专利名称：具抗压垫材的双极板及燃料电池组的制作方法
技术领域：
本发明属于电力装置，特别是一种具抗压垫材的双极板及燃料电池组。
背景技术：
燃料电池(Fuel Cell)系一种以含氢燃料及空气藉由电化学反应产生电力的装置。为了使燃料电池产生电化学反应，必须将氢气及空气分别经由适当的氢气通道及空气通道通入燃料电池中。而在氢气通道及空气通道结构的设计中，必须确保氢气与空气单独及彼此之间不至泄漏，以免影响燃料电池的操作效率及确保操作的安全性。
典型的燃料电池组包括复数个燃料电池单体，每一个基本的燃料电池单体主要包括膜电极组总成(Membrane Electrode Assemble，MEA)、结合于膜电极组总成阳极侧的阳极气体扩散板、阳极集电板、阳极双极板及结合于膜电极组总成阴极侧的阴极气体扩散板、阴极双极板、阴极集电板、阴极端板。
为了要将氢气及空气送至燃料电池中，以使燃料电池进行电化学反应，在燃料电池内部即需开设适当的气体通道。例如以氢气的供应而言，氢气供应源，如储氢罐所供应的氢气由氢气入口送入燃料电池中之后，会经由各相关构件间的预设贯通气体通道送到双极板的氢气送入槽，再经由连通槽道送至双极板表面的沟槽，以使氢气能经由气体扩散层与膜电极组总成产生反应。
在传统的燃料电池气体通道结构中，为了要达到气密效果，使气体不至外漏，通常的作法是在两个相邻构件之间夹置一气密垫片(Gasket)，以使输送的气体通过双极板的气体输送槽道及连通槽道时，藉由气密垫片达到防止气体外泄或两种气体相互泄漏的目的。
由于供应至燃料电池组的气体具有相当的气体压力，故当气体在通过双极板的连通槽道时，会使得气密垫片承受到相当的气体压力。此一现象会使得气密垫片在局部受压面产生凹陷，使用日久之后，即很容易产生气体泄漏之虞，甚至破坏了相邻的昂贵膜电极组总成。为了要克服前述的问题，乃有业者设计了其它型式的气体通道结构，例如开设贯穿孔道，然而，此种结构设计造成了产品在制作、加工上的困难度，使得整体制作成本加高。
发明内容
本发明的目的是提供一种气密效果良好、具有足够抗气压强度、制作加工简易的具抗压垫材的双极板及燃料电池组。
本发明具抗压垫材的双极板上设有气体输送槽道，并于至少一表面的中央区域设有复数个相互平行沟槽，复数沟槽端部连设与气体输送槽道连通的复数连通槽道；复数连通槽道顶面形成至少一硬质垫材定位区域，其在垂直于连通槽道延伸方向的宽度系大于所有连通槽道的总合宽度；在硬质垫材定位区域内的所有连通槽道之间的分隔脊部亦形成凹部区段；在硬质垫材定位区域中恰可容置抗压垫材；本发明具抗压垫材的双极板燃料电池组包括至少一燃料电池单体；燃料电池单体形成至少一气体通道；燃料电池单体包括膜电极组总成、设置于膜电极组总成阳极侧的气密垫片、与气密垫片相邻的阳极双极板、设置于膜电极组总成阴极侧气密垫片、与气密垫片相邻的阴极双极板；阳极双极板及阴极双极板设有位于气体通道上的连通槽道；阳极双极板/阴极双极板复数连通槽道上设有至少一与相邻气密垫片形成双垫片结构的抗压垫材。
其中容置于硬质垫材定位区域中的抗压垫材顶面与硬质垫材定位区域以外的各分隔脊部形成等平面。
抗压垫材的材料可为如铁氟龙的硬质高分子基材。
双极板为燃料电池组的阳极双极板。
双极板为燃料电池组的阴极双极板。
阳极双极板/阴极双极板复数连通槽道表面形成至少一承置抗压垫材的硬质垫材定位区域。
硬质垫材定位区域在垂直于连通槽道延伸方向的宽度系大于所有连通槽道的总合宽度；在硬质垫材定位区域内的所有连通槽道之间的分隔脊部亦形成凹部区段。
容置于硬质垫材定位区域中的抗压垫材顶面与硬质垫材定位区域以外的各分隔脊部形成等平面。
抗压垫材的材料可为如铁氟龙的硬质高分子基材。
抗压垫材设置于连通阴极双极板空气送入槽及阴极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
抗压垫材设置于连通阴极双极板空气送出槽及阴极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
抗压垫材设置于连通阳极双极板空气送入槽及阳极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
抗压垫材设置于连通阳极双极板空气送出槽及阳极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
