專利名稱：具有均布壓力裝置的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，特別是涉及一種具有均布壓力裝置的氫氣燃料電池。
背景技術(shù)：
隨著人類文明的進步，傳統(tǒng)能源，譬如煤、石油及天然氣的消耗量持續(xù)攀高，造成地球嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)及酸雨等環(huán)境的惡化。此外，人類已清楚地體會認(rèn)識到天然能源的存量是有限的，如果被持續(xù)地濫用，可能在不久的將來便會消耗殆盡。因此，世界先進國家近來無不致力于研發(fā)新的替代能源，而燃料電池便是其中的一種重要且具發(fā)展?jié)摿皩嵱脙r值的選擇，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相較，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、排氣干凈、噪音低、且不使用傳統(tǒng)燃油等多項優(yōu)點。
簡而言之，燃料電池是一種將氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能及水，也可說是一種水電解的逆反應(yīng)，以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，其包括多個電池單體，每一單體包括位于中央的一質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane，PEM)，其兩側(cè)各設(shè)一層催化劑，其外再各設(shè)置一層氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)，最外側(cè)則分別設(shè)一陽極雙極板與陰極雙極板，將此構(gòu)件緊密地以一預(yù)定的接觸壓力結(jié)合在一起而成一電池單體。
如圖1，燃料電池在實際應(yīng)用時，為了能獲得足夠的電力，通常將多個上述電池單體堆棧串聯(lián)起來構(gòu)成一電池堆10，并通過設(shè)于電池堆10縱向相對端的二端板12、13，以及多個穿設(shè)過二端板12、13周緣的系桿14，將電池堆10鎖固于二端板12、13之間。
在燃料電池進行前述水電解的逆反應(yīng)，以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的同時，必需將電池堆的壓力保持在一固定的范圍內(nèi)，以使水電解的逆反應(yīng)可在最佳的壓力條件下，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，提高轉(zhuǎn)換效率。
如圖2所示，是一種現(xiàn)有的燃料電池，其亦包含有如前述的電池堆10、二端板12、13、及多個系桿14。此現(xiàn)有的燃料電池進一步包括多個諸如彈簧的彈性組件50，將其固鎖于下方端板13與各系桿14端部之間，使在鎖固各系桿14的同時，可調(diào)整每一系桿14的鎖緊程度，各彈性組件50彈性回復(fù)力作用于下方端板13的壓力能夠盡量接近各層電池單體所需的最佳導(dǎo)電接觸壓力。
明顯地，此現(xiàn)有的壓力保持手段主要是針對彈性組件50的所在位置調(diào)整其所施予下方端板13板的壓力，因此，僅能保證彈性組件50附近的操作壓力可以維持在所需的范圍內(nèi)，但仍無法有效控制距離各彈性組件(即各系桿14)較遠(yuǎn)位置的操作接觸壓力。
再者，在鎖固各系桿14時，為確保電池單體整體平面受壓均勻，便必需精確地測量每一系桿14的鎖緊程度，因而使燃料電池的制作過程繁復(fù)且成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有均布壓力裝置的燃料電池，該均布壓力裝置可常態(tài)地對電池堆施以一固定且平均的操作接觸壓力，強化燃料電池的導(dǎo)電及運行效率為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種具有均布壓力裝置的燃料電池，包含二端板，各該端板具有一中央?yún)^(qū)域及一周緣區(qū)域；一燃料電池堆，設(shè)于該二端板的中央?yún)^(qū)域間；一系結(jié)裝置，設(shè)于該二端板的周緣區(qū)域間，用于將該電池堆鎖固于該二端板上；及一均布壓力裝置，包含至少一壓力風(fēng)箱，固設(shè)于該電池堆與其中一該端板間。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于本發(fā)明采用可常態(tài)地對燃料電池堆施以一均勻壓力的均布壓力裝置，此均布壓力裝置可進一步調(diào)整因熱脹冷縮所引起的壓力變化，并可補償將各電池單體堆棧成一電池堆時可能產(chǎn)生的高度誤差，以提高燃料電池的操作效率。且均布壓力裝置是運用至少一由金屬制成的壓力風(fēng)箱，固定于電池堆與其中一端板之間，由于本發(fā)明的壓力風(fēng)箱是由金屬制成，故可減少漏壓的可能性；且壓力風(fēng)箱常態(tài)地以連續(xù)面接觸的方式對電池堆施予壓力，故其可省卻現(xiàn)有安裝壓力保持裝置時所需的繁復(fù)調(diào)整步驟，且可避免其所施予電池堆壓力隨壓力保持裝置中的每一彈性組件所裝設(shè)的位置而有所變化。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明圖1顯示一燃料電池的立體圖；圖2顯示一具有現(xiàn)有壓力維持裝置的燃料電池；圖3a顯示本發(fā)明所應(yīng)用的均布壓力裝置的立體圖；圖3b顯示沿圖3a中3b-3b線剖開的剖面視圖；圖4顯示本發(fā)明一較佳實施例具有均布壓力裝置的燃料電池的剖面示意圖；及圖5顯示本發(fā)明另一較佳實施例均布壓力裝置的燃料電池的剖面示意圖。
