(20)依序是由第一片雙極燃料電池板(103)、一片雙面陽極流道板(104)、第二片雙極燃料電池板(103)、一片雙面陰極流道板(105)、第三片雙極燃料電池板(103)所組成。本發(fā)明積層式燃料電池的組裝方式是能夠依據(jù)供應(yīng)電力功率的要求條件，將可達到該條件的多個燃料電池組裝單元(20)予以堆棧一起，并且在最外兩側(cè)面再分別堆棧單面陰極流道板(101)、(102)，利用壓合手段來將堆棧的各個構(gòu)件予以密接接合。
圖3顯示本發(fā)明雙極燃料電池板的分解圖。多片雙極燃料電池板(103)是間隔夾層設(shè)置于積層式燃料電池(10)之間。雙極燃料電池板(103)是包括一片陰極夾板(1033)、至少一個以上的膜電極組(1031)、一片陽極夾板(1035)，并且，所述膜電極組(1031)是夾層固定在陰極夾板(1033)與陽極夾板(1035)之間。陰極夾板(1033)乃設(shè)置至少一個以上的開口(1033a)，而所述開口(1033a)的設(shè)置數(shù)量乃由所述膜電極組(1031)的數(shù)量而定，并且，開口(1033a)的面積是略小于膜電極組(1031)面積。同理，陽極夾板(1035)乃設(shè)置至少一個以上的開口(1035a)，而所述開口(1035a)的設(shè)置數(shù)量乃由所述膜電極組(1031)的數(shù)量而定，并且，開口(1035a)的面積是略小于膜電極組(1031)面積。
在圖3中，在陰極夾板(1033)的表面，其可以依據(jù)選擇在上表面或下表面或是上、下兩表面，設(shè)置電子布線(1033b)，其中所述電子布線(1033b)的一末端是分別與對應(yīng)的所述膜電極組(1031)的陰極電氣性連通，且另一末端是分別與所述陰極焊墊(1033c)相連接，且所述陰極焊墊(1033c)是設(shè)置于陰極夾板(1033)的板邊。同理，在陽極夾板(1035)的表面，其可以依據(jù)選擇在上表面或下表面或是上、下兩表面，設(shè)置電子布線(1035b)，其中所述電子布線(1035b)的一末端是分別與對應(yīng)的所述膜電極組(1031)的陽極電氣性連通，且另一端是分別與所述陽極焊墊(1035c)相連接，且所述陽極焊墊(1035c)是設(shè)置于陽極夾板(1035)的板邊。
陰極夾板(1033)與陽極夾板(1035)的基材乃可以選擇抗化性非導體工程塑料基板、塑料碳基板、FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖基板、陶瓷基板、高分子塑化基板、復(fù)合式材料基板、印刷電路基材、Prepreg樹脂膠片等其中一種。
本發(fā)明膜電極極組(1031)的具體實施例，乃可以采用相關(guān)公知技術(shù)，例如可以直接采行由質(zhì)子交換膜所作成的直接甲醇膜電極極組。
圖4顯示本發(fā)明具有陽極燃料入/出口的單面陰極流道板的立體圖，以及圖5顯示本發(fā)明單面陰極流道板的立體圖。兩片單面陰極流道板(101)、(102)是分別設(shè)置于積層式燃料電池的最外面兩側(cè)，且單面陰極流道板(101)、(102)其具有流道結(jié)構(gòu)的那一面表面，是與雙極燃料電池板(103)的陰極那一面表面密接接合。單面陰極流道(101)、(102)可以設(shè)置成平板結(jié)構(gòu)，并且在板體的上表面挖設(shè)多條平行溝槽，以形成陰極燃料(例如空氣)的信道。外部的空氣可自箭頭A(請參見圖4、圖5的箭頭標號A)進入，單面陰極流道(101)、(102)的入口區(qū)域乃挖設(shè)成一小面積凹陷區(qū)域，以讓空氣得以順利流入?？諝饽軌蛄魍ㄓ谒鰷喜矍疫M入至雙極燃料電池板(103)的所述陰極，最后，剩余的空氣與陰極生成物自箭頭B(請參見圖4、圖5的箭頭標號B)流出。
在圖4中，單面陰極流道(101)的下表面乃設(shè)置陽極燃料流入口(1011)與陽極燃料流出口(1013)，外部陽極燃料(例如甲醇水溶液)自陽極燃料流入口(1011)流入積層式燃料電池(10)的內(nèi)部，然后，陽極燃料會流入至每片雙面陽流道板(104)，最后，剩余的陽極燃料與陽極生成物都自陽極燃料流出口(1013)流出。
