[发明专利]燃料电池系统及其膜电极组结构

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种燃料电池的结构，特别是关于一种裁切成具有三侧缘膜电极组结构，该三侧缘膜电极组结合一具有相对应轮廓的一阳极集电板、一阴极集电板、及流道板而形成一燃料电池组。

【背景技术】

燃料电池(Fuel Cell)是一种借着电化学反应，直接利用含氢燃料和空气产生电力的装置。由于燃料电池具有低污染、低噪音、高效率等优点，是符合时代趋势的能源技术。在各种不同类型的燃料电池中，最常见的有质子交换膜燃料电池(PEMFC)以及直接甲醇燃料电池(DMFC)两种类型。

参阅图1及图2所示，习用燃料电池100包括有一阴极集电板101、一膜电极组102(Membrane Electrode Assemble，缩写为MEA)、一阳极集电板103、一阳极流道板104。其中膜电极组102是由一质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)、一阳极触媒层、一阴极触媒层、一阳极扩散层(Diffusion Layer，GDL)、一阴极扩散层所组成。阳极流道板104通常由石墨所构成，其是配置在膜电极组102的阳极侧，并将阳极集电板103夹置在膜电极组102与阳极流道板104之间。

阳极流道板104设有一对燃料入口105及一对燃料出口106，并连通于阳极流道板104的流道空间107。直接甲醇燃料电池一般使用甲醇水溶液作为阳极燃料，甲醇水溶液经帮浦(未示)经燃料入口105输送入流道空间107中，以使甲醇水溶液与膜电极组的阳极触媒进行反应。为了要使甲醇与阳极触媒均匀反应，阳极流道板的流道空间设计与燃料入口、燃料出口的相对连通位置即成为一重要的课题。

而在膜电极组的设计方面，目前燃料电池组多使用方形轮廓的膜电极组，如图3所示的习用燃料电池膜电极组的顶视平面图。膜电极组作为具有方形轮廓型态的目的是便于裁切后有较佳的质子交换膜利用率，减少材料的浪费。若将多个方形膜电极组排列成燃料电池组时也比较小巧、降低整个膜电极组的的尺寸。

虽然目前所使用的方形膜电极组具有较佳质子交换膜利用率、减少材料浪费、小巧等优点，但却使得方形膜电极组具有较多的流场死角，在流道设计上较难达到均匀化的目的。图4显示图1中习用燃料电池膜电极组的阳极流道板的流场示意图。阳极燃料FI1、FI2分别由各别的燃料入口105送入后，会分布于阳极流道板104的流道空间107中，再由燃料出口106分别导出。在此一习用结构设计中，阳极燃料分布于阳极流道板104的流道空间107中时，由于受到流道空间107的几何结构、以及受到燃料入口105与燃料出口106对应于流道空间的配置位置的因素，会在流道空间107中会有较大的低流速区域108、109，亦即其具有较大的流场死角，而使得流道空间107中存在着阳极燃料流场速度分布不均的问题。

一个好的流道板流道结构设计应可以使得流场内各个不同区域流体的速度均等以及减少低流速区域，才可确保反应均等。但在目前的习知技术中，显然无法满足此一要求。

为了要使燃料电池的方形膜电极组达到流场均匀化的目的，目前的作法是在流道中设计较多的燃料入口与燃料出口，但此一作法却增加了整体流道设计的复杂度。

【发明内容】

本发明的目的是在于提供一种燃料电池组的结构改良，其轮廓形状不受限于传统方形的结构，使燃料电池的应用弹性更为广泛。

本发明的另一目的是提供一种具有三侧缘结构的燃料电池，其膜电极组、阳极集电板、阴极集电板、流道板皆设计成具有三侧缘的结构型态，并配合燃料入口与燃料出口的设计，可减少流道板的流场死角。

本发明的另一目的是提供一种流道均匀的燃料电池组，其流道板是设计成三角形的结构型态，可在不需任何导流板或均流板的状况下，即可使阳极板的燃料输送具有良好的流场，使阳极燃料得以均布在该流道板的燃料输送流道中。

为了达到上述目的，本发明提供一种膜电极组结构，其特征在于：包括：

一框架，具有一镂空区；

一膜电极组，具有一阳极侧及一阴极侧，该膜电极组是裁切成具有三侧缘，且该三侧缘是嵌入结合于该框架的该镂空区中。

本发明还提供一种燃料电池系统，其特征在于：包括：

一膜电极组，具有三侧缘的轮廓，该膜电极组具有一阳极侧及一阴极侧；

一阳极集电板，配置在该膜电极组的该阳极侧；

一阴极集电板，配置在该膜电极组的该阴极侧；