專利名稱：模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是關(guān)于一種模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
查在燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域中，目前所發(fā)展出的燃料電池類型概分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及質(zhì)子交換膜燃料電池等不同類型。各種燃料電池各有其優(yōu)劣點(diǎn)及應(yīng)用范圍，其中質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)最具商業(yè)利用價(jià)值。
燃料電池的工作原理主要是利用氫氣和氧氣通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放電能，基本上可視為水電解的逆裝置。
由于燃料電池效率表現(xiàn)的優(yōu)劣，是仰賴前述陰陽(yáng)極反應(yīng)的完全與否，易言之，各層間的材料選擇及隔絕，將是攸關(guān)燃料電池作動(dòng)效率的一大因素。因此，除了慎選使用的材料之外，如何確保陽(yáng)極與陰極的反應(yīng)，將是極為重要的課題。
但通常造成燃料電池?zé)o法達(dá)到如上確實(shí)控制的因素主要可歸納為二其一為處于陽(yáng)極及陰極板間供作氣體防漏的措施無(wú)法彰顯功能，另一則為各電池單體層間的導(dǎo)電接觸壓力無(wú)法保持在最佳狀態(tài)。
參閱圖1所示，其顯示一公知PEMFC燃料電池單體組合結(jié)構(gòu)的剖視圖。其主要包括有一陽(yáng)極板101及一陰極板102，在該陽(yáng)極板101及陰極板102之間夾置一質(zhì)子交換膜103、一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層104、以及一陰極氣體擴(kuò)散層105。該質(zhì)子交換膜103、陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層104及陰極氣體擴(kuò)散層105即構(gòu)成一膜電極總成(MEA)。
在該陽(yáng)極板101面向于膜電極總成的表面設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)陽(yáng)極氣體槽道101a，而在該陰極板102面向于膜電極總成的表面設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)陰極氣體槽道102a。在該陽(yáng)極板101與陰極板102的外環(huán)緣預(yù)先分別配設(shè)一墊片106、107，當(dāng)該陽(yáng)極板101、陰極板102及膜電極總成對(duì)準(zhǔn)疊合后，即可達(dá)到該燃料電池單體的密封效果。
在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)，依所需將數(shù)個(gè)燃料電池單體疊置而形成一燃料電池組100(如圖2所示)，再于該燃料電池組100接上陰極氣體管線、陽(yáng)極氣體管線、冷卻液管線、上端板108a、下端板108b、及金屬導(dǎo)電端子109a、109b，最后再以復(fù)數(shù)系桿(tie rods)110予以穩(wěn)固結(jié)合。
公知PEMFC燃料電池單體組合結(jié)構(gòu)之缺失可歸納如下(1)由陽(yáng)極板101的槽道101a供入的氫氣，在通過(guò)陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層104途中，極易因墊片106、107與陽(yáng)極板101間的空隙而漏失。而由陰極板102的槽道102a供入的氧氣亦極易因墊片106、107與陰極板102間的空隙而漏失，嚴(yán)重影響反應(yīng)的進(jìn)行。此缺失在墊片106、107因使用一段時(shí)間造成老化現(xiàn)象后尤其明顯，即使墊片106、107一體成形制作成單一墊片，亦無(wú)法有效解決此一問(wèn)題。
(2)因墊片106、107本身材質(zhì)的限制，使其極容易因附近壓力不均勻，或老化速度不均一而造成整體電池單體的接觸壓力不均勻，此為氣體擴(kuò)散反應(yīng)不能平均實(shí)行的原因。由于整體燃料電池組最后需以系桿110控制接觸壓力，將益加造成燃料電池組周邊與中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)明顯層合壓力差，嚴(yán)重影響電池的工作效率。
(3)采用墊片106、107于陽(yáng)極板101及陰極板102間的措施，不但隔絕污染的效果不彰，亦無(wú)法產(chǎn)生層合定位的功能。又因其接觸壓力很難事先控制在一最佳的數(shù)值間，故依該措施，勢(shì)無(wú)法將燃料電池組以電池單體模塊化的型式事先制作儲(chǔ)備起來(lái)、以及進(jìn)行任何可能型式的產(chǎn)品測(cè)試。此確為目前PEMFC燃料電池?zé)o法廣泛有效運(yùn)用的主要癥結(jié)所在。