由于本发明具抗压垫材的双极板上设有气体输送槽道及复数个端部连设与气体输送槽道连通的复数连通槽道的沟槽；复数连通槽道顶面形成至少一在连通槽道之间的分隔脊部亦形成凹部区段的硬质垫材定位区域；硬质垫材定位区域中恰可容置抗压垫材；具抗压垫材的双极板燃料电池组包括至少一燃料电池单体；燃料电池单体形成至少一气体通道；燃料电池单体包括膜电极组总成、设置于膜电极组总成阳极侧的气密垫片、阳极双极板及设置于膜电极组总成阴极侧气密垫片、阴极双极板；阳、阴极双极板设有位于气体通道上的连通槽道；阳极双极板/阴极双极板复数连通槽道上设有至少一与相邻气密垫片形成双垫片结构的抗压垫材。使用时，气体经气体输送槽道通过双极板上沟槽，以向膜电极组总成供应；如此，藉由设置于连通槽道硬质垫材定位区域中的抗压垫材与相邻气密垫片构成了双垫片密封结构，使得双极板与膜电极组总成间具有良好的气密效果及足够抗气压强度的防漏效果。不仅气密效果良好、具有足够抗气压强度，而且制作加工简易，从而达到本发明的目的。
图1、为本发明分解结构示意立体图。
图2、为图1中A部局部放大图。
图3、为图2中B部局部放大图。
图4、为图2中C向视图。
图5、为图4中D-D剖视图。
图6、为图4中D-D剖视图(顺序叠置抗压垫材、气密垫片、膜电极组总成、气密垫片及阳极双极板状态)。
图7、为图1中E向视图。
图8、为图7中F-F剖视图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括至少一燃料电池单体1。燃料电池单体1包括膜电极组总成10(Membrane Electrode Assemble，MEA)、顺序设置于膜电极组总成10阳极侧的阳极气体扩散板21、气密垫片22、阳极双极板23、阳极集电板24、气密垫片25、阳极端板26及顺序设置于膜电极组总成10阴极侧的阴极气体扩散板31、气密垫片32、阴极双极板33、阴极集电板34、气密垫片35、覆板36、阴极端板37。
膜电极组总成10系由质子交换膜、阳极触媒层、阴极触媒层构成。膜电极组总成10设有空气送入槽101及空气送出槽102。
燃料电池单体1藉由穿设于其组成构件预设螺孔的螺杆元件结合成一体。
阳极端板26外侧端面形成氢气入口41a及氢气出口41b。氢气供应源，例如储氢罐供应的氢气可由氢气入口41a送入燃料电池单体1内部所形成的氢气通道，以供应燃料电池单体1反应所需的氢气，再由氢气出口41b送出。
阳极端板26外侧面亦形成有空气入口42a及空气出口42b。空气供应源，例如鼓风机所供应的空气可由空气入口42a送入燃料电池单体1内部所形成的空气通道，以供应燃料电池单体1反应所需的氧气，再由空气出口42b送出。
此外，在阳极端板26外侧面另形成有冷却剂入口43a及冷却剂出口43b。冷却剂，例如冷却空气或冷却液可由冷却剂入口43a送入燃料电池单体1内部所形成的冷却剂通道，再由冷却剂出口43b送出，以使燃料电池单体1得到适当的冷却。
气密垫片25设有空气送入槽251、空气送出槽252、氢气送入槽253、氢气送出槽254。
阳极集电板24设有空气送入槽241、空气送出槽242、氢气送入槽243、氢气送出槽244。
阳极双极板23设有空气送入槽231、空气送出槽232、氢气送入槽233、氢气送出槽234。
气密垫片22设有空气送入槽221及空气送出槽222。
膜电极组总成10设有空气送入槽101及空气送出槽102。
气密垫片32设有空气送入槽321及空气送出槽322。
阴极双极板33上设有空气送入槽331及空气送出槽332。
在燃料电池单体1内部形成的氢气通道、空气通道及冷却剂通道，系藉由夹置相对应构件之间的气密垫片22、气密垫片25、气密垫片32、气密垫片35达到防止外泄的效果。
空气通道系由阳极端板26上空气入口42a、气密垫片2 5空气送入槽251、阳极集电板24空气送入槽241、阳极双极板23空气送入槽231、气密垫片22空气送入槽221、膜电极组总成10空气送入槽101、气密垫片32空气送入槽321、阴极双极板33空气送入槽331、空气送出槽332、气密垫片32的空气送出槽322、膜电极组总成10的空气送出槽102、气密垫片22的空气送出槽222、阳极双极板23的空气送出槽232、阳极集电板24的空气送出槽242、气密垫片25的空气送出槽252及阳极端板26的空气出口42b。
