專利名稱：用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)，尤其涉及能夠?qū)㈥帢O燃料均勻分配至所有膜電極組的陰極的陰極流道結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
采用氣體(例如空氣、氧氣)作為陰極燃料的公知燃料電池，在陰極側(cè)的陰極燃料供應(yīng)結(jié)構(gòu)通常僅是采用風(fēng)扇或空氣泵浦，利用風(fēng)扇或空氣泵浦來產(chǎn)生氣態(tài)陰極燃料的流動，使得氣態(tài)陰極燃料流入膜電極組的陰極。這種公知的陰極燃料供應(yīng)結(jié)構(gòu)雖然易于施行，但會發(fā)生氣態(tài)陰極燃料無法均勻地分配至所有膜電極組的陰極的情況，因此，有些膜電極組的陰極可能會存在氣態(tài)陰極燃料供應(yīng)不足的情況，而導(dǎo)致膜電極組難以順利地進行電化學(xué)反應(yīng)，甚至因膜電極組反應(yīng)后所產(chǎn)生的高溫?zé)o法順利排除，形成溫度不均，水蒸汽凝結(jié)，影響效能。這種氣態(tài)陰極燃料供應(yīng)不均的問題，在堆棧式(Stack Type)燃料電池中尤其明顯，且亟待解決。
本實用新型基于現(xiàn)有燃料電池的氣態(tài)陰極燃料供應(yīng)結(jié)構(gòu)的缺失，而改良出一種用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)，能夠?qū)㈥帢O燃料均勻分配至所有膜電極組。
實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的是提供一種用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)，能夠?qū)㈥帢O燃料均勻分配至所有膜電極組的陰極。
為達成本實用新型的上述目的，本實用新型公開了一種用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一燃料電池，且該燃料電池至少包括一個以上的膜電極組，其中該陰極流道結(jié)構(gòu)包括多條渠溝結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述膜電極組的陰極的上方，且所述渠溝結(jié)構(gòu)均勻地分布而涵蓋到所有膜電極組的陰極。位于相同一端的全部渠溝結(jié)構(gòu)的末端排列呈至少一個以上的曲面，且所述曲面用來作為陰極燃料的入口。借此使得流通于所述渠溝結(jié)構(gòu)的陰極燃料能夠均勻地分配至該些膜電極組的陰極。
為使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員了解本實用新型的目的、特征及功效，現(xiàn)借由下述具體實施例，并配合附圖，對本實用新型詳加說明如下。


圖1為本實用新型用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)的第一具體實施例的立體分解視圖。
圖2為本實用新型圖1的立體組合視圖。
圖3為本實用新型圖1的側(cè)剖面視圖。
圖4為本實用新型陰極流道結(jié)構(gòu)的第二具體實施例的立體圖。
圖5為應(yīng)用本實用新型第二具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)的燃料電池的立體圖。
圖6為應(yīng)用本實用新型第三具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)的燃料電池的立體圖。
圖7為應(yīng)用本實用新型第四具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)的燃料電池的立體圖。
主要元件符號說明1 燃料電池2 陰極集電板21 集電件3 膜電極組層31 質(zhì)傳電解膜33 陰極35 陽極37 膜電極組4 陽極集電板41 集電件
5 陰極流道結(jié)構(gòu)51 板狀條體53 入口部6 梳狀板體61 梳狀條體63 入口部7 板體71 平行渠道73 入口部8 板體81 凸起部83 入口部具體實施方式
圖1為本實用新型用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)的第一具體實施例的立體分解視圖，圖2為本實用新型圖1的立體組合視圖，以及圖3為本實用新型圖1的側(cè)剖面視圖。本實用新型的燃料電池1主要由一層膜電極組層3與上下各一片的陰極集電板2、陽極集電板4所密接疊合，而接合成一片單片結(jié)構(gòu)。膜電極組層3由一片質(zhì)傳電解膜31，以及形成在該質(zhì)傳電解膜31的上表面與下表面的多個陰極33與多個陽極35所構(gòu)成，而每一對的陰極33與陽極35即構(gòu)成一個膜電極組37。舉例來說，膜電極組37作為直接甲醇燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)電核心，透過外部提供的甲醇燃料與氧氣分別來發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，同時，產(chǎn)生電力供應(yīng)給外部負載。上述燃料電池1可以采用由印刷電路板制造過程所制造出的積層整合式燃料電池。