有鑒于此，提供一種能夠解決上述問(wèn)題、并提供高效能、能進(jìn)行量產(chǎn)化及低成本的模塊化燃料電池結(jié)構(gòu)乃為業(yè)界共同企盼解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)將其模塊化(modulized)及單元化(unitized)，使整體電池的制作及施工更為簡(jiǎn)化，并可通過(guò)事先測(cè)試電池單體的效能，而達(dá)到整體燃料電池的品質(zhì)大幅提升、制作成本大幅下降，進(jìn)而達(dá)成量產(chǎn)化的需求。
本發(fā)明的另一目的是提供一種模塊化燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)將該燃料電池的陽(yáng)極板及陰極板間的周緣區(qū)域，配施所需量的硅膠材料，使該陽(yáng)極板及陰極板及其間所夾設(shè)的膜電極總成得層合定位，并得事先控制所需層合及接觸壓力，再進(jìn)行硅膠的固化過(guò)程，使整體制作完成的電池單體或單元模塊的品質(zhì)及效率無(wú)瑕疵。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有良好密封效果的燃料電池結(jié)構(gòu)，通過(guò)陽(yáng)極板及陰極板間的周緣區(qū)域所配施的硅膠，使陽(yáng)極板及陰極板的氣體槽道所導(dǎo)入的氣體及冷卻液無(wú)漏失的可能。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)的問(wèn)題所采用的技術(shù)手段是在燃料電池的陽(yáng)極板及陰極板周緣區(qū)域分別開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部及連通的延伸環(huán)繞凹部。于組裝該電池單體時(shí)，該陽(yáng)極板與陰極板周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的環(huán)繞凹部與延伸環(huán)繞凹部間，預(yù)先涂設(shè)有硅膠，并在該硅膠尚未固化而呈黏稠狀時(shí)，將該陽(yáng)極板、膜電極總成與陰極板對(duì)準(zhǔn)疊合，并以一預(yù)定的壓力值予以壓著，而使該陽(yáng)極板的環(huán)繞凹部的硅膠與陰極板的環(huán)繞凹部所對(duì)應(yīng)的硅膠密著接合，如此以在該陽(yáng)極板與陰極板的周緣區(qū)域之間形成封閉環(huán)面，同時(shí)亦使該陽(yáng)極板與陰極板的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的延伸環(huán)繞凹部的硅膠亦相互對(duì)應(yīng)而將膜電極總成中的質(zhì)子交換膜密著壓合定位在中間位置，而使得該陽(yáng)極板與陰極板間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面。
經(jīng)由本發(fā)明所采用的技術(shù)手段，可以使質(zhì)子交換膜燃料電池予以模塊化及單元化，使整體電池的制作及施工更為簡(jiǎn)化，并可通過(guò)事先測(cè)試電池單體的效能，而達(dá)到整體燃料電池的品質(zhì)大幅提升、制作成本大幅下降，進(jìn)而達(dá)成量產(chǎn)化的需求。再者，通過(guò)在該燃料電池的陽(yáng)極板及陰極板間的周緣區(qū)域配施硅膠材料，使該陽(yáng)極板及陰極板及其間所夾設(shè)的膜電極總成得層合定位，并得事先控制所需層合及接觸壓力，再進(jìn)行硅膠的固化過(guò)程，使整體制作完成的電池單體或單元模塊的品質(zhì)及效率無(wú)瑕疵。更者，通過(guò)配施的硅膠使陽(yáng)極板及陰極板的氣體槽道所導(dǎo)入的氣體及冷卻液無(wú)漏失的可能，益增該燃料電池組的效能性及安全性。


圖1是先前技術(shù)燃料電池的電池單體組合時(shí)的側(cè)視剖視圖；圖2是先前技術(shù)燃料電池的組合立體圖；圖3是本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化燃料電池單體的立體圖；圖4是圖3中各個(gè)構(gòu)件分離時(shí)的立體分解圖；圖5A～圖5D是本發(fā)明第一實(shí)施例的組裝側(cè)視示意圖；圖6A～圖6B是本發(fā)明第二實(shí)施例中，將兩個(gè)如圖5D中的模塊化燃料電池單體上下疊置而形成一燃料電池組的側(cè)視示意圖；圖7A～圖7D是本發(fā)明第三實(shí)施例的組裝側(cè)視示意圖；圖8A～圖8B是本發(fā)明第四實(shí)施例中，將兩個(gè)如圖7D圖中的模塊化燃料電池單元上下疊置而形成一燃料電池組的側(cè)視示意圖。
10、10a模塊化燃料電池單體10b、10c模塊化燃料電池單元1陽(yáng)極板