圖中符號說明10電池堆12上方端板13下方端板14系桿50彈性組件100 均布壓力裝置/壓力風(fēng)箱102 均布壓力裝置/壓力風(fēng)箱122 凹陷132 凹陷具體實施方式
參考圖4所示的燃料電池，其包含一燃料電池堆10；一上方端板12及一下方端板13；多個系桿14；及一均布壓力裝置100。
如圖4所示，端板12、13各具有一中央?yún)^(qū)域及一周緣區(qū)域，且分別設(shè)于電池堆10的縱向相對端；系桿14則穿設(shè)過二端板12、13的周緣區(qū)域，通過螺栓15，將電池堆10鎖固于二端板12、13的中央?yún)^(qū)域間。
圖3a顯示本發(fā)明所運用的均布壓力裝置100的立體圖；圖3b是沿圖3a中3b-3b線剖開的剖面視圖，其較佳至少包含一由金屬制成的壓力風(fēng)箱。
為了方便將均布壓力裝置100固定于下方端板13與電池堆10之間，下方端板13面向電池堆10的一側(cè)上較佳形成一凹陷132，恰可容納該均布壓力裝置100于其內(nèi)。
圖5顯示本發(fā)明的另一較佳實施例，在此實施例中，其上方端板12及電池堆10之間亦固定另一壓力風(fēng)箱102。如圖5所示，上方端板13面向電池堆10的一側(cè)亦形成一凹陷122，恰可容納該壓力風(fēng)箱102于其內(nèi)。
為了能夠使電池堆10所承受在壓力能夠常態(tài)地保持在所需的壓力范圍，可約略利用以下的公式計算壓力風(fēng)箱所需灌入的壓力，其中P為壓力；A為載面積。
P電池單體×A電池單體＝P壓力風(fēng)箱×A壓力風(fēng)箱由于上述公式的A電池單體及A壓力風(fēng)箱皆為已知，若欲將電池堆10所承受在壓力保持在諸如95至105磅每平方英寸(psi)的范圍，則可將A電池單體、A壓力風(fēng)箱、及P電池單體(如100psi)代入該公式，即可輕易地計算出公式中P壓力風(fēng)箱的數(shù)值。
由于本發(fā)明的均布壓力裝置100、102運用一由金屬制成的壓力風(fēng)箱，故可減少泄壓的可能性。再者，壓力風(fēng)箱是常態(tài)地以連續(xù)面接觸的方式對電池堆10施予平均且對稱的壓力，故可確保其與施予電池堆的壓力呈均布分布、調(diào)整因熱脹冷縮所引起的壓力變化、并可補償將各電池單體堆棧成一電池堆時可能產(chǎn)生的高度誤差，以提高燃料電池的操作效率。
本發(fā)明為一突破現(xiàn)有技術(shù)的新穎設(shè)計，然其亦可以其它的特定形式來實現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神和重要特性。因此上述所列的技術(shù)實施方式在各方面都應(yīng)被視為例示性而非限制性實施例，而所有的改變只要合乎本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的范圍或為其技術(shù)實施方式等效者，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有均布壓力裝置的燃料電池，包含二端板，各該端板具有一中央?yún)^(qū)域及一周緣區(qū)域；一燃料電池堆，設(shè)于該二端板的中央?yún)^(qū)域間；一系結(jié)裝置，設(shè)于該二端板的周緣區(qū)域間，用于將該電池堆鎖固于該二端板上；及一均布壓力裝置，包含至少一壓力風(fēng)箱，固設(shè)于該電池堆與其中一該端板間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于該均布壓力裝置包含的壓力風(fēng)箱數(shù)目為二個，分別固定于該電池堆與該二端板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于該均布壓力裝置常態(tài)地對電池堆施以一維持在95至105psi范圍內(nèi)的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于該端板上設(shè)有一凹陷，恰可容納并定位該壓力風(fēng)箱于該端板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于該壓力風(fēng)箱是由金屬制成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種燃料電池，包含一燃料電池堆(fuel cell stack)；二端板(end plates)，設(shè)于電池堆的縱向相對端；多個系桿(tie rods)，穿設(shè)過二端板的周緣區(qū)域，用于將電池堆鎖固于二端板之間；及至少一均布壓力裝置，固定于電池堆與其中一端板之間，其中均布壓力裝置包含至少一壓力風(fēng)箱，可常態(tài)地對電池堆施以一固定且平均的操作接觸壓力，強化燃料電池的導(dǎo)電及運作效率。
文檔編號H01M8/24GK1405913SQ0112422
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者楊源生 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司