例如，空气由空气通道阳极端板26的空气入口42a送入之后，会顺序通过气密垫片25的空气送入槽251、阳极集电板24的空气送入槽241、阳极双极板23的空气送入槽231、气密垫片22的空气送入槽221、膜电极组总成10的空气送入槽101、气密垫片32的空气送入槽321，最后送到阴极双极板33的空气送入槽331，产并经由形成在阴极双极板33一侧面的沟槽330再到达阴极双极板33的空气送出槽332送出；由阴极双极板33的空气送出槽332所送出的空气会顺序地通过气密垫片32的空气送出槽322、膜电极组总成10的空气送出槽102、气密垫片22的空气送出槽222、阳极双极板23的空气送出槽232、阳极集电板24的空气送出槽242、气密垫片25的空气送出槽252及最后由阳极端板26的空气出口42b送出。
本发明可由一燃料电池单体1组成，也可由多个燃料电池单体1组成。另外，也可加上冷却板构成的冷却剂通路，以达到冷却的效果。
如图2、图3、图4所示，阴极双极板33一表面的中央区域系形成有复数个相互平行沟槽330，沟槽330可为波浪状或凹槽状，其端部与空气送入槽331、空气送出槽322连通，藉由沟槽330将由空气送入槽331所送入的空气导引至空气送出槽322送出。当空气被导引通过阴极双极板33的沟槽330时，即会透过阴极气体扩散板31而到达膜电极组总成10的阴极触媒层，以供应膜电极组总成10进行反应时所需的空气。
阴极双极板33的沟槽330与空气送入槽331之间系经由复数个连通槽道333及共通槽道334予以连通。而沟槽330的另一端与空气送出槽332之间亦系经由复数个连通槽道335及共通槽道336予以连通。
如图2、图3、图4、图5所示，连通槽道333的顶面中间区域形成硬质垫材定位区域5，其在垂直于连通槽道333延伸方向的宽度系大于所有连通槽道333的总合宽度。在硬质垫材定位区域5内的所有连通槽道333之间的分隔脊部337亦形成凹部区段。在硬质垫材定位区域5中恰可容置抗压垫材6。抗压垫材6的材料可为硬质高分子基材，如铁氟龙等。
如图6所示，当抗压垫材6结合于硬质垫材定位区域5中时，其覆盖于硬质垫材定位区域5内的连通槽道333的顶面恰与硬质垫材定位区域5以外的各分隔脊部337形成等平面。故当气密垫片32、膜电极组总成10、气密垫片22、阳极双极板23、阳极集电板24、气密垫片25及阳板端板26顺序地结合于阴极双极板33上时，抗压垫材6与气密垫片32两者即构成了双垫片密封结构，使得阴极双极板33与膜电极组总成10间具有良好的气密效果及足够抗气压强度的防漏效果。
以上所述的防漏结构为形成并用于阴极双极板33的气体防漏，当然亦可应用在所有输送槽道，如空气输送槽道等中的气体防漏、冷却剂输送槽道中的流体防漏等。
氢气通道系由阳极端板26上氢气入口41a、气密垫片25氢气送入槽253、阳极集电板24氢气送入槽243、阳极双极板23的氢气送入槽233、阳极双极板23的氢气送出槽234阳极集电板24氢气送出槽244、气密垫片25氢气送出槽254及阳极端板26上氢气出口41b。
如图7、图8所示，阳极双极板23一表面的中央区域形成有复数个相互平行的沟槽230，沟槽230与氢气送入槽233、氢气送出槽234相连通，藉由沟槽330将由氢气送入槽233所送入的氢气导引至氢气送出槽234送出。当氢气被导引通过阳极双极板23的沟槽230时，即会透过阳极气体扩散板21而到达膜电极组总成10的阳极触媒层，以供应膜电极组总成10进行反应时所需的氢气。
阳极双极板23的沟槽230与氢气送入槽233之间系经由复数个连通槽道235及共通槽道236予以连通。而沟槽230的另一端与氢气送出槽234之间亦系经由复数个连通槽道237及共通槽道238予以连通。
相同地，如图8所示，连通槽道235、237的顶面中间区域分别形成了硬质垫材定位区域51，其在垂直于连通槽道235、237延伸方向的宽度系大于所有连通槽道235、237的总合宽度。在硬质垫材定位区域51内的所有连通槽道235、237之间的分隔脊部亦形成凹部区段。在硬质垫材定位区域51中恰可容置为硬质高分子基材，如铁氟龙等抗压垫材6，以与相邻的气密垫片22构成双垫片的结构，使得阳极双极板23与膜电极组总成10间具有良好的气密效果及足够抗气压强度的防漏效果。
再者，如上所述，系以一个燃料电池单体作为实施例说明，在实际的应用时，本发明系包括有复数个燃料电池单体，以构成具抗压垫材的双极板及燃料电池组，即上述结构适用于一个燃料电池单体1燃料电池组，亦可适用于多个燃料电池单体1的燃料电池组。
如上所述，本发明确可达到气体输送通道的良好气密效果及具有足够抗气压的强度，故确具产业上的利用价值。
权利要求
