專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池及其模塊，且特別涉及一種燃料電池。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)能源如煤、石油及天然氣的消耗量持續(xù)升高。由 于天然能源的存量有限，因此，目前各國(guó)都在研發(fā)新的替代能源以取代傳統(tǒng) 能源，而燃料電池便是一種重要且具實(shí)用價(jià)值的選擇。
圖1A為已知一種堆疊式燃料電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1A,燃 料電池才莫塊100包括膜電極組(membrane electrode assembly, MEA)llO、陽(yáng) 極集電板120a以及陰極集電^反120b。陽(yáng)極集電4反120a與陰極集電板120b 所使用的材料為石墨板，且陽(yáng)極集電板120a與陰極集電板120b的側(cè)面皆刻 畫有多個(gè)凹槽，以分別作為陽(yáng)極流道122a與陰極流道122b。陽(yáng)極流道122a 與陰極流道122b分別用以輸送陽(yáng)極反應(yīng)物(甲醇溶液)以及陰極反應(yīng)物(氧氣 或空氣)。在實(shí)際應(yīng)用情況下，通常會(huì)使多個(gè)燃料電池模塊100堆疊，如此 則可以產(chǎn)生更高的功率輸出。
承上述，已知的燃料電池會(huì)存在一些問題，而影響發(fā)電效率以及提高制 造成本。舉例來說，在燃料電池中，陰極端會(huì)在化學(xué)反應(yīng)的過程中產(chǎn)生水。 而這些水若累積在陰極端，則會(huì)阻礙陰極端的反應(yīng)作用，進(jìn)而降低燃料電池 的發(fā)電效率。為了解決上述的陰極端的水累積的問題，通常會(huì)利用氣體泵浦 (未繪示)，將空氣(或氧氣)打入陰極流道以供陰極端產(chǎn)生反應(yīng)，并同時(shí)由此 驅(qū)動(dòng)陰極端所產(chǎn)生的水離開燃料電池，來達(dá)到排水的目的。但是，氣體泵浦 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音較大，且其功耗過大，不適用于可攜式產(chǎn)品中，且氣體泵 浦的使用壽命不長(zhǎng)，如此會(huì)使得成本提高。
為防止燃料電池的陰、陽(yáng)極的反應(yīng)物泄漏，并使氣體泵浦所產(chǎn)生的氣體 壓力可完全提供至陰極流道，因此燃料電池的各構(gòu)件，特別是指陰極集電板 與膜電極組之間，必須緊密壓合，以避免氣體或液體泄漏，而造成不良的影 響，例如電池的發(fā)電效率降低。傳統(tǒng)組裝燃料電池的各構(gòu)件的方式，是利用
陽(yáng)極集電板與陰極集電板的面積遠(yuǎn)大于膜電極組的面積，且在陽(yáng)極集電板與
陰極集電板的外側(cè)加上兩片端板(end plate),然后再以多個(gè)螺絲鎖固周圍區(qū) 域，使兩個(gè)端板緊靠而壓合燃料電池。然而，此種壓合方式卻會(huì)使得膜電極 組具有不同的壓縮量，而影響膜電極組內(nèi)部的阻抗及其發(fā)電量，進(jìn)而降低燃 料電池的使用壽命。而且，在壓合燃料電池的過程中，常會(huì)造成以石墨板做 成的集電板發(fā)生破裂的問題，而使得制造成本提高。雖然，以金屬板來作為 集電板可以解決石墨板易破裂的問題，但是金屬板的重量較重，且會(huì)有材料 腐蝕的問題。
請(qǐng)參照?qǐng)D1B,其繪示已知另一種平面堆疊式燃料電池的立體圖。此平 面堆疊式燃料電池130主要包括多個(gè)燃料電池模塊132以及風(fēng)扇134。同一 片燃料電池模塊132會(huì)有多個(gè)膜電極組在同一個(gè)平面上，而每一個(gè)膜電極組 外側(cè)配置有陰極集電板136。傳統(tǒng)的陰極集電板例如是金屬編織網(wǎng)(如圖1C 所示)、金屬?zèng)_孔的薄片(如圖1D所示)，或者是以電路板材料FR4為基材的 表面鍍金多孔性集電板(如圖1E所示)。由于上述各陰極集電板的材料具有撓 曲性，因此在進(jìn)行壓合的組裝過程中，會(huì)使陰極集電板產(chǎn)生變形，造成燃料 電池才莫塊的歐姆阻抗(內(nèi)阻)過高，而使電池整體的發(fā)電效率降低。
