專利名稱：用于燃料電池的波浪型流道板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于應(yīng)用于燃料電池領(lǐng)域中的流道板(flowboard)及其制造方法，特別是有關(guān)于一種具備高抗甲醇性、高機械強度、較佳的燃料流動效能以及低加工成本的波浪型流道板及其制造方法。
背景技術(shù)：
如熟習(xí)該領(lǐng)域者所知，直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，簡稱為DMFC)是一種利用稀釋甲醇水溶液作為燃料，透過電化學(xué)程序?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成電力的發(fā)電裝置。與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相較，直接甲醇燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度以及較高的能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點，乃具有前瞻性的干凈能源，可應(yīng)用的領(lǐng)域包括家用發(fā)電系統(tǒng)、不斷電系統(tǒng)、電子產(chǎn)品、運輸工具、軍用設(shè)備、太空工業(yè)等。
直接甲醇燃料電池的運作原理乃以甲醇水溶液在陽極觸媒層進行氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氫離子(H+)、電子(e-)以及二氧化碳(CO2)，其中氫離子經(jīng)由電解質(zhì)傳遞至陰極，電子則經(jīng)由外部電路傳遞至陰極，此時供給陰極端的氧氣會與氫離子及電子在陰極觸媒層進行還原反應(yīng)，并產(chǎn)生水。燃料電池一般皆由多個基本單元所組成。由于每個基本單元所能提供的電壓很小，因此在應(yīng)用時必須串聯(lián)多個基本單元，以達到所需要的操作電壓輸出。
在直接甲醇燃料電池元件的模塊結(jié)構(gòu)中，通常包括有集電板以及流道板，分別扮演著不同重要的角色，其中集電板負責(zé)收集電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子，而流道板則是負責(zé)燃料流動的分布與控制。過去，在流道板的部分皆著重在流道的設(shè)計，使燃料能夠順利通過流道，而流入膜電極組(membrane electrodeassembly，MEA)。
公知的流道板通常是以石墨或是以玻璃纖維板，如FR4、FR5等材料做為基材，并需以電腦化數(shù)值控制(Computer Numerical Control，簡稱為CNC)車床銑削技術(shù)制作而成，其缺點是CNC車床銑削制作的產(chǎn)能低、而加工成本高，且公知以石墨、FR4或FR5等材質(zhì)為基材的流道板機械性質(zhì)普遍不佳、體積又大，等種種因素皆不利于燃料電池的量產(chǎn)規(guī)模與普及化應(yīng)用。
由此可知，好的流道板設(shè)計除了在材質(zhì)選擇上必須耐燃料電池的氣液燃料及其反應(yīng)物的化學(xué)性腐蝕之外，尚需具有高機械性、低加工成本以及可快速大量生產(chǎn)的要求，而公知的流道板不論在材質(zhì)上或是在制作方法上均有進一步改善與改良的空間。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在提供一種改良的流道板，以改善前述公知技藝的缺點。
本發(fā)明提供一種用于燃料電池的波浪型流道板，包含有一射出成型的板體基材，以可射出成型的高分子材料所構(gòu)成；及至少一個波浪型流道反應(yīng)區(qū)，定義有多個互相獨立的流道，設(shè)于該板體基材的表面上，其中該波浪型流道板可與膜電極組壓合后，并使燃料流通該流道經(jīng)催化反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
本發(fā)明提供一種用于燃料電池的波浪型流道板，包含有一射出成型的板體基材，以可射出成型的高分子材料所構(gòu)成；至少一個流道反應(yīng)區(qū)，設(shè)于該板體基材的表面上；及至少一波浪型集電板，定義有多個互相獨立的流道，整合固定在該流道反應(yīng)區(qū)內(nèi)；其中該波浪型流道板可與膜電極組壓合后，并使燃料流通該流道經(jīng)催化反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
因此，本發(fā)明的流道板除了在材質(zhì)選擇上具有耐燃料電池的氣液燃料及其反應(yīng)物的化學(xué)性腐蝕之外，尚具有高機械性、低加工成本以及可快速大量生產(chǎn)的要求。