1.一种具抗压垫材的双极板，其上设有气体输送槽道，并于至少一表面的中央区域设有复数个相互平行沟槽，复数沟槽端部连设与气体输送槽道连通的复数连通槽道；其特征在于所述的复数连通槽道顶面形成至少一硬质垫材定位区域，其在垂直于连通槽道延伸方向的宽度系大于所有连通槽道的总合宽度；在硬质垫材定位区域内的所有连通槽道之间的分隔脊部亦形成凹部区段；在硬质垫材定位区域中恰可容置抗压垫材。
2.根据权利要求1所述的具抗压垫材的双极板，其特征在于所述的容置于硬质垫材定位区域中的抗压垫材顶面与硬质垫材定位区域以外的各分隔脊部形成等平面。
3.根据权利要求1所述的具抗压垫材的双极板，其特征在于所述的抗压垫材的材料可为如铁氟龙的硬质高分子基材。
4.根据权利要求1所述的具抗压垫材的双极板，其特征在于所述的双极板为燃料电池组的阳极双极板。
5.根据权利要求1所述的具抗压垫材的双极板，其特征在于所述的双极板为燃料电池组的阴极双极板。
6.一种具抗压垫材的双极板燃料电池组，它包括至少一燃料电池单体；燃料电池单体形成至少一气体通道；燃料电池单体包括膜电极组总成、设置于膜电极组总成阳极侧的气密垫片、与气密垫片相邻的阳极双极板、设置于膜电极组总成阴极侧气密垫片、与气密垫片相邻的阴极双极板；阳极双极板及阴极双极板设有位于气体通道上的连通槽道；其特征在于所述的阳极双极板/阴极双极板复数连通槽道上设有至少一与相邻气密垫片形成双垫片结构的抗压垫材。
7.根据权利要求6所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的阳极双极板/阴极双极板复数连通槽道表面形成至少一承置抗压垫材的硬质垫材定位区域。
8.根据权利要求7所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的硬质垫材定位区域在垂直于连通槽道延伸方向的宽度系大于所有连通槽道的总合宽度；在硬质垫材定位区域内的所有连通槽道之间的分隔脊部亦形成凹部区段。
9.根据权利要求7所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的容置于硬质垫材定位区域中的抗压垫材顶面与硬质垫材定位区域以外的各分隔脊部形成等平面。
10.根据权利要求6所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的抗压垫材的材料可为如铁氟龙的硬质高分子基材。
11.根据权利要求6所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的抗压垫材设置于连通阴极双极板空气送入槽及阴极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
12.根据权利要求6所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的抗压垫材设置于连通阴极双极板空气送出槽及阴极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
13.根据权利要求6所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的抗压垫材设置于连通阳极双极板空气送入槽及阳极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
14.根据权利要求6所述的具抗压垫材的双极板燃料电池组，其特征在于所述的抗压垫材设置于连通阳极双极板空气送出槽及阳极双极板中央区域沟槽间的连通槽道上。
全文摘要
一种具抗压垫材的双极板及燃料电池组。为提供一种气密效果良好、具有足够抗气压强度、制作加工简易的电力装置部件及装置，提出本发明，双极板上设有气体输送槽道及复数个端部连设复数连通槽道的沟槽；复数连通槽道顶面形成至少一在连通槽道之间的分隔脊部亦形成凹部区段的硬质垫材定位区域；硬质垫材定位区域中恰可容置抗压垫材；燃料电池组包括至少一形成气体通道的燃料电池单体；燃料电池单体包括膜电极组总成、分别设置于膜电极组总成阳、阴极侧的气密垫片、阳、阴极双极板；阳、阴极双极板设有位于气体通道上的连通槽道；阳极双极板/阴极双极板复数连通槽道上设有至少一与相邻气密垫片形成双垫片结构的抗压垫材。
文档编号H01M8/02GK1507094SQ0215524
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月10日 优先权日2002年12月10日
发明者杨源生, 杨德洲 申请人:亚太燃料电池科技股份有限公司