平面堆疊式燃料電池130的排水方式，是以使用壽命較長(zhǎng)的風(fēng)扇134替 代氣體泵浦。但是，風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)壓低于氣體泵浦所能產(chǎn)生的風(fēng)壓，而使排 水的效果較差。另外，為了使風(fēng)扇所提供的氣流與膜電極組內(nèi)的陰極催化劑 層有較大的接觸面積，陰極集電板必須具有較大的開口率。但是，過大的開 口率反而會(huì)降低陰極集電板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。再者，為了使風(fēng)扇所提供的氣流可 以均勻的傳遞至陰極催化劑層表面的各個(gè)位置，風(fēng)扇通常需要搭配波浪狀的 陰極流道板使用。波浪狀的陰極流道板雖可彌補(bǔ)陰極集電板的鋼性不足，以 提供壓合上的強(qiáng)度需求，但是其缺點(diǎn)為具有較大的體積，而使得燃料電池整 體的體積過大。
另夕卜，美國(guó)專利第5,856,035號(hào)(U.S. Pat. No. 5，856,035)披露一種固態(tài)氧 化物燃料電池組結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參照?qǐng)DIF,其為繪示固態(tài)氧化物燃料電池組結(jié)構(gòu) 的拆解示意圖。如圖1F所示，固態(tài)氧化物燃料電池組10由下往上依序是由 槽結(jié)構(gòu)42、單向流動(dòng)端連接24、陰極14、導(dǎo)電雙招j反16、陰才及14、單向流 動(dòng)端連接26以及槽結(jié)構(gòu)40所堆疊而組成。雖然固態(tài)氧化物燃料電池組10 的陰極產(chǎn)物并非為液態(tài)，不會(huì)發(fā)生液體滿溢(flooding)的現(xiàn)象。但是，此專利
的結(jié)構(gòu)仍然無(wú)法有效解決上述的問題。
除此之外，燃料電池在冷啟動(dòng)時(shí)，通常會(huì)以直接加熱陽(yáng)極反應(yīng)物或加熱 電池堆的方式，來提高其發(fā)電效率。雖然，此種加熱方式可達(dá)到提高燃料電 池的輸出功率的目的，但卻同時(shí)會(huì)額外耗費(fèi)過多的電能，而使整體的經(jīng)濟(jì)效 益不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種燃料電池，能夠解決已知的水累積、壓縮量不均及衍生 的種種問題，以維持燃料電池的發(fā)電效率，提高燃料電池的使用壽命。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所披露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一 步的了解。
為達(dá)上述的一部分或全部目的或是其他目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出 一種 燃料電池，其包括至少一燃料電池模塊。而燃料電池模塊包括膜電極組、第 一基板、第二基板、陽(yáng)極集電板以及陰極集電板。第一基板具有第一開口， 且第 一基板配置于膜電極組的第 一側(cè)，第 一開口顯露膜電極組的中間區(qū)域。 第二基板具有第二開口，且配置于膜電極組的第二側(cè)，而第二開口顯露出膜 電極組的中間區(qū)域。其中，第一基板與第二基板用以?shī)A持于膜電極組的相對(duì) 兩側(cè)。陽(yáng)極集電板配置于膜電極組的第二側(cè)，以覆蓋膜電極組的中間區(qū)域。 另外，陰極集電板配置于膜電極組的第一側(cè)，且組裝于第一基板，以覆蓋膜 電極組的中間區(qū)域。而且，陰極集電板伸入第一開口中，并與膜電極組之間 形成多個(gè)流道。
在本發(fā)明中，由于陰極集電板凸出于對(duì)應(yīng)的基板，且陰極集電板的側(cè)邊 顯露至少部分的流道。因此，陰極端所產(chǎn)生的水可由陰極集電板的邊緣溢出， 而不會(huì)累積于陰極催化劑層中，以維持燃料電池的發(fā)電效率。換句話說，陰 極集電板的邊緣可允許外界的空氣進(jìn)出。而且，在進(jìn)行燃料電池的壓合組裝 時(shí)，可使施加在膜電極組的壓縮量均勻，而不會(huì)對(duì)膜電極組內(nèi)部的阻抗及其 發(fā)電量造成不良的影響，可提高燃料電池的使用壽命。