圖6顯示本發(fā)明雙面陰極流道板的立體圖。多片雙面陰極流道板(105)乃是間隔夾層設(shè)置在積層式燃料電池(20)之間。雙面陰極流道板(105)的上表面是與雙極燃料電池板(103)的陰極那一面表面密接接合，并且，同一片雙面陰極流道板(105)的下表面是與另一片雙極燃料電池板(103)的陰極那一面表面密接接合。雙面陰極流道(105)可以設(shè)置成平板結(jié)構(gòu)，并且在板體的上表面、下表面各自挖設(shè)多條平行溝槽，以形成陰極燃料(例如空氣)的信道。外部的空氣可自箭頭A(請參見圖6的箭頭標號A)進入，在雙面陰極流道板(105)的上、下表面的各入口區(qū)域，乃相鄰?fù)谠O(shè)成凹陷區(qū)域、鏤空區(qū)域、凹陷區(qū)域，以讓空氣得以順利流入?？諝饽軌蛄魍ㄓ谒鰷喜矍疫M入至雙極燃料電池板(103)的所述陰極，最后，剩余的空氣與陰極生成物自箭頭B(請參見圖6的箭頭標號B)流出。
雙面陰極流道板(105)的第一貫通孔(1051)與第二貫通孔(1053)乃分別對應(yīng)于單面陰極流道(101)的的陽極燃料流入口(1011)與陽極燃料流出口(1013)，同時，且分別對應(yīng)于雙面陽極流道板(104)的分流部(1041)與流出孔(1043)。因此，就本發(fā)明多片平板板體所積層堆棧的積層式燃料電池(10)的結(jié)構(gòu)來看，單一個陽極燃料流入口(1011)、多個第一貫通孔(1051)、以及多個分流部(1041)乃是連成相通一起的小空間；并且，單一個陽極燃料流出口(1013)、多個第二貫通孔(1053)、多個流出孔(1043)乃是連成相通一起的另一小空間。
圖7顯示本發(fā)明雙面陽極流道板的立體圖。多片雙面陽極流道板(104)乃是間隔夾層設(shè)置在積層式燃料電池(20)之間。雙面陽極流道板(104)的上表面是與雙極燃料電池板(103)的陽極那一面表面密接接合，并且，同一片雙面陽極流道板(104)的下表面是與另一片雙極燃料電池板(103)的陽極那一面表面密接接合。雙面陽極流道板(104)可以設(shè)置成平板結(jié)構(gòu)，并且在板體的上表面、下表面各自挖設(shè)多條溝槽以及多條條孔，以形成陽極燃料(例如甲醇水溶液)的信道。
雙面陽極流道板(104)的分流部(1041)與流出孔(1043)是為鏤空結(jié)構(gòu)。來自于陽極燃料流入口(1011)的外部陽極燃料，流通于各層的雙面陰極流道板(105)的第一貫通孔(1051)以及各層的雙面陽極流道板(104)的分流部(1041)。然后，流入至各層雙面陽極流道板(104)的分流部(1041)的陽極燃料，再流向至各層雙面陽極流道板(104)的內(nèi)部流道，而進入至雙極燃料電池板(103)的所述陽極。最后，位于各層雙面陽極流道板(104)剩余的陽極燃料與陽極生成物，乃分別流向各層流出孔(1043)、再流經(jīng)各層的雙面陰極流道板(105)的第二貫通孔(1053)，最后，自陽極燃料流出口(1013)流出至外部。
上述單面陰極流道板(101)、(102)、雙面陰極流道板(105)、雙面陽極流道板(104)乃分別設(shè)置多個集電片(30)。所述集電片(30)是用來與對應(yīng)的雙極燃料電池板(103)的陰極或陽極接觸，且所述集電片(30)是分別密接固定在單面陰極流道板(101)、(102)、雙面陰極流道板(105)、雙面陽極流道板(104)。所述的集電片(30)可具有至少一個以上的突伸部(301)，而所述突伸部(301)是與上述對應(yīng)的電子布線(1033b)、(1035b)做電氣性連接。集電片(30)的材料乃是一種導電材料，且同時為一抗腐蝕及/或防酸的抗化性材料，例如其可以選擇不銹鋼(SUS316)片、金箔、鈦金屬、一石墨材料、一碳金屬化合物材料、金屬合金片及低阻抗的高分子導電片等其中一種。
上述單面陰極流道板(101)、(102)、雙面陰極流道板(105)、雙面陽極流道板(104)的基材乃可以選擇一抗化性非導體工程塑料基板、石墨基板、金屬基板、塑料碳基板、FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖基板、陶瓷基板、高分子塑化基板以及復(fù)合式材料基板等其中一種。
本發(fā)明積層式燃料電池(10)能夠依據(jù)供應(yīng)電力功率大小，來彈性調(diào)整燃料電池組裝單元(20)的設(shè)置數(shù)量，此為本發(fā)明優(yōu)點之一。同時，本發(fā)明積層式燃料電池(10)的陽極燃料出/入口采用單個入口與單個出口的設(shè)計，能夠大幅簡化陽極燃料供應(yīng)結(jié)構(gòu)，此為本發(fā)明優(yōu)點之一。又由于本發(fā)明采積層式結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明易于實現(xiàn)出輕、薄、短、小的燃料電池，此為本發(fā)明優(yōu)點之一。