為了使本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容能更進一步被了解，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖。然而所附圖式僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
圖1繪示的是本發(fā)明較佳實施例波浪型流道板的上視示意圖。
圖2繪示的是本發(fā)明所使用的模具的分解示意圖。
圖3繪示的是本發(fā)明另一較佳實施例定義有波浪型流道的集電板示意圖。
圖4是圖3中的集電板與板體基材結(jié)合后的態(tài)樣示意圖。
附圖標(biāo)記說明10波浪型流道板 11板體基材12流道反應(yīng)區(qū) 12a 流道反應(yīng)區(qū)12b流道反應(yīng)區(qū)12c 流道反應(yīng)區(qū)12d流道反應(yīng)區(qū)14穿越區(qū)16穿越區(qū) 20模具21定位環(huán) 22注入口襯套23導(dǎo)銷 24膜仁25頂出板 26頂出銷27C桿28挾槽29頂出器套蓋 40注入口頂出器41頂出器固定板 42支撐板43B板44A板45頂部挾版101燃料注入口102 流入流道103分歧管111燃料流出口112 流出流道113流出流道120集電板120a 基板120b銅膜 120c 電著漆
121正面122背面132導(dǎo)電耳部220凹陷區(qū)域具體實施方式
本發(fā)明是有關(guān)于用于以氣液體為燃料的燃料電池的波浪型流道板，其中流道板具有一個或者一個以上的反應(yīng)區(qū)，在與膜電極組(MEA)壓合或者組合后，可通過甲醇燃料流動反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
本發(fā)明的燃料電池用的波浪型流道板是一種對氫或含氫化合物在催化劑下反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的一種裝置，而本發(fā)明流道板針對可攜式電子產(chǎn)品用的質(zhì)子交換膜燃料電池，為了要輕薄及短小化，須能抗氣液燃料及其反應(yīng)物的化學(xué)腐蝕性，并具有良好的機械性質(zhì)。
請參閱圖1，其繪示的是本發(fā)明較佳實施例波浪型流道板的上視示意圖。如圖1所示，本發(fā)明波浪型流道板10包括有一板體基材11，以及至少一個波浪型的流道反應(yīng)區(qū)12。在圖1中是以四個波浪型的流道反應(yīng)區(qū)12a、12b、12c及12d舉例說明，而流道反應(yīng)區(qū)12b的側(cè)視圖如圖1右邊所示，流道反應(yīng)區(qū)12a、12b、12c及12d的流道皆為由上到下或由下到上的相同流場方向，其中，流道反應(yīng)區(qū)12a、12b兩者的流道為互通，而流道反應(yīng)區(qū)12c及12d的流道為互通，在流道反應(yīng)區(qū)12a及12b之間為穿越區(qū)14，在流道反應(yīng)區(qū)12c及12d之間為穿越區(qū)16。
此外，本發(fā)明并不限于在板體基材11的單面才有設(shè)置波浪型的流道反應(yīng)區(qū)，在板體基材11的另一面亦可以同時形成相同的波浪型的流道反應(yīng)區(qū)，因此本發(fā)明可以有單面流道與雙面流道的應(yīng)用。
如圖1所示，板體基材11在燃料注入端另設(shè)有一燃料注入口101、流入流道102以及分歧管103。燃料，如甲醇等，經(jīng)由燃料注入口101、流入流道102、分歧管103分別進入流道反應(yīng)區(qū)12a以及12c的各獨立流道中，然后再分別流入與流道反應(yīng)區(qū)12a以及12c銜接相通的流道反應(yīng)區(qū)12b以及12d，最后，由流出流道112及113、燃料流出口111流出。
本發(fā)明的主要特征之一在于流道反應(yīng)區(qū)12a、12b、12c及12d的流道皆為由上到下或由下到上的相同流場方向，其中，流道反應(yīng)區(qū)12a、12b兩者的流道為互通，而流道反應(yīng)區(qū)12c及12d的流道為互通，而且各個流道反應(yīng)區(qū)12a、12b、12c及12d中的單一流道皆為互相獨立，如此可使流場更加順暢、均勻化。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明的波浪型流道板的板體基材11是運用射出成型技術(shù)形成者，利用一種可射出成型的高分子復(fù)合材料，例如，聚醚醚酮(polyetheretherketone，簡稱為PEEK)、聚醚酮酮(polyetherketoneketone，簡稱為PEKK)、聚砜(Polysulfone，簡稱為PSU)、液晶高分子(liquid crystalpolymer，簡稱為LCP)、高分子塑化基板或復(fù)合式材料等的工程塑料中的其中一種。