圖1A為已知一種堆疊式燃料電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1B為繪示已知另一種平面堆疊式燃料電池的立體圖。
圖1C、圖1D與圖1E為繪示已知的陰極集電板的示意圖。
圖1F為繪示已知一種固態(tài)氧化物燃料電池組結(jié)構(gòu)的拆解示意圖。
圖2A為依照本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的一種燃料電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2B為依照本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的一種燃料電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3、圖4、圖5A、圖6為依照本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的一種陰極集電 板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5B為繪示本發(fā)明的實(shí)施例的一種配置有多個(gè)陰極集電板的燃料電池 模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7、圖8為依照本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的另一種陰極集電板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為依照本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的一種燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明
10:固態(tài)氧化物燃術(shù)牛電池組
14:陰才及
16:導(dǎo)電雙才及氺反
24、 26:單向流動(dòng)端連接
40、 42:槽結(jié)構(gòu)
100、 200、 500:燃泮十電池才莫塊
110、 202:膜電極組
120a、 206:陽(yáng)才及集電斗反
120b、 208、 230、 236、 242、 302、 310:陰才及集電4反
122a:陽(yáng)極流道
122b:陰極流道
204a:第一基板
204b:第二基板
207a、 304a、 312a:壓合區(qū)
207b、 304b、 312b:固定區(qū)
209:表面
210:質(zhì)子交換膜
212陽(yáng)極催化劑層
214.陰極催化劑層
216:陽(yáng)極擴(kuò)散層
218:陰極擴(kuò)散層
220第二開口
222第一開口
224流道
226、 232、 238、 244228、234、 240、 252
246開口
248、 250:折板306穿孔
308底板
312連接件
900'燃料電池
902.隔板
底板
凸出部
具體實(shí)施例方式
下列各實(shí)施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發(fā)明可用以實(shí)施的 特定實(shí)施例。本發(fā)明所提到的方向用語(yǔ)，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、 "右"等，僅是參考附加圖示的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來說明， 而非用來限制本發(fā)明。
本實(shí)施例的燃料電池包括至少一燃料電池模塊，而在圖2A與圖2B中 是以燃料電池包括一個(gè)燃料電池模塊為例做說明。圖2A為依照本發(fā)明的實(shí) 施例所繪示的一種燃料電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為依照本發(fā)明的實(shí)施例 所繪示的一種陰極集電板的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D2A,燃料電池模塊200包括膜電極組(membrane electrode assembly, MEA)202、第一基板204a、第二基板204b、陽(yáng)極集電板206以及 陰極集電板208。其中，膜電極組202例如是由質(zhì)子交換膜210、陽(yáng)極催化 劑層212、陰極催化劑層214、陽(yáng)極擴(kuò)散層216以及陰極擴(kuò)散層218所組成。