11第一表面12第二表面13中央?yún)^(qū)域14周緣區(qū)域15陽(yáng)極氣體槽道16a氫氣進(jìn)入貫通孔16b氫氣送出貫通孔16c空氣進(jìn)入貫通孔16d空氣送出貫通孔16e冷卻液進(jìn)入貫通孔16f冷卻液送出貫通孔17環(huán)繞凹部17a延伸環(huán)繞凹部2陰極板21第一表面22第二表面23中央?yún)^(qū)域24周緣區(qū)域25陰極氣體槽道26a氫氣進(jìn)入貫通孔26b氫氣送出貫通孔26c空氣進(jìn)入貫通孔
26d空氣送出貫通孔26e冷卻液進(jìn)入貫通孔26f冷卻液送出貫通孔27環(huán)繞凹部27a延伸環(huán)繞凹部28冷卻槽道29環(huán)繞凹部29a延伸環(huán)繞凹部3、3a、3b膜電極總成31、31a、31b質(zhì)子交換膜32、32a、32b陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層33、33a、33b陰極氣體擴(kuò)散層4、4a硅膠5、5a硅膠6、6a硅膠7雙極板71第一表面72第二表面73中央?yún)^(qū)域74周緣區(qū)域75陰極氣體槽道77環(huán)繞凹部
77a延伸環(huán)繞凹部78陽(yáng)極氣體槽道79環(huán)繞凹部79a延伸環(huán)繞凹部8第二雙極板81第一表面82第二表面83中央?yún)^(qū)域84周緣區(qū)域85陰極氣體槽道87環(huán)繞凹部87a延伸環(huán)繞凹部88冷卻槽道89環(huán)繞凹部89a延伸環(huán)繞凹部91、91a硅膠92、92a硅膠93、93a硅膠94、94a硅膠95、95a硅膠100燃料電池組101陽(yáng)極板
101a陽(yáng)極氣體槽道102陰極板102a陰極氣體槽道103質(zhì)子交換膜104陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層105陰極氣體擴(kuò)散層106、107墊片108a上端板108b下端板109a、109b金屬導(dǎo)電端子110系桿具體實(shí)施方式
首先參閱圖3，其顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化燃料電池單體的立體圖，圖4為顯示圖3中各個(gè)構(gòu)件分離時(shí)的立體分解圖。圖5A為顯示圖3中各個(gè)構(gòu)件分離時(shí)的側(cè)視剖視圖。
圖式中所示的模塊化燃料電池單體10包含一陽(yáng)極板1(AnodePlate)及一陰極板2(Cathode Plate)，其中該陽(yáng)極板1具有一第一表面11、第二表面12、一中央?yún)^(qū)域13及一周緣區(qū)域14，該第一表面11的中央?yún)^(qū)域13開(kāi)設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)陽(yáng)極氣體槽道15，可供氫氣流通。該陽(yáng)極板1的周緣區(qū)域14分別開(kāi)設(shè)有氫氣進(jìn)入貫通孔16a、氫氣送出貫通孔16b、空氣進(jìn)入貫通孔16c、空氣送出貫通孔16d、冷卻液進(jìn)入貫通孔16e、冷卻液送出貫通孔16f。在此一實(shí)施例中的陽(yáng)極板1的第二表面12呈一平整表面的結(jié)構(gòu)。
相似地，該陰極板2具有一第一表面21、第二表面22、一中央?yún)^(qū)域23及一周緣區(qū)域24，該第二表面22的中央?yún)^(qū)域23開(kāi)設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)陰極氣體槽道25，可供空氣流通。該陰極板2的周緣區(qū)域24分別開(kāi)設(shè)有氫氣進(jìn)入貫通孔26a、氫氣送出貫通孔26b、空氣進(jìn)入貫通孔26c、空氣送出貫通孔26d、冷卻液進(jìn)入貫通孔26e、冷卻液送出貫通孔26f。
當(dāng)該陽(yáng)極板1及陰極板2在上下相互對(duì)準(zhǔn)疊合之后，即在其周緣區(qū)域14、24則各形成對(duì)應(yīng)的氫氣貫通孔、空氣貫通孔、冷卻液貫通孔，以分別作為氫氣、空氣、冷卻液的進(jìn)出管道。
一膜電極總成(Membrane Electrode Assembly，MEA)3夾置在該陽(yáng)極板1及陰極板2之間。該膜電極總成3包括有一質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane，PEM)31、一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(Anode GasDiffusion Layer)32、一陰極氣體擴(kuò)散層(Cathod Gas DiffusionLayer)33，依順序夾設(shè)于陽(yáng)極板1及陰極板2所對(duì)應(yīng)的中央?yún)^(qū)域13、23之間。其中該陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層32與質(zhì)子交換膜31間覆設(shè)有一層陽(yáng)極催化劑層(未示)，而該質(zhì)子交換膜31與陰極氣體擴(kuò)張層33間則覆設(shè)一陰極催化劑層(未示)，以分別使自陽(yáng)極板1的陽(yáng)極氣體槽道15及自陰極板2的陰極氣體槽道25所導(dǎo)入的氫氣及氧氣適切地進(jìn)行陽(yáng)極及陰極的電解水的逆反應(yīng)。