雖然本發(fā)明已具體實施例揭露如上，然其所揭露的具體實施例并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，其所作的更動與潤飾都屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的保護范圍當根據(jù)權(quán)利要求所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種積層式燃料電池，其特征在于，包括兩片且呈平板結(jié)構(gòu)的單面陰極流道板，是分別設(shè)置于該積層式燃料電池的最外兩側(cè)；至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陰極流道板，是間隔夾層設(shè)置于該積層式燃料電池之間；至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陽極流道板，是間隔夾層設(shè)置于該積層式燃料電池之間；至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙極燃料電池板，其中設(shè)置在該積層式燃料電池最外側(cè)的兩片雙極燃料電池板其陰極那側(cè)表面，是分別密接接合于兩片單面陰極流道板，以及其中夾層設(shè)置在該積層式燃料電池的其它所述雙極燃料電池板其陰極那側(cè)表面，是分別密接接合于各片雙面陰極流道板，以及所述夾層的雙極燃料電池板其陽極那側(cè)表面，是分別密接接合于各片雙面陽極流道板。
2.如權(quán)利要求1所述的積層式燃料電池，其特征在于，該雙極燃料電池板，是包括一片陰極夾板、至少一個以上的膜電極組、一片陽極夾板，其中所述膜電極組是夾層固定在該陰極夾板該陽極夾板之間。
3.如權(quán)利要求2所述的積層式燃料電池，其特征在于，該陰極夾板，是包含至少一個以上的開口，且所述開口是分別對應(yīng)于所述膜電極組。
4.如權(quán)利要求2所述的積層式燃料電池，其特征在于，該陽極夾板，是包含至少一個以上的開口，且所述開口是分別對應(yīng)于所述膜電極組。
5.如權(quán)利要求2所述的積層式燃料電池，其特征在于，該陰極夾板(1033)，是包含設(shè)置在該陰極夾板表面的至少一個以上導電片，其中所述導電片是分別與對應(yīng)的所述膜電極組的陰極電氣性連通。
6.如權(quán)利要求2所述的積層式燃料電池，其特征在于，該陽極夾板，是包含設(shè)置在該陽極夾板表面的至少一個以上導電片，其中所述導電片是分別與對應(yīng)的所述膜電極組的陽極電氣性連通。
7.如權(quán)利要求1所述的積層式燃料電池，其特征在于，該單面陰極流道板，是進一步設(shè)置一個陽極燃料注入口，以及一個陽極燃料流出口，其中該陽極燃料注入口與陽極燃料流出口是用來作為該積層式燃料電池所使用陽極燃料的單一出入口。
8.如權(quán)利要求2所述的積層式燃料電池，其特征在于，該陰極夾板的基材，是選擇一抗化性非導體工程塑料基板、一塑料碳基板、一FR4基板、一FR5基板、一環(huán)氧樹酯基板、一玻纖基板、一陶瓷基板、一高分子塑化基板、一復(fù)合式材料基板、一印刷電路基材、一Prepreg樹脂膠片等其中一種。
9.如權(quán)利要求2所述的積層式燃料電池，其特征在于，該陽極夾板的基材，是選擇一抗化性非導體工程塑料基板、一塑料碳基板、一FR4基板、一FR5基板、一環(huán)氧樹酯基板、一玻纖基板、一陶瓷基板、一高分子塑化基板、一復(fù)合式材料基板、一印刷電路基材、一Prepreg樹脂膠片等其中一種。
全文摘要
本發(fā)明是一種積層式燃料電池，包括兩片且呈平板結(jié)構(gòu)的單面陰極流道板、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陰極流道板、至少一片以上且呈平板結(jié)構(gòu)的雙面陽極流道板、所述雙面陰極流道板、所述雙面陽極流道板、所述雙極燃料電池板等是間隔夾層設(shè)置于該積層式燃料電池之間。設(shè)置在積層式燃料電池最外側(cè)的兩片雙極燃料電池板其陰極那側(cè)表面，是分別密接接合于兩片單面陰極流道板，以及，夾層設(shè)置在積層式燃料電池的其它所述雙極燃料電池板其陰極那側(cè)表面，是分別密接接合于各片雙面陰極流道板，以及，所述夾層的雙極燃料電池板其陽極那側(cè)表面，是分別密接接合于各片雙面陽極流道板。
文檔編號H01M8/24GK101079485SQ20061008109
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者張倉銘, 高志榮, 潘俊祎, 黃緯莉 申請人:勝光科技股份有限公司