陽(yáng)極催化劑層212設(shè)置在質(zhì)子交換膜210的一側(cè)，陰極催化劑層214設(shè)置在 質(zhì)子交換膜210的另一側(cè)。陽(yáng)極擴(kuò)散層216設(shè)置在陽(yáng)極催化劑層212上，而 陰極擴(kuò)散層218設(shè)置在陰極催化劑層214。而且，陽(yáng)極擴(kuò)散層216與陰極擴(kuò) 散層218的材料例如是由表面涂布有約為30%的疏水性聚四氟乙烯 (poly-tetra-fluoro-ethylene， PTFE)的碳布纖維所構(gòu)成，如此可幫助排水，以避 免因水累積造成燃料電池的輸出功率下降。
第一基板204a配置于膜電極組202的第一側(cè)，且具有第一開口 222，第 一開口 222顯露出膜電極組202的中間區(qū)域。另外，第二基板204b配置于 膜電極組202的第二側(cè)。第一基板204a與第二基板204b系用以?shī)A持于膜電 極組202的相對(duì)兩側(cè)。在本實(shí)施例中，第二基板204b具有第二開口 220,而 第二開口 220亦顯露出膜電極組202的中間區(qū)域。第一基板204a與第二基 板204b的材料例如是可為有機(jī)玻璃纖維基板，其材料例如是FR4、 FR5或 其他合適的有機(jī)玻璃纖維。第一、第二基板204a、 204b與膜電極組202的 接著可使用的材料為環(huán)氧樹脂混合玻璃纖維的粘合膠。另外，第一、第二基 板204a、 204b的材料例如是亦可直接由環(huán)氧樹脂混合玻璃纖維的粘合膠固 化后而制成。第一、第二基板204a、 204b的材料也可例如為環(huán)氧樹脂。第 一、第二基板204a、 204b的材料還可例如為具有一定強(qiáng)度與高耐化性的塑 膠基板，其工藝可利用與積層式電路板相似的概念的疊合工藝制作。陽(yáng)極集 電板206配置于膜電極組202的第二側(cè)，以覆蓋膜電極組202的中間區(qū)域。
在另一實(shí)施例中，如圖2B所示，第二基板204b亦可為塑膠材料的陽(yáng)極 流道板，而陽(yáng)極集電板206可先固著于陽(yáng)極流道板上，此時(shí)陽(yáng)極流道板與陽(yáng) 極集電板之間可具使陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)出的結(jié)構(gòu)，例如為孔洞225可使陽(yáng)極反應(yīng) 物(例如甲醇)進(jìn)出。
另夕卜，本實(shí)施例的燃料電池模塊200的陰極集電板208配置于膜電極組 202的第一側(cè)，且組裝于第一基板204a，以覆蓋膜電極組202的中間區(qū)域， 其中陰極集電板208伸入第一開口 222中。陰極集電板208具有位于膜電極 組202的第一側(cè)的壓合區(qū)207a及位于壓合區(qū)207a兩側(cè)的固定區(qū)207b。陰極 集電板208為由不易變形、撓曲的導(dǎo)電材料所組成，導(dǎo)電材料的材料例如是 SUS316L或其他的不銹鋼。在一實(shí)施例中，可在遠(yuǎn)離膜電極組202的陰極集 電板208的表面209上鍍上導(dǎo)電性佳的金屬如銅(Cu)或金(Au)等，以加強(qiáng)電 性的傳導(dǎo)。另外，為使陰極集電板208具有優(yōu)選的耐化性，還可以在陰極集
電板208的表面209鍍上導(dǎo)電性佳的金屬之后，接著涂布特弗隆(Teflon)或是 耐化性塑膠材料等絕緣材料層。特別是，本實(shí)施例的陰極集電板208凸出于 對(duì)應(yīng)的第一基板204a,并與膜電極組202之間形成多個(gè)流道224。而且，陰 極集電板208的壓合區(qū)207a面積可小于膜電極組202，陰極集電板208的側(cè) 邊會(huì)顯露出至少一部分的流道224。