在本發(fā)明陽(yáng)極板1的第一表面11的周緣區(qū)域14開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部17，且該環(huán)繞凹部17在鄰近于該陽(yáng)極板1的各個(gè)貫通孔(即氫氣進(jìn)入貫通孔16a、氫氣送出貫通孔16b、空氣進(jìn)入貫通孔16c、空氣送出貫通孔16d、冷卻液進(jìn)入貫通孔16e、冷卻液送出貫通孔16f)的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部17a。
相似地，在本發(fā)明陰極板2的第二表面22(即相對(duì)于該陽(yáng)極板1方向的表面)的周緣區(qū)域24開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部27，且該環(huán)繞凹部27在鄰近于該陰極板2的各個(gè)貫通孔(即氫氣進(jìn)入貫通孔26a、氫氣送出貫通孔26b、空氣進(jìn)入貫通孔26c、空氣送出貫通孔26d、冷卻液進(jìn)入貫通孔26e、冷卻液送出貫通孔26f)的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部27a。
在本實(shí)施例中，該陰極板2的第一表面21的中央?yún)^(qū)域23亦設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)冷卻槽道28，可供冷卻液流通。而在該陰極板2的第一表面21的周緣區(qū)域24則開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部29，且該環(huán)繞凹部29在鄰近于該陰極板2的各個(gè)貫通孔(即氫氣進(jìn)入貫通孔26a、氫氣送出貫通孔26b、空氣進(jìn)入貫通孔26c、空氣送出貫通孔26d、冷卻液進(jìn)入貫通孔26e、冷卻液送出貫通孔26f)的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部29a。
于組裝該模塊化燃料電池單體10時(shí)，首先在該陰極板2的第一表面21周緣區(qū)域24的環(huán)繞凹部29與延伸環(huán)繞凹部29a涂設(shè)硅膠4、4a，并使該硅膠4、4a固化(如圖5B所示)。
然后，在該陽(yáng)極板1的第一表面11的周緣區(qū)域14所開(kāi)設(shè)的環(huán)繞凹部17與延伸環(huán)繞凹部17a分別涂設(shè)硅膠5、5a，并同時(shí)在該陰極板2的第二表面22的周緣區(qū)域24所開(kāi)設(shè)的環(huán)繞凹部27與延伸環(huán)繞凹部27a分別涂設(shè)硅膠6、6a(如圖5C所示)，并在該硅膠5、5a、6、6a尚未固化而呈黏稠狀時(shí)，將該陽(yáng)極板1、膜電極總成3與陰極板2對(duì)準(zhǔn)疊合，并以一預(yù)定的壓力值予以壓著(如圖5D所示)，而使該陽(yáng)極板1的第一表面11的環(huán)繞凹部17的硅膠5與陰極板2的第二表面22的環(huán)繞凹部27的硅膠6相對(duì)應(yīng)而密著接合，如此以在該陽(yáng)極板1與陰極板2的周緣區(qū)域14、24之間形成封閉環(huán)面。
同時(shí)，該陽(yáng)極板1的第一表面11的延伸環(huán)繞凹部17a的硅膠5a與陰極板2的第二表面22的延伸環(huán)繞凹部27a的硅膠6a亦相對(duì)應(yīng)地將膜電極總成3中的質(zhì)子交換膜31密著壓合定位在兩者中間位置，而使得該陽(yáng)極板1與陰極板2間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面，待該硅膠干燥固化后，即形成整體的模塊化燃料電池單體10。
依據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)所完成的模塊化燃料電池單體10除了可以在該模塊化燃料電池單體10的周緣形成密封結(jié)構(gòu)之外，亦使得各個(gè)相鄰的陽(yáng)極板、陰極板、膜電極總成之間得以穩(wěn)固結(jié)合定位。而在各個(gè)陽(yáng)極板與陰極板的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦形成彼此隔絕的結(jié)構(gòu)型態(tài)，可有效達(dá)到氫氣、氧氣、冷卻液的密封效果。
前述的實(shí)施例中，是以硅膠作為該模塊化燃料電池單體10的密封材料。較佳的硅膠材料，采用抗電蝕級(jí)(Non-Corrosive ElectronicGrade)的加濕固化(Moisture Cured)材料或加熱固化(Heat Cured)材料為最佳選擇。當(dāng)然亦可選用其它具有類似特性的材料作為密封材料。
