[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池及其模块，且特别涉及一种燃料电池。

背景技术

随着科技的进步，传统能源如煤、石油及天然气的消耗量持续升高。由于天然能源的存量有限，因此，目前各国都在研发新的替代能源以取代传统能源，而燃料电池便是一种重要且具实用价值的选择。

图1A为已知一种堆叠式燃料电池模块的结构示意图。请参照图1A，燃料电池模块100包括膜电极组(membrane electrode assembly，MEA)110、阳极集电板120a以及阴极集电板120b。阳极集电板120a与阴极集电板120b所使用的材料为石墨板，且阳极集电板120a与阴极集电板120b的侧面皆刻画有多个凹槽，以分别作为阳极流道122a与阴极流道122b。阳极流道122a与阴极流道122b分别用以输送阳极反应物(甲醇溶液)以及阴极反应物(氧气或空气)。在实际应用情况下，通常会使多个燃料电池模块100堆叠，如此则可以产生更高的功率输出。

承上述，已知的燃料电池会存在一些问题，而影响发电效率以及提高制造成本。举例来说，在燃料电池中，阴极端会在化学反应的过程中产生水。而这些水若累积在阴极端，则会阻碍阴极端的反应作用，进而降低燃料电池的发电效率。为了解决上述的阴极端的水累积的问题，通常会利用气体泵浦(未绘示)，将空气(或氧气)打入阴极流道以供阴极端产生反应，并同时由此驱动阴极端所产生的水离开燃料电池，来达到排水的目的。但是，气体泵浦运转时产生的噪音较大，且其功耗过大，不适用于可携式产品中，且气体泵浦的使用寿命不长，如此会使得成本提高。

为防止燃料电池的阴、阳极的反应物泄漏，并使气体泵浦所产生的气体压力可完全提供至阴极流道，因此燃料电池的各构件，特别是指阴极集电板与膜电极组之间，必须紧密压合，以避免气体或液体泄漏，而造成不良的影响，例如电池的发电效率降低。传统组装燃料电池的各构件的方式，是利用阳极集电板与阴极集电板的面积远大于膜电极组的面积，且在阳极集电板与阴极集电板的外侧加上两片端板(end plate)，然后再以多个螺丝锁固周围区域，使两个端板紧靠而压合燃料电池。然而，此种压合方式却会使得膜电极组具有不同的压缩量，而影响膜电极组内部的阻抗及其发电量，进而降低燃料电池的使用寿命。而且，在压合燃料电池的过程中，常会造成以石墨板做成的集电板发生破裂的问题，而使得制造成本提高。虽然，以金属板来作为集电板可以解决石墨板易破裂的问题，但是金属板的重量较重，且会有材料腐蚀的问题。

请参照图1B，其绘示已知另一种平面堆叠式燃料电池的立体图。此平面堆叠式燃料电池130主要包括多个燃料电池模块132以及风扇134。同一片燃料电池模块132会有多个膜电极组在同一个平面上，而每一个膜电极组外侧配置有阴极集电板136。传统的阴极集电板例如是金属编织网(如图1C所示)、金属冲孔的薄片(如图1D所示)，或者是以电路板材料FR4为基材的表面镀金多孔性集电板(如图1E所示)。由于上述各阴极集电板的材料具有挠曲性，因此在进行压合的组装过程中，会使阴极集电板产生变形，造成燃料电池模块的欧姆阻抗(内阻)过高，而使电池整体的发电效率降低。

平面堆叠式燃料电池130的排水方式，是以使用寿命较长的风扇134替代气体泵浦。但是，风扇产生的风压低于气体泵浦所能产生的风压，而使排水的效果较差。另外，为了使风扇所提供的气流与膜电极组内的阴极催化剂层有较大的接触面积，阴极集电板必须具有较大的开口率。但是，过大的开口率反而会降低阴极集电板的结构强度。再者，为了使风扇所提供的气流可以均匀的传递至阴极催化剂层表面的各个位置，风扇通常需要搭配波浪状的阴极流道板使用。波浪状的阴极流道板虽可弥补阴极集电板的钢性不足，以提供压合上的强度需求，但是其缺点为具有较大的体积，而使得燃料电池整体的体积过大。

另外，美国专利第5,856,035号(U.S.Pat.No.5,856,035)披露一种固态氧化物燃料电池组结构。请参照图1F，其为绘示固态氧化物燃料电池组结构的拆解示意图。如图1F所示，固态氧化物燃料电池组10由下往上依序是由槽结构42、单向流动端连接24、阴极14、导电双极板16、阴极14、单向流动端连接26以及槽结构40所堆叠而组成。虽然固态氧化物燃料电池组10的阴极产物并非为液态，不会发生液体满溢(flooding)的现象。但是，此专利的结构仍然无法有效解决上述的问题。