需強調(diào)的是，并非所有可射出成型的高分子材料皆適合用來制作本發(fā)明的波浪型流道板的板體基材11，舉例來說，像ABS樹脂、聚丙烯(PP)樹脂以及聚碳酸酯(polycarbonate，簡稱為PC)等，盡管其可以通過射出成型制成基板，但是卻不具備所要求的抗甲醇性以及高機械強度，因此并不適合使用。因此，較適合的材料還是以上文中所列舉的幾種，其中特別是以聚砜最為合適。
此外，上述的可射出成型的高分子復(fù)合材料可以采用與填充劑一并射出的加工方式。前述的填充劑例如改質(zhì)劑、流動劑、脫膜劑等。
關(guān)于本發(fā)明形成波浪型流道板具體實施方式
將以下例子說明的(此例中以聚砜高分子作為流道板材料)。
基本上，本發(fā)明射出成型法的基本步驟有三個，分別是熔化、流動及凝固。首先，將粉粒狀的聚砜高分子塑料材料加熱熔化成液態(tài)，然后，將熔化的聚砜高分子塑料材料射入模具中，再行冷卻、凝固即成。整個制作過程快速，也可以自動化，尤其適合大量生產(chǎn)。
(1) 熔化將粉粒狀的聚砜高分子塑料材料在溫度及壓力下產(chǎn)生塑行變形。
(2) 流動將變形的聚砜高分子塑料材料在壓力作用下流動充滿整個模具。
(3) 凝固、冷卻等待聚砜高分子塑料材料冷卻后取出。
圖2繪示的是本發(fā)明所使用的模具20的分解示意圖。本發(fā)明所使用的模具20可包括定位環(huán)21、注入口襯套22、導(dǎo)銷23、膜仁24、頂出板25、頂出銷26、C桿27、挾槽28、頂出器套蓋29、注入口頂出器40、頂出器固定板41、支撐板42、B板43、A板44以及頂部挾版45，但不局限在上述模具組態(tài)。
本發(fā)明的波浪型的流道反應(yīng)區(qū)12可以是與板體基材11同時以射出成型方式一體成型，但波浪型的流道反應(yīng)區(qū)亦可以是另外形成，例如，以一集電板來定義流道，然后再與以射出成型方式形成的板體基材11結(jié)合。
請參閱圖3，其繪示的是本發(fā)明另一較佳實施例定義有波浪型流道的集電板120示意圖。本發(fā)明的另一較佳實施例，集電板(陽極)120包括有由不銹鋼或者其它能耐燃料電池氣液燃料的化學(xué)腐蝕的金屬材料，例如，SUS316、SUS3 16L、SUS304、SUS304L、鈦合金等材質(zhì)所構(gòu)成的薄型基板120a，以沖壓方式制作成的波浪型流道。
如圖3所示，在集電板120的正面121上是以沖壓方式形成有多個互相獨立的波浪型流道，能讓氣液燃料順利通過。若基板120a是以不銹鋼所構(gòu)成，由于不銹鋼的電阻較高，則在集電板120的背面122，可以鍍上一層銅膜120b，由此降低電阻，然后，再以一電著漆或者業(yè)界俗稱的「ED漆」120c覆蓋住隔離住銅膜120b，使銅層120b不會與燃料電池的氣液燃料相接觸，而使銅析出毒化電池。集電板120另包括有一凸出、可拗折的導(dǎo)電耳部132，用來將集電板120與形成在陰極導(dǎo)電板的線路電連接，讓電子導(dǎo)出。
圖3中的集電板120與以射出成型方式形成的板體基材11結(jié)合后的態(tài)樣，如圖4所示。集電板120可以AB膠或其它環(huán)氧樹脂類高分子黏著材料與板體基材11黏合，或者緊密卡合固定在板體基材11上，或以螺絲鉚丁等其它方式鎖固。集電板120設(shè)置在板體基材11所提供相對應(yīng)的凹陷區(qū)域220內(nèi)，其形狀能與集電板120相配合，以節(jié)省空間。
同樣的，在流道方向上，兩個相鄰的集電板120之間亦提供有穿越區(qū)14、16，其流道為一體成型與板體基材11同時形成，需與集電板120的流道相對應(yīng)銜接。導(dǎo)電耳部132在拗折后，可以與形成在板體基材11的線路電連接，并可以將電池串并。
本發(fā)明將集電板120整合在板體基材11上的作法至少包括有以下的優(yōu)點。首先，集電板120可以不銹鋼材質(zhì)制作，相較于公知技藝集電板以金制程，相對可節(jié)省許多成本，而將不銹鋼基板以沖壓方式定義出波浪型流道亦十分簡單快速。此外，將集電板120整合在板體基材11上的作法可以降低燃料電池組裝后的整體厚度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的波浪型流道板，其特征是，包含有一射出成型的板體基材，以可射出成型的高分子材料所構(gòu)成；及至少一個波浪型流道反應(yīng)區(qū)，定義有多個互相獨立的流道，設(shè)于該板體基材的表面上，其中該波浪型流道板可與膜電極組壓合后，并使燃料流通該流道經(jīng)催化反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
2.如權(quán)利要求1所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型流道反應(yīng)區(qū)與該板體基材是一體成型。