依實(shí)驗(yàn)及使用經(jīng)驗(yàn)顯示，一般用于質(zhì)子交換膜燃料電池單體，其硅膠若采用熱固化材料制成，其熱固化溫度實(shí)質(zhì)上介于100℃-140℃，高于燃料電池的工作溫度(低于100℃)，將可獲得最穩(wěn)定的固化后效果；另外，該硅膠19的黏性若采用大于150,000百分泊(Centi-poise)，將可獲得最佳的黏著及定位效果，而該硅膠的介電強(qiáng)度(DielectricStrength)若選在15-20伏特/密拉(V/mil)間，則將足夠有效地發(fā)揮一般的抗電效能。但上述數(shù)據(jù)范圍僅提供熟悉此項(xiàng)技術(shù)人士了解較佳實(shí)施下的材料選定，而非代表在該范圍以外的材料參數(shù)即無(wú)法發(fā)揮預(yù)期的功能。
在實(shí)際的產(chǎn)品化應(yīng)用時(shí)，可將復(fù)數(shù)相同的模塊化燃料電池單體疊組而構(gòu)成一燃料電池組，以得到所需的輸出功率。
圖6A揭示本發(fā)明第二實(shí)施例中，將兩個(gè)如圖5D中的模塊化燃料電池單體上下疊置而形成一燃料電池組的側(cè)視示意圖。其具體作法是將兩個(gè)經(jīng)過(guò)本發(fā)明技術(shù)制成具有相同結(jié)構(gòu)的模塊化燃料電池單體10、10a上下疊置，使第二個(gè)模塊化燃料電池單體10a底面的陽(yáng)極板1疊置在第一個(gè)模塊化燃料電池單體10的陰極板2的頂面(如圖6B所示)。此時(shí)，該第二個(gè)模塊化燃料電池單體10a的陽(yáng)極板的第二表面(即底面)的平整表面將與第一個(gè)模塊化燃料電池單體10的陰極板2的第一表面21的各個(gè)冷卻槽道28構(gòu)成一可供冷卻液流通的槽道結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)該模塊化燃料電池單體10的陰極板2的第一表面21的硅膠4、4a緊壓接觸于該第二個(gè)模塊化燃料電池單體10a的陽(yáng)極板的底面，如此而可形成一具有水密效果的冷卻槽道28。
圖7A揭示本發(fā)明第三實(shí)施例的各相關(guān)構(gòu)件分離時(shí)的側(cè)視剖視圖。如圖所示，本實(shí)施例中的模塊化燃料電池單元包括有復(fù)數(shù)個(gè)膜電極總成(例如以兩個(gè)為例)、數(shù)個(gè)雙極板(例如以一個(gè)為例)、一個(gè)陽(yáng)極板、一個(gè)陰極板。為便于比對(duì)，在以下的說(shuō)明中，若與圖5A～圖5D中相同的構(gòu)件乃標(biāo)示以相同的參照編號(hào)。
在本實(shí)施例中的模塊化燃料電池單元10b中，其包括有一類似于圖5A中所示的模塊化燃料電池單體，其內(nèi)部包括有一陽(yáng)極板1、一雙極板7、以及第一膜電極總成3a。該陽(yáng)極板1同樣具有第一表面11、第二表面12、中央?yún)^(qū)域13、周緣區(qū)域14、陽(yáng)極氣體槽道15、環(huán)繞凹部17、延伸環(huán)繞凹部17a、以及各個(gè)貫通孔。該雙極板7具有第一表面71、第二表面72、中央?yún)^(qū)域73、周緣區(qū)域74、陰極氣體槽道75、環(huán)繞凹部77、延伸環(huán)繞凹部77a、環(huán)繞凹部79、延伸環(huán)繞凹部79a、以及各個(gè)貫通孔。更者，該雙極板7的第一表面71的中央?yún)^(qū)域73乃形成有復(fù)個(gè)陽(yáng)極氣體槽道78，可供流通陽(yáng)極氣體。第一膜電極總成3a包括有一質(zhì)子交換膜31a、一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層32a、一陰極氣體擴(kuò)散層33a。
該第一雙極板7的第一表面71頂面更可疊置一個(gè)第二膜電極總成3b，其包括有一質(zhì)子交換膜31b、一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層32b、一陰極氣體擴(kuò)散層33b，其中該陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層32b恰位在該雙極板7第一表面71的中央?yún)^(qū)域73。而該第二膜電極總成3b的陰極氣體擴(kuò)散層33b的頂面則再疊置一個(gè)陰極板8。
陰極板8的結(jié)構(gòu)包括有具有第一表面81、第二表面82、中央?yún)^(qū)域83、周緣區(qū)域84、陰極氣體槽道85、環(huán)繞凹部87、延伸環(huán)繞凹部87a、以及各個(gè)貫通孔。更者，該陰極板8的第一表面81的中央?yún)^(qū)域83乃形成有復(fù)個(gè)冷卻槽道88，可供流通冷卻液。
于組裝該模塊化燃料電池單元10b時(shí)，首先在該陰極板8的第一表面81周緣區(qū)域84的環(huán)繞凹部89與延伸環(huán)繞凹部89a涂設(shè)硅膠91、91a，并使該硅膠91、91a固化(如圖7B所示)。