因此，利用風(fēng)扇提供空氣(或氧氣)給陰極端反應(yīng)時(shí)，這些空氣(或氧氣) 可更容易地通過這些流道224而將陰極端所產(chǎn)生的水帶走。另外，若陰極端 所產(chǎn)生的水因排除速率過低而使水氣凝結(jié)成水，則這些凝結(jié)后的水還可在例 如重力作用下，由陰才及集電^反208的周圍的流道224排出。在其他實(shí)施例中， 在陰極集電板208的表面209例如有親/疏水的處理，使陰極端的水可以由陰 極集電板208排出；或在陰極集電板208的表面209例如為 一傾斜面，陰極 端的水可以沿著傾斜面排出；或是陰極集電板208的表面209上例如有導(dǎo)水 的溝紋微結(jié)構(gòu)或編織吸水網(wǎng)結(jié)構(gòu)，陰極端的水可經(jīng)由該微結(jié)構(gòu)排出。因此， 陰極端的水經(jīng)由陰極集電板208的周圍的流道224排出，而不會(huì)發(fā)生水滿溢 (flooding),進(jìn)而可維持燃料電池的發(fā)電效率。而且，還可以省略配置現(xiàn)有技 藝中用以使氣流均勻傳遞至膜電極組的陰極流道板。另一方面，陰極集電板 208的邊緣亦可允許外界的空氣進(jìn)出，以有助于提高燃料電池模塊的效能。
承上述，在本實(shí)施例中，陰極集電板的壓合區(qū)與固定區(qū)可例如是相同結(jié) 構(gòu)，以下舉圖3、圖4、圖5A與圖6為例作說明。請(qǐng)參照?qǐng)D3，陰極集電板 208的壓合區(qū)207a包括底4反226以及多個(gè)凸出部228。這些凸出部228配置 于底板226的一側(cè)，且由底板226的一側(cè)朝向?qū)?yīng)的膜電極組202凸出，其 中這些流道形成于這些凸出部228之間。而且，這些凸出部228可例如為長(zhǎng) 度相等且相互平行排列的凸肋。在另一實(shí)施例中，為配合膜電極組壓合的需 求，陰極集電板208的凸出部228的壓合面亦可為曲面設(shè)計(jì)，即凸出部228 靠近膜電極組的表面為曲面。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，陰極集電板230包括底板232以及凸出部234。陰極集電 板230的結(jié)構(gòu)大致上是與圖3中的陰極集電板208的結(jié)構(gòu)相同，而二者不同 之處在于陰極集電板230的凸出部234是由兩種長(zhǎng)度不相等的凸肋所組成 的，且互相穿插的平行排列于底板232的一側(cè)。
請(qǐng)參照?qǐng)D5A，陰極集電板236包括底板238以及凸出部240。陰極集電 板236的結(jié)構(gòu)大致上是與圖3中的陰極集電板208的結(jié)構(gòu)相同，而二者不同
之處在于陰極集電板236的凸出部240為柱體，其例如是圓柱體，且這些 柱體是陣列排列于底板238的一側(cè)。
請(qǐng)參照?qǐng)D6，陰極集電板242包括底板244以及凸出部252。陰極集電 板242的結(jié)構(gòu)大致上是與圖3中的陰極集電板208的結(jié)構(gòu)相同，而二者不同 之處在于陰才及集電板242的底板244具有多個(gè)開口 246，而凸出部252位 于對(duì)應(yīng)的開口 246的邊緣。各凸出部252包括折板250以及折板248，其中 折板250平行于底板244,而折板248連接于折板250與底板244，并垂直 于底^反248。
承上述，本發(fā)明的實(shí)施例亦可將多個(gè)陰極集電板配置于同一基板上，在 此以圖5A的陰極集電板為例做說明。如圖5B所示，其繪示一種配置有多 個(gè)陰極集電板的燃料電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5B中，省略繪示出膜電 極組、陽(yáng)極集電板，而僅繪示出陰極集電板。燃料電池模塊500可包括有多 個(gè)陰極集電板236,其是以一定距離配置于基板上。由圖5B可知，燃料電 池模塊500上的多個(gè)陰極集電板236可使流道為開放式。因此，水可由陰極 集電板的邊緣溢出，且也能使氣流均勻傳遞。
當(dāng)然，本發(fā)明并不對(duì)陰極集電板的結(jié)構(gòu)做特別的限定，除了上述實(shí)施例 的外，陰極集電板的壓合區(qū)與固定區(qū)亦可例如是不相同結(jié)構(gòu)，其還可以是如 圖7或圖8所繪示的實(shí)施型態(tài)。
請(qǐng)參照?qǐng)D7，陰極集電板302具有壓合區(qū)304a與固定區(qū)304b。其中， 此陰極集電板302的壓合區(qū)304a的結(jié)構(gòu)可例如是如圖3、圖4、圖5A與圖 6所繪示，在此不再贅述。陰極集電板302的固定區(qū)304b位于壓合區(qū)304a 兩側(cè)，其結(jié)構(gòu)例如是具有多個(gè)穿孔306的底板308。