在圖1、2、3中，陰極流道結(jié)構(gòu)5由多條板狀條體51所排列而構(gòu)成，且相鄰的板狀條體51間隔著一個預(yù)定距離，而該預(yù)定距離例如可以采用2mm至4mm之間的距離。同時，位于相同一端的全部板狀條體51的末端排列呈至少一個以上的曲面，該些曲面用來作為陰極燃料的入口，該些曲面可以作為增壓區(qū)，請參見圖1、2、3的入口部53。上述曲面的數(shù)量可以采用一個或是一個以上，且曲面可以采用向內(nèi)凹入的弧狀或是向外凸出的弧狀，當(dāng)然，曲面也可以采用向內(nèi)凹入的其它幾何形狀或是向外凸出的其它幾何形狀。
由于板狀條體51本身具有厚度，且相鄰間隔著預(yù)定距離而排列，因此，該些板狀條體51便建構(gòu)出一條一條的渠溝結(jié)構(gòu)，而該些渠溝結(jié)構(gòu)能夠作為陰極燃料(例如空氣、氧氣、氣態(tài)陰極燃料等)的流道(Channels)。
在圖1、2、3中，多條板狀條體51采用水平方向的排列方式，然而，本實用新型也可搭配燃料入口設(shè)計方向，將該些板狀條體51改為采用垂直排列方向，或是水平及垂直混合排列方向的排列方式。
多條板狀條體51接合在陰極集電板2的表面，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合一起。在接合該些板狀條體51與陰極集電板2時，必須將該些板狀條體51均勻地分布到陰極集電板2，使得由該些板狀條體51所建構(gòu)出渠溝結(jié)構(gòu)能夠均勻地分布且涵蓋到所有膜電極組37的陰極33，借此使得流通于這些渠溝結(jié)構(gòu)的陰極燃料，能夠均勻地分配至該些陰極33。
圖4為本實用新型陰極流道結(jié)構(gòu)的第二具體實施例的立體圖，圖5為應(yīng)用本實用新型第二具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)的燃料電池的立體圖。陰極流道結(jié)構(gòu)5由一片梳狀板體6所構(gòu)成，且梳狀板體6包含多條梳狀條體61，相鄰的梳狀條體61間隔著一預(yù)定距離。梳狀板體6接合于陰極集電板2的表面，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合一起。相鄰的梳狀條體61的間隔距離例如可以采用2mm至4mm之間的距離。同時，位于相同一端的全部梳狀條體61的末端排列呈至少一個以上的曲面，且該些曲面用來作為陰極燃料的入口，請參見圖4和圖5的入口部63。
由于梳狀板體6本身具有厚度，且相鄰間隔著預(yù)定距離的該些梳狀條體61的緣故，便建構(gòu)出一條一條的渠溝結(jié)構(gòu)，而該些渠溝結(jié)構(gòu)能夠作為陰極燃料(例如空氣、氧氣、氣態(tài)陰極燃料等)的流道(Channels)。
圖4和圖5的多條梳狀條體61采用的是水平方向的排列方式，然而，本實用新型也可搭配燃料入口設(shè)計方向，將該些梳狀條體61改為采用垂直排列方向，或是水平及垂直混合排列方向的排列方式。
圖6為應(yīng)用本實用新型第三具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)的燃料電池的立體圖。陰極流道結(jié)構(gòu)5為一片具有多個平行渠道71的板體7，且該些平行渠道7為自板體7的表面向下凹的結(jié)構(gòu)。例如，該些渠道71形成自板體7表面向內(nèi)凹的方形、半六邊形、半菱形或半圓形等渠道結(jié)構(gòu)。該些凹陷部渠道可設(shè)計在板體7的單個表面一面，或是上、下兩個表面。同時，該些平行渠道71采用平行且間隔著一個預(yù)定距離的排列。板體7具有該些渠道71的那個表面接合于陰極集電板2，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合在一起。
同時，位于相同一端的全部平行渠道71的末端排列呈至少一個以上的曲面，且該些曲面用來作為陰極燃料的入口，請參見圖6的入口部73。
圖7為應(yīng)用本實用新型第四具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)的燃料電池的立體圖。陰極流道結(jié)構(gòu)5為一片具有多個凸起部81的板體8，多個凸起部81以預(yù)定規(guī)則排列，使得依照預(yù)定規(guī)則所排列的該些凸起部81能夠相互間隔著預(yù)定距離，同時形成多條渠溝。該些凸起部81可以采用方形柱體、圓柱體、或它幾何形狀的柱狀體。板體8具有該些凸起部81的那個表面接合于陰極集電板2，而陰極集電板2的另一個表面與膜電極組層3接合在一起。