然后，在該陽(yáng)極板1的環(huán)繞凹部17與延伸環(huán)繞凹部17a分別涂設(shè)硅膠92及92a、在該雙極板7的環(huán)繞凹部77及延伸環(huán)繞凹部77a分別涂設(shè)硅膠93及93a、在該雙極板7的環(huán)繞凹部79及延伸環(huán)繞凹部79a分別涂設(shè)硅膠94及94a、以及在該陰極板8的環(huán)繞凹部87及延伸環(huán)繞凹部87a分別涂設(shè)硅膠95及95a(如圖7C所示)，并在該各個(gè)涂布的硅膠92、92a、93、93a、94、94a、95、95a尚未固化而呈黏稠狀時(shí)，將該陽(yáng)極板1、第一膜電極總成3a、雙極板7、第二膜電極總成3b、陰極板8對(duì)準(zhǔn)疊合，并以一預(yù)定的壓力值予以壓著(如圖7D所示)，而使各個(gè)相對(duì)應(yīng)的硅膠92、93、94、95相對(duì)應(yīng)而密著接合，如此以在該陽(yáng)極板1、雙極板7、陰極板8的周緣區(qū)域形成封閉環(huán)面。同時(shí)，各個(gè)對(duì)應(yīng)的硅膠92a、93a、94a、95a亦相對(duì)應(yīng)地將第一膜電極總成3a中的質(zhì)子交換膜31a與第二膜電極總成3b中的質(zhì)子交換膜31b分別密著壓合定位，而使得該陽(yáng)極板1、雙極板7、陰極板8間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面，如此而形成整體的模塊化燃料電池單元10b。
圖8A揭示本發(fā)明第二實(shí)施例中，將兩個(gè)如圖7D中的模塊化燃料電池單元10b上下疊置而形成一燃料電池組的側(cè)視示意圖。其具體作法是將兩個(gè)經(jīng)過(guò)本發(fā)明技術(shù)制成具有相同結(jié)構(gòu)的模塊化燃料電池單元10b、10c上下疊置，使第二個(gè)模塊化燃料電池單元10c底面的陽(yáng)極板疊置在第一個(gè)模塊化燃料電池單元10b的陰極板的頂面(如圖8B所示)。此時(shí)，該第二個(gè)模塊化燃料電池單元10c的陽(yáng)極板的第二表面(即底面)的平整表面將與第一個(gè)模塊化燃料電池單元10b的陰極板8的頂面的各個(gè)冷卻槽道88構(gòu)成一可供冷卻液流通的槽道結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)該第一個(gè)模塊化燃料電池單元10b的陰極板8的頂面的硅膠91、91a緊壓接觸于該第二個(gè)模塊化燃料電池單元10c的陽(yáng)極板的底面，如此而可形成一具有水密效果的冷卻槽道。
權(quán)利要求
1.一種模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該結(jié)構(gòu)包括有一膜電極總成，具有一陽(yáng)極側(cè)及一陰極側(cè)，在該陽(yáng)極側(cè)形成有一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層，而在該陰極側(cè)則形成有一陰極氣體擴(kuò)散層，一質(zhì)子交換膜夾置在該陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層與陰極氣體擴(kuò)散層之間；一陽(yáng)極板，位在該膜電極總成的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層的外側(cè)表面，該陽(yáng)極板具有一第一表面、一第二表面、一中央?yún)^(qū)域、一周緣區(qū)域、以及形成在該周緣區(qū)域的復(fù)數(shù)個(gè)貫通孔，其第一表面面向于該膜電極總成的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層，且在第一表面的中央?yún)^(qū)域形成有復(fù)數(shù)個(gè)陽(yáng)極氣體通過(guò)，在該第一表面的周緣區(qū)域開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部，且該環(huán)繞凹部在鄰近于該陽(yáng)極板的各個(gè)貫通孔的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部；一陰極板，位在該膜電極總成的陰極氣體擴(kuò)散層的外側(cè)表面，該陰極板具有一第一表面、一第二表面、一中央?yún)^(qū)域、一周緣區(qū)域、以及形成在該周緣區(qū)域的復(fù)數(shù)個(gè)貫通孔，其第二表面面向于該膜電極總成的陰極氣體擴(kuò)散層，且第二表面的在中央?yún)^(qū)域形成有復(fù)數(shù)個(gè)陰極氣體通過(guò)，在該第二表面的周緣區(qū)域開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部，且該環(huán)繞凹部在鄰近于該陰極板的各個(gè)貫通孔的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部；于組裝該電池單體時(shí)，該陽(yáng)極板的第一表面及陰極板的第二表面的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的環(huán)繞凹部與延伸環(huán)繞凹部間，預(yù)先涂設(shè)有硅膠，并在該硅膠尚未固化而呈黏稠狀時(shí)，將該陽(yáng)極板、膜電極總成與陰極板對(duì)準(zhǔn)疊合，并以一預(yù)定的壓力值予以壓著，而使該陽(yáng)極板的環(huán)繞凹部的硅膠與陰極板的環(huán)繞凹部所對(duì)應(yīng)的硅膠密著接合，如此以在該陽(yáng)極板與陰極板的周緣區(qū)域之間形成封閉環(huán)面；同時(shí)，該陽(yáng)極板的第一表面及陰極板的第二表面的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的延伸環(huán)繞凹部的硅膠亦相互對(duì)應(yīng)而將膜電極總成中的質(zhì)子交換膜密著壓合定位在中間位置，而使得該陽(yáng)極板與陰極板間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該陰極板的第一表面形成有復(fù)數(shù)個(gè)冷卻槽道。