3.如權(quán)利要求1所述的波浪型流道板，其特征是，該高分子材料包含有聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚砜、液晶高分子或復(fù)合式材料。
4.如權(quán)利要求1所述的波浪型流道板，其特征是，該燃料是一甲醇溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的波浪型流道板，其特征是，該燃料是一液態(tài)燃料。
6.如權(quán)利要求1所述的波浪型流道板，其特征是，該燃料是一氣態(tài)燃料。
7.一種用于燃料電池的波浪型流道板，其特征是，包含有一射出成型的板體基材，以可射出成型的高分子材料所構(gòu)成；至少一個流道反應(yīng)區(qū)，設(shè)于該板體基材的表面上；及至少一波浪型集電板，定義有多個互相獨立的流道，整合固定在該流道反應(yīng)區(qū)內(nèi)；其中該波浪型流道板可與膜電極組壓合后，并使燃料流通該流道經(jīng)催化反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
8.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該流道反應(yīng)區(qū)是一凹陷區(qū)域。
9.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該高分子材料包含有聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚砜、液晶高分子或復(fù)合式材料。
10.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板包括一基板。
11.如權(quán)利要求10所述的波浪型流道板，其特征是，該基板由不銹鋼或者其它能耐燃料電池氣液燃料的化學(xué)腐蝕的金屬材料所構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求10所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板另包括一銅膜，鍍于該基板的一面上，以降低電阻。
13.如權(quán)利要求12所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板另包括一電著漆，覆蓋住該銅膜，以避免該銅膜與該燃料接觸。
14.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板包括一可拗折的導(dǎo)電耳部，用來使該波浪型集電板與形成在該波浪型流道板表面上的線路電連接。
15.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板是以AB膠或環(huán)氧樹脂類高分子黏著材料固定在該流道反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
16.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板是以AB膠固定在該流道反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
17.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該波浪型集電板是以卡合固定在該流道反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
18.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該燃料是一甲醇溶液。
19.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該燃料是一液態(tài)燃料。
20.如權(quán)利要求7所述的波浪型流道板，其特征是，該燃料是一氣態(tài)燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于燃料電池的波浪型流道板，包含有一射出成型的板體基材，以可射出成型的高分子材料所構(gòu)成；及至少一個波浪型流道反應(yīng)區(qū)，定義有多個互相獨立的流道，設(shè)于該板體基材的表面上，其中該波浪型流道板可與膜電極組壓合后，并使燃料流通該流道經(jīng)催化反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
文檔編號H01M4/86GK101093890SQ20061009311
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者尤素云, 賴將文, 林昱志, 陳竣明, 楊清森 申請人:南亞電路板股份有限公司