同時，位于相同一端的凸起部81的排列呈至少一個以上的曲面，且該些曲面用來作為陰極燃料的入口，請參見圖7的入口部83。
另外，本實用新型陰極流道結(jié)構(gòu)5的表面可以選擇性地進一步施以燒結(jié)處理，使得渠溝結(jié)構(gòu)的毛細物理特性能夠順利發(fā)揮出來，從而將凝結(jié)的水氣帶離。
上述的陰極集電板2可以采用板體結(jié)構(gòu)，且在該板體上設(shè)置有多個集電件21，該些集電件21具有導(dǎo)電物理性質(zhì)，而每個集電件21對應(yīng)于各個膜電極組37的陰極33，且接觸陰極33。同時，為了讓陰極燃料能夠通過集電件21，位于集電件21的所屬區(qū)域的內(nèi)部可以設(shè)置多個穿孔(圖未顯示)，以讓陰極燃料通過該些穿孔而進入至陰極33。
同樣地，前述的陽極集電板4可以采用板體結(jié)構(gòu)，且在該板體上設(shè)置有多個集電件41，該些集電件41具有導(dǎo)電物理性質(zhì)，而每個集電件41對應(yīng)于各個膜電極組37的陽極35，且接觸陽極35。同時，為了讓陽極燃料(例如甲醇水溶液)能夠通過集電件41，位于集電件41的所屬區(qū)域的內(nèi)部可以設(shè)置多個穿孔(圖未顯示)，以讓陽極燃料通過該些穿孔而進入至陽極(35)。
在第一、第二、第三、第四具體實施例的陰極流道結(jié)構(gòu)5中，作為陰極流道結(jié)構(gòu)5的材質(zhì)可以選用印刷電路板(例如FR4印刷電路板、FR5印刷電路板)、環(huán)氧樹酯、玻纖基材、陶瓷基材、高分子塑化基材或是復(fù)合式材料等材質(zhì)、金屬材質(zhì)、塑化材質(zhì)、或于其上包覆抗腐蝕/防酸的材質(zhì)。
本實用新型陰極流道結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是能夠?qū)㈥帢O燃料均勻分配至所有膜電極組的陰極，使得膜電極極組能夠產(chǎn)生最佳的效益。
雖然本實用新型的具體實施例已公開如上，但其所公開的具體實施例并非用以限定本實用新型，任何本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，可作各種變動與修飾，其所作的變動與修飾都屬于本實用新型的范疇，本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求1.一種用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一燃料電池，且該燃料電池至少包括一個以上的膜電極組，其特征在于該陰極流道結(jié)構(gòu)包括多條渠溝結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述膜電極組的陰極的上方，所述渠溝結(jié)構(gòu)均勻地分布且涵蓋到所有膜電極組的陰極，其中，位于相同一端的全部渠溝結(jié)構(gòu)的末端排列呈至少一個以上的曲面，且所述曲面用來作為陰極燃料的入口；以此使得流通于所述渠溝結(jié)構(gòu)的所述陰極燃料能夠均勻地分配至所述膜電極組的陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述燃料電池自上而下依序由一片陰極集電板、一層膜電極組層以及一片陽極集電板所堆棧接合，其中所述膜電極組層包含所述膜電極組，所述渠溝結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述陰極集電板的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渠溝結(jié)構(gòu)，由多條板狀條體所排列而構(gòu)成，且相鄰的板狀條體間隔著一預(yù)定距離，所述板狀條體設(shè)置于所述陰極集電板的表面，并且位于相同一端的全部板狀條體的末端排列呈至少一個以上的所述曲面。
4.如權(quán)利要求2所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渠溝結(jié)構(gòu)由一片梳狀板體而構(gòu)成，且所述梳狀板體包含多條梳狀條體，相鄰的梳狀條體間隔著一預(yù)定距離，該梳狀板體接合于所述陰極集電板，并且位于相同一端的全部梳狀條體的末端排列呈至少一個以上的所述曲面。