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該陽(yáng)極板的第二表面呈一平整表面。
4.一種模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，包括有復(fù)數(shù)個(gè)疊置的燃料電池單體，每一個(gè)燃料電池單體包括有一膜電極總成，具有一陽(yáng)極側(cè)及一陰極側(cè)，在該陽(yáng)極側(cè)形成有一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層，而在該陰極側(cè)則形成有一陰極氣體擴(kuò)散層，一質(zhì)子交換膜夾置在該陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層與陰極氣體擴(kuò)散層之間；一陽(yáng)極板，位在該膜電極總成的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層的外側(cè)表面，該陽(yáng)極板具有一第一表面、一第二表面、一中央?yún)^(qū)域、一周緣區(qū)域、以及形成在該周緣區(qū)域的復(fù)數(shù)個(gè)貫通孔，其第一表面面向于該膜電極總成的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層，且在第一表面在中央?yún)^(qū)域形成有復(fù)數(shù)個(gè)陽(yáng)極氣體通過(guò)，在該第一表面的周緣區(qū)域開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部，且該環(huán)繞凹部在鄰近于該陽(yáng)極板的各個(gè)貫通孔的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部；一陰極板，位在該膜電極總成的陰極氣體擴(kuò)散層的外側(cè)表面，該陰極板具有一第一表面、一第二表面、一中央?yún)^(qū)域、一周緣區(qū)域、以及形成在該周緣區(qū)域的復(fù)數(shù)個(gè)貫通孔，其第二表面系面向于該膜電極總成的陰極氣體擴(kuò)散層，且第二表面在中央?yún)^(qū)域形成有復(fù)數(shù)個(gè)陰極氣體通過(guò)，在該第二表面的周緣區(qū)域開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部，且該環(huán)繞凹部在鄰近于該陰極板的各個(gè)貫通孔的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部；于組裝該燃料電池時(shí)，該陽(yáng)極板的第一表面及陰極板第二表面的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的環(huán)繞凹部與延伸環(huán)繞凹部間，預(yù)先涂設(shè)有硅膠，并在該硅膠尚未固化而呈黏稠狀前，將該陽(yáng)極板、膜電極總成與陰極板對(duì)準(zhǔn)疊合，并以一預(yù)定的壓力值予以壓著，而使該陽(yáng)極板的環(huán)繞凹部的硅膠與陰極板的環(huán)繞凹部所對(duì)應(yīng)的硅膠密著接合，如此以在該陽(yáng)極板與陰極板的周緣區(qū)域之間形成封閉環(huán)面；同時(shí)，該陽(yáng)極板的第一表面及陰極板的第二表面的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的延伸環(huán)繞凹部的硅膠亦相互對(duì)應(yīng)而將膜電極總成中的質(zhì)子交換膜密著壓合定位在中間位置，而使得該陽(yáng)極板與陰極板間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面。
5.如權(quán)利要求4所述的模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該陰極板的第一表面的中央?yún)^(qū)域更形成有冷卻槽道，且在該第一表面的周緣區(qū)域開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部以及環(huán)繞于該陰極板的貫通孔的延伸環(huán)繞凹部，在該環(huán)繞凹部及延伸環(huán)繞凹部中形成有固化的硅膠。
6.如權(quán)利要求4所述的模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該陽(yáng)極板的第二表面呈平整表面。