請(qǐng)參照?qǐng)D8，陰極集電板310具有壓合區(qū)312a與固定區(qū)312b，而壓合 區(qū)312a的結(jié)構(gòu)可例如是如圖3所繪示。陰極集電板310的固定區(qū)312b包括 底板314以及多個(gè)配置于底板314的一側(cè)的連接件316,陰極集電板310的 連接件316用以與第一基板204a連接(如圖2A所示)。而連接件316例如是 卡扣部，其可例如是卡勾或卡孔。在圖8中，是繪示連接件316為卡勾來做 說明。另外，壓合區(qū)312a的結(jié)構(gòu)還可例如是圖4、圖5A與圖6所繪示，在 此不再贅述。接下來，以圖2A與圖3簡(jiǎn)單說明燃料電池模塊200的組裝方 式。在進(jìn)行燃料電池模塊200的組裝時(shí)，使用者可先通過第一基板204a與 第二基板204b夾持于膜電極組202的周圍以固定膜電極組202的邊緣。然
后，再將陽(yáng)極集電板206與陰極集電板208夾持于膜電極組202的中間區(qū)域， 以調(diào)整膜電極組202的壓合量?；蛘呤且詧D2B與圖3簡(jiǎn)單說明燃料電池模 塊200的組裝方式。陽(yáng)極集電板206先與第二基板204b結(jié)合，而膜電極組 202再夾持于第一基板204a與第二基板204b之間。在上述的組裝方式中， 陰極集電板208可例如是以焊接、膠粘、熱壓或螺絲鎖附的方式將固定區(qū) 207b連接鄰近的第一基板204a或周圍的機(jī)構(gòu)件上，或者是以用焊接、膠粘、 熱壓或螺絲鎖附的方式連接第二基板204b或周圍的機(jī)構(gòu)件上。另外，以圖7 的陰極集電板302而言，可例如是以螺絲穿過穿孔306，而鎖固于第一基板 204a上或鎖固于第二基板204b上，甚至可使螺絲經(jīng)穿孔306通過第一、第 二基板204a、 204b并利用螺帽而固定。以圖8的陰極集電板302而言，可 例如是在相對(duì)應(yīng)連接件316位置的第一基板204a上配置有組合連接件316 的結(jié)構(gòu)。舉例來說，連接件316可例如是卡勾，而第一基板204a與連接件 316可以卡合方式連接。如此一來，可改善膜電極組202與其他額外使用的 封裝材料，例如PCB，之間的界面應(yīng)力殘存的現(xiàn)象。
特別要說明的是，由于本實(shí)施例的陰極集電板的壓合區(qū)面積較膜電極組 的面積小，且為立體結(jié)構(gòu)。因此，在進(jìn)行燃料電池的壓合組裝時(shí)，可使施加 在膜電極組的壓縮量均勻，而不會(huì)對(duì)膜電極組內(nèi)部的阻抗及其發(fā)電量造成不 良的影響，可提高燃料電池的使用壽命。
另 一方面，本實(shí)施例的陰極集電板可例如是通過凸出部的排列方式不同 來調(diào)整其開口率，而具有較大開口率，以使氣流與膜電極組內(nèi)的陰極催化劑 層有較大的接觸面積，提高燃料電池的輸出功率。
在另一實(shí)施例中，在陰極集電板上還可配置有加熱板，用以加熱膜電極 組以提高燃料電池的發(fā)電效率。此加熱板可為電阻加熱絲或陶瓷加熱板或鎳 鉻絲等制成。若加熱板為由具有電性傳導(dǎo)的材料制成，則在加熱板與陰極集 電板之間需具有電性絕緣。詳言之，相較于現(xiàn)有技藝中直接加熱陽(yáng)極反應(yīng)物 或加熱電池堆的方式，在陰極集電板上配置加熱板的方式可具有優(yōu)選的經(jīng)濟(jì) 效益，且可提高燃料電池整體的發(fā)電效率。
本發(fā)明的燃料電池除了上述實(shí)施例之外，尚具有其他的實(shí)施型態(tài)。在圖 9中，是繪示燃料電池包括兩個(gè)燃料電池模塊為例做說明，然本發(fā)明的燃料 電池亦可以是由多個(gè)燃料電池模塊堆疊而成。請(qǐng)參照?qǐng)D9，其為依照本發(fā)明 的實(shí)施例所繪示的一種燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。燃料電池900是由兩個(gè)本發(fā)
