[发明专利]燃料电池组件

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种燃料电池的领域，特别是涉及一种新奇组件结构以制作这样的燃料电池，这样的燃料电池是由该组件的堆栈和组装而得到的。

背景技术

如图1A和1B所示，一已知结构的燃料电池1包含数个模块2、4等。每一模块包含一薄膜电池组件(Membrane Electrode Assembly, MEA)6、8等。每一薄膜电池组件侧边为两个平板(如双极板)，且由一接合点以将薄膜电池组件和平板分开。如图1B所示，具有三个平板10、12、14，平板12为模块的共平板，如模块2由平板10、12所构成，及模块4由平板12、14所构成。

双极板10、12、14是由例如盖上的不绣钢或是由加工的石墨所构成，因此增加的重量影响了组件其一的性能标准，准确的说，增加的重量影响组件产生的电力。但这些平面用以分离气体分布、两个连续电池的电性连接及热流体传送的循环，以控制电化学反应的放热能量。通过多通道的设计，气体的分布将能更精准的得到，信道的设计方式可参考图1b，平板10中的参考线16，其位于每一MEA的作用面(active surface)上。

接合点(joint)进一步提升了将氢气密封在每一电池内的成功机率，且接合点设置于每一双极板的侧边或每一MEA的侧边。

最小的氢气泄漏率和最小内电阻值是由一组件的密合度所界定出来的，此组件是由双极板、MEA和接合点所构成。

图1C为图1B中沿着轴线AA’的平面、MEA 6和两双极板10、12相对设置的部份示意图。平板10、12将用以实际地与MEA 6相接触，然而在密合的操作期间，甚至改变MEA 6的形状，因此仅剩下很小的空间于平板和薄膜之间，此很小的空间是用以让气体循环的反应发生，也就是说氢气位于一侧，且氧气或空气位于另一侧。此外，在操作的过程中，换句话说，当反应发生时，水会从氧气或水的那侧被释放出来。这些水将充斥或充满在MEA 6，当MEA 6几乎和平板10、12接触时，则气体的循环将被扰乱，且电池的效率将严重的下滑，此种现象将可能造成连锁效应，由其一的电池延伸到另一电池，并扰乱的气体反应物的送抵。

据上论结，除了重量构成的问题外，燃料电池中的平板造成太多空间的浪费，且他们的定位方式减少一两个因素的反应面，且由异构(heterogeneous)方式压缩了燃料电池的核心。

在图1C中，接合点6’, 10’, 12’设置于MEA 6、平板10、12的一侧，如上说明，此些接合点相互接触，以防止在封装的过程中因挤压而导致电池2、4等的毁坏，此些电池的组合可构成一燃料电池1。

对于每一MEA，可通过接合点设置以确保氢气厢和氧气或空气厢之间的密合，此举将暗示着大量接合点的使用。这里，密合已经成为封装过程中的确保空间的存在的目标之一，但是不能有太高的压力，以避免伤害到MEA6、8，甚至是反应层。由于密合的需求，以导致难以将数百个MEA组装起来。此外，组装的强度将随着时间的演变越来越差，是因为所有的密合压力是藉由接合点6’, 10’, 12’的使用所产生的，随着时间的演变，接合点因燃料电池的操作温度，将缓慢的移动，且密合压力将一点一点的往下掉，此举将导致双极板和MEA的接触压力下降。相对地，也降低了燃料电池的效率。接合点的使用在设计燃料电池时，引入了一个很重要的变量，此变量将影响燃料电池的稳定性和效率。

另一问题是相对地降低系统的电力强度。

图1D表示电力密度，对于第一阶而言，基本上相关于燃料电池的效率(曲线I)，双极板材料的密度(曲线II)，和双极板的厚度(曲线III)。其它变量，如电池的数量、材料密度，其材料内具有螺丝钉，密封板的厚度和每一电池反应面，皆会影响电力密度，但并非如同上述三个重要。

如上所述，具有双极板和MEA的多种组件是可以通过上述的方式制得的，如文件US 2004/0101736所描述的系统。

文件 US 7 226 684描述另一方法，用以密封一堆栈的组件和使上述的堆栈对于氢气的泄漏是紧密地，无须因使用双极板而产生的后续问题。关于双极板的使用将导致如上所述的问题，所有的堆栈是会压出皱纹的，且非用插销闩上的，用以维持组件于位置的压力和维持密封的方式，如同US2004/0101736(上述)描述的组装技术是必要的。此外，横向密封条的使用(如此文件图中，组件20的标示)需要一精准的厚度(基本上等同于MEA的厚度)。条位置的易变性在变形的过程中，必然的导致相同的问题或等效的问题，如上所引发的状况。

也就是说，双极板和接合点在已知的结构中，是有问题存在的。