7.一種模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，包括有復(fù)數(shù)個(gè)膜電極總成，每一個(gè)膜電極總成具有一陽(yáng)極側(cè)及一陰極側(cè)，在該陽(yáng)極側(cè)形成有一陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層，而在該陰極側(cè)則形成有一陰極氣體擴(kuò)散層，一質(zhì)子交換膜夾置在該陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層與陰極氣體擴(kuò)散層之間；復(fù)數(shù)個(gè)雙極板，每?jī)蓚€(gè)相鄰雙極板之間夾置了一膜電極總成，每一個(gè)雙極板具有一第一表面、一第二表面、一中央?yún)^(qū)域、一周緣區(qū)域、以及形成在該周緣區(qū)域的復(fù)數(shù)個(gè)貫通孔，其中該第一表面在中央?yún)^(qū)域形成有復(fù)數(shù)個(gè)陰極氣體通過(guò)，而該第二表面在中央?yún)^(qū)域形成有復(fù)數(shù)個(gè)陽(yáng)極氣體通過(guò)；該每一個(gè)雙極板的第一表面及第二表面的周緣區(qū)域皆開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部，且該環(huán)繞凹部在鄰近于該雙極板的各個(gè)貫通孔的位置處形成有連通的延伸環(huán)繞凹部；于組裝該燃料電池時(shí)，每一個(gè)雙極板的第一表面及第二表面的周緣區(qū)域環(huán)繞凹部與延伸環(huán)繞凹部與相鄰雙極板的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的環(huán)繞凹部與延伸環(huán)繞凹部間，預(yù)先涂設(shè)有硅膠，并在該硅膠尚未固化而呈黏稠狀時(shí)，將該雙極板、膜電極總成對(duì)準(zhǔn)疊合，并以一預(yù)定的壓力值予以壓著，而使該相鄰雙極板的環(huán)繞凹部所對(duì)應(yīng)的硅膠密著接合，如此以在該雙極板的周緣區(qū)域之間形成封閉環(huán)面；同時(shí)，該相鄰雙極板的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的延伸環(huán)繞凹部的硅膠亦相互對(duì)應(yīng)而將膜電極總成中的質(zhì)子交換膜密著壓合定位在中間位置，而使得該相鄰雙極板間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面。
8.如權(quán)利要求7所述的模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該各個(gè)雙極板中，鄰靠最外側(cè)的一雙極板的第一表面中央?yún)^(qū)域作為冷卻槽道。
9.如權(quán)利要求8所述的模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，其特征是，該最外側(cè)雙極板的第一表面的周緣區(qū)域開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部以及環(huán)繞于該陰極板的貫通孔的延伸環(huán)繞凹部，在該環(huán)繞凹部及延伸環(huán)繞凹部中形成有固化的硅膠。
全文摘要
一種模塊化質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)，在該燃料電池的陽(yáng)極板開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部及延伸環(huán)繞凹部，而在陰極板開(kāi)設(shè)有一環(huán)繞凹部及連通的延伸環(huán)繞凹部。于組裝該電池單體時(shí)，該陽(yáng)極板與陰極板周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的環(huán)繞凹部與延伸環(huán)繞凹部間，預(yù)先涂設(shè)有硅膠，并在該硅膠尚未固化而呈黏稠狀時(shí)，將該陽(yáng)極板、膜電極總成與陰極板對(duì)準(zhǔn)疊合，并予以壓著，而使該陽(yáng)、陰極板的環(huán)繞凹部所對(duì)應(yīng)的硅膠密著接合，如此以在該陽(yáng)、陰極板的周緣區(qū)域之間形成封閉環(huán)面，同時(shí)亦使該陽(yáng)極板與陰極板的周緣區(qū)域所對(duì)應(yīng)的延伸環(huán)繞凹部的硅膠亦相互對(duì)應(yīng)而將膜電極總成中的質(zhì)子交換膜密著壓合定位在中間位置，而使得該陽(yáng)極板與陰極板間的各個(gè)貫通孔周環(huán)亦各自形成封閉環(huán)面。
文檔編號(hào)H01M8/02GK1635643SQ20031012159
公開(kāi)日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者楊源生 申請(qǐng)人:亞太燃料電池科技股份有限公司