明的燃料電池模塊堆疊而成。在此實(shí)施例中，以圖2A的燃料電池模塊200 為例做說明，且各構(gòu)件使用相同的標(biāo)號(hào)，并省略可能重復(fù)的說明。燃料電池 900的兩個(gè)燃料電池4莫塊200之間配置有隔板902,且兩個(gè)燃料電池才莫塊200 的陽(yáng)極集電板206分別朝向隔板902。此隔板902亦可與第二基板204b作為 一體或膠合為一體，且隔板902的兩面亦可有流道的結(jié)構(gòu)，以作為具有電性 絕緣的陽(yáng)極流道板，而此流道結(jié)構(gòu)可提供膜電極組壓合的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。當(dāng)然， 在此實(shí)施例中，亦可在陰極集電板上配置加熱板，用以加熱膜電極組以提高 燃料電池的發(fā)電效率。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池至少具有下列的一或部分或全部的 優(yōu)點(diǎn)
1. 陰極化學(xué)反應(yīng)生成物水可由陰極集電板的邊緣溢出，而不會(huì)累積于陰 極催化劑層中，進(jìn)而可維持燃料電池的發(fā)電效率。而且，陰極集電板的邊緣 亦可允許外界的空氣進(jìn)出。
2. 由于陰極集電板的排水效率優(yōu)選，因此，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以降低，以減 少風(fēng)扇對(duì)電能的消^^。
3. 本發(fā)明的燃料電池進(jìn)行壓合組裝時(shí)，可使膜電極組各處的壓縮量均勻， 而使膜電極組會(huì)具有較低的電阻值，且可改善膜電極組與其他額外使用的封 裝材料之間的界面應(yīng)力殘存的現(xiàn)象。
4. 本發(fā)明的燃料電池的陰極集電板可具有較大的開口率，且不會(huì)有結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度不足的問題發(fā)生，因此膜電極組的陰極催化劑層與空氣(或氧氣)反應(yīng)的 面積會(huì)較大，而可提高膜電極組的發(fā)電量。
5. 本發(fā)明將陰極流道板的功能整合到陰極集電板中，故不需使用到現(xiàn)有 技藝中用以使氣流均勾能傳遞的陰極流道板，因此結(jié)構(gòu)較筒單，且組裝也較 為容易、體積更小。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些 許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為 準(zhǔn)。另外，本發(fā)明的任一實(shí)施例或權(quán)利要求不須達(dá)成本發(fā)明所披露的全部目 的或優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)。此外，摘要部分和標(biāo)題僅是用來輔助專利文件搜尋之用， 并非用來限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，包括:至少一燃料電池模塊，該燃料電池模塊具有:膜電極組；第一基板，具有第一開口，該第一基板配置于該膜電極組的第一側(cè)，且該第一開口顯露出該膜電極組的中間區(qū)域；第二基板，具有第二開口，該第二基板配置于該膜電極組的第二側(cè)，且該第二開口顯露出該膜電極組的中間區(qū)域，其中該第一基板與該第二基板用以?shī)A持于該膜電極組的相對(duì)兩側(cè)；陽(yáng)極集電板，配置于該膜電極組的該第二側(cè)，以覆蓋該膜電極組的中間區(qū)域；以及陰極集電板，配置于該膜電極組的該第一側(cè)，且組裝于該第一基板，以覆蓋該膜電極組的中間區(qū)域，其中該陰極集電板伸入該第一開口中，并與該膜電極組之間形成多個(gè)流道。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中該陰極集電板具有位于該膜電 極組的第 一側(cè)的 一合區(qū)與位于該壓合區(qū)兩側(cè)的固定區(qū)。
3、 如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中該陰極集電板的該壓合區(qū)包括 第一底板；以及多個(gè)凸出部，配置于該第一底板的一側(cè)，且由該第一底板的該側(cè)朝向?qū)?應(yīng)的該膜電極組凸出，其中這些流道形成于這些凸出部之間。
4、 如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中這些凸出部為長(zhǎng)度相等且相互 平行排列的凸肋。