5.如權(quán)利要求2所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渠溝結(jié)構(gòu)由一片具有多個平行渠道的板體而構(gòu)成，且所述平行渠道為一自該板體的表面向下凹陷的結(jié)構(gòu)，且相鄰的平行渠道間隔著一預(yù)定距離，其中具有所述平行渠道的板體的表面接合于該陰極集電板， 并且位于相同一端的全部平行渠道的末端排列呈至少一個以上的所述曲面。
6.如權(quán)利要求2所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述流道結(jié)構(gòu)由一片具有多個凸起部的板體而構(gòu)成，且所述凸起部以一預(yù)定規(guī)則而排列，其中具有所述凸起部的板體的那個表面接合于該陰極集電板，并且位于相同一端的所述凸起部排列呈至少一個以上的所述曲面。
7.如權(quán)利要求2所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陰極流道結(jié)構(gòu)的表面為一未經(jīng)過燒結(jié)處理的表面。
8.如權(quán)利要求2所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陰極流道結(jié)構(gòu)的表面為一經(jīng)過燒結(jié)處理的表面。
9.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渠溝結(jié)構(gòu)由多條板狀條體所排列而構(gòu)成，且相鄰的板狀條體間隔著一預(yù)定距離。
10.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渠溝結(jié)構(gòu)由一片梳狀板體而構(gòu)成，所述梳狀板體包含多條梳狀條體，且相鄰的梳狀條體間隔著一預(yù)定距離。
11.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渠溝結(jié)構(gòu)由一片具有多個平行渠道的板體而構(gòu)成，所述平行渠道為一自該板體的表面向下凹陷的結(jié)構(gòu)，且相鄰的平行渠道間隔著一預(yù)定距離。
12.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述流道結(jié)構(gòu)由一片具有多個凸起部的板體而構(gòu)成，且所述凸起部以一預(yù)定規(guī)則而排列。
13.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陰極燃料為空氣。
14.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陰極燃料為氧氣。
15.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陰極燃料為氣態(tài)陰極燃料。
16.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述曲面的數(shù)量為一個。
17.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述曲面為一向內(nèi)凹的弧狀。
18.如權(quán)利要求1所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述曲面為一向外凸出的弧狀。
19.如權(quán)利要求1項所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述曲面為一向內(nèi)凹的幾何形狀。
20.如權(quán)利要求1項所述的陰極流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述曲面為一向外凸出的幾何形狀。
專利摘要本實用新型公開了一種用于燃料電池的陰極流道結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于燃料電池，且該燃料電池至少包括一個以上的膜電極組。陰極流道結(jié)構(gòu)包括多條渠溝結(jié)構(gòu)，且所述多條渠溝結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述膜電極組的陰極的上方，同時，所述渠溝結(jié)構(gòu)均勻地分布而涵蓋到所有膜電極組的陰極。位于相同一端的全部渠溝結(jié)構(gòu)的末端排列呈至少一個以上的曲面，且所述曲面用來作為陰極燃料的入口。借此使得流通于所述渠溝結(jié)構(gòu)的陰極燃料能夠均勻地分配至所述膜電極組的陰極。
文檔編號H01M4/86GK2886819SQ20052014462
公開日2007年4月4日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者張倉銘, 黃緯莉, 管衍德, 張靜怡 申請人:勝光科技股份有限公司