5、 如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中這些凸出部的靠近該膜電極組 的表面為一曲面。
6、 如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中這些凸出部為長(zhǎng)度不相等且相 互平行排列的凸肋。
7、 如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中這些凸出部為呈陣列排列的柱體。
8、 如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中各該凸出部包括 第一折板，平行于該第一底板；以及 第二折板，連接該第一折板與該第一底板，并垂直于該第一底板。
9、 如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中該陰極集電板的固定區(qū)與該陰 極集電板的壓合區(qū)為相同結(jié)構(gòu)。
10、 如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中該陰極集電板的固定區(qū)與該陰 極集電板的壓合區(qū)為不同結(jié)構(gòu)。
11、 如權(quán)利要求10所述的燃料電池，其中該陰極集電板的該固定區(qū)具 有多個(gè)穿孔。
12、 如權(quán)利要求10所述的燃料電池，其中該陰極集電板的該固定區(qū)包括第二底板；以及多個(gè)連接件，配置于該第二底板的一側(cè)，用以與該第一基板連接。
13、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中該燃料電池模塊還包括絕緣材 料層，涂布于遠(yuǎn)離該膜電極組的該陰極集電板的表面上。
14、 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其中該燃料電池模塊還包括導(dǎo)電 材料層，位于該絕緣材料層與該陰極集電板之間。
15、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中該燃料電池模塊還包括加熱板， 配置于該陰極集電板上。
16、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中該陰極集電板是以焊接、熱壓、 膠粘、螺絲鎖附或扣合的方式連接該第二基板或該第一基板。
17 、如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中該第二基板為陽(yáng)極流道板，該 陽(yáng)才及集電一反固定于該陽(yáng)極流道^反上，且該陽(yáng)極流ili反與該陽(yáng)極集電板之間具 有使陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)出的結(jié)構(gòu)。
18、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，還包含隔板，且該燃料電池為多個(gè) 燃料電池模塊堆疊而成，而該隔板配置于相鄰的兩個(gè)這些燃料電池模塊之 間，這些燃料電池模塊的這些陽(yáng)極集電板分別朝向該隔板。
19、 如權(quán)利要求18所述的燃料電池，其中該隔板為具有電性絕緣的陽(yáng) 極流道板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池，其包括至少一燃料電池模塊。此燃料電池模塊具有膜電極組、兩個(gè)基板、陽(yáng)極集電板以及陰極集電板。此兩個(gè)基板配置于膜電極組的相對(duì)兩側(cè)，以?shī)A持于膜電極組的周圍，而陽(yáng)極集電板與陰極集電板分別組裝于膜電極組的中間區(qū)域。另外，陰極集電板凸出于對(duì)應(yīng)的基板。在本發(fā)明中，陰極端所產(chǎn)生的水可經(jīng)由陰極集電板邊緣排出，以增進(jìn)發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101373841SQ20071014268
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者李璟柏, 正 王, 黃金樹 申請(qǐng)人:中強(qiáng)光電股份有限公司