专利名称：用于燃料电池的流道板与集电片的组装结构的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用于燃料电池的流道板与集电片的组装结构，且特别 是关于在对流道板与集电片进行组装时，能够使用超音波融接手段来将该些 集电片固定在流道板。背录技术燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能通过电极反应直接转化为电能 的发电装置。燃料电池的种类相当多，而且分类的方式也各有所不同，若依 电解质性质不同加以区分，有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃 料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池等五种不同电解质的燃 料电池。于传统燃料电池结构中，结合流道板功能与集电板功能的公知双极板乃是贴靠设置于膜电极组(Membrane Electrode Assembly)的电极上方，公知双 极板所使用的材质应具备高导电性、高强度、易加工、重量轻和成本低廉等 特性，目前制作公知双极板材料有石墨、铝、不锈钢、或印刷电路板等等。流道板与集电板所实行的传统接合方式，第一种接合方式是采用接合胶 (例如pr印reg)来将流道板与集电板接合成双极板，第一种接合手段乃与印刷 电路板制程有密切关联性，然而，实施印刷电路板制程所需要的设备其花费 甚为庞大。第二种接合方式是采用螺合方式，乃利用螺栓与螺帽来将流道板 与集电板接合成双极板，虽然第二种接合手段相当简易且易于实现，然而， 所制造出来的双极板其体积，难以达到小型化的要求。
发明内容本发明目的在于提供一种用于燃料电池的流道板与集电片的组装结构， 能够使用超音波融接手段，来将该些集电片固定在流道板。为达上述的目的，本发明包括 一片流道板与至少一个以上的集电片。 流道板为板体结构，且板体的材质采用可被超音波融接手段而融熔的基材， 板体设置有流道结构以及用来嵌设集电片的该些卡块。集电片设有该些洞孔， 该些洞孔的位置对应于该些卡块。当集电片迭置于板体时，该些洞孔嵌设于 该些卡块，此时，施以超音波融接手段来将该些卡块熔化，而填设于该些洞 孔，由此，以将集电片固定于板体上。
图1为本发明第一具体实施例的阴极流道板的立体图。图2为本发明第一具体实施例的集电片的立体图。图3为已完成组装的本发明第一具体实施例的立体图。图4为本发明第一具体实施例的阴极流道板其设置有电子组件的立体图。图5为本发明第二具体实施例的阳极流道板的立体图。图6为本发明第二具体实施例的集电片的立体图。图7为已完成组装的本发明第二具体实施例的立体图。图8为本发明第二具体实施例的阳极流道板其设置有电子组件的立体图。主要组件符号说明1 阴极流道板11板体 12 流入流道结构13槽体 131 卡块14流出流道结构15第一镂空区域16第二镂空区域17集电片170突伸部171洞孔18电子组件2阳极流道板21板体22流入部23流入流道结构24槽体241卡块25流出流道结构26流出孔27集电片270突伸部271洞孔28电子组件具体实施方式
请参阅图l、 2、 3所示的本发明第一具体实施例。在第一具体实施例中， 本发明的流道板1为阴极流道板，可应用于燃料电池中。本发明的阴极流道 板l包括板体ll、流入流道结构12、至少一个以上的槽体13、流出流道结 构14、第一镂空区域15与第二镂空区域16，以下分别将详述该些构件。板体ll的基材乃是一种可被超音波融接手段而融熔的基材，此种基材可 以选择PS、 SPS、 PES、 ABS、 PC 、 PP、 PPSU、 PV0、 PSU等其中一种的基材。上述的流入流道结构12、该些槽体13、流出流道结构14、第一镂空区域 15、第二镂空区域16等若仅设置于板体1的上表面，则形成单面阴极流道板 1。另一方面，上述的流入流道结构12、该些槽体13、流出流道结构14、第 - -镂空区域15、第二镂空区域16等若同时设置于板体11的上表面与下表面， 则形成双面阴极流道板l。
流入流道结构12连接于该些槽体14。流入流道结构12的入口区域乃实 行板体11的表面往下挖设成凹槽结构，同时，流入流道结构12与该些槽体 13所相接的区域，乃实行镂空结构，也就是说，将被相接区域所占用的板体 ll表面予以挖空。该些槽体13乃排列设置于板体11，且各个槽体13的设置位置对应配合 各个膜电极组的阴极的设置位置。实现该些槽体13的具体手段乃将自板体11 表面往下挖设成复数条且平行的沟槽。同时，各个槽体13的周围设有凸起结 构的卡块131。卡块131的直径可实行为小于1公厘(mm)，且该卡块131的 较佳实施例可实行为圆形凸柱，但是本发明的卡块131并不限制在圆形凸柱 此种实施例。外部的阴极燃料(例如空气)自流入流道结构12流进阴极流道板1的内 部，然后，阴极燃料被导流而流入至各个槽体13，最后，再流入至各个膜电 极组的阴极。再者，各个膜电极组的阴极于电化学反应后所生成的阴极生成 物(例如水)，乃分别流入于各个槽体13，最后，阴极生成物以及剩余的阴 极燃料乃流向于流出流道结构14。流出流道结构14乃设置在板体11，且连接于该些槽体13。流出流道结 构14可实行复数条且平行的沟槽，且该些沟槽与槽体13相连接。阴极生成 物以及剩余的阴极燃料乃流经流出流道结构14，而流出至阴极流道板1的外 部。本发明集电片17的材料乃是一种导电材料，且同时为一抗腐蚀及/或防 酸的抗化性材料，例如其可以选择不锈钢(SUS316)片、金箔、钛金属、石墨 材料、碳金属化合物材料、金属合金片及低阻抗的高分子导电片等其中一种。 集电片17所实行的具体结构乃是依随槽体13的具体结构而定。集电片17设有至少一个洞孔171，该些洞孔171的位置对应该些槽体13 周围的该些卡块131。当集电片17覆盖于对应的槽体13时，集电片17的该 些洞孔171乃嵌设于该些卡块131。在第一具体实施例中，该些洞孔171是实行设置在集电片17的该些突伸 部170。在组装时，将该些集电片17迭置于板体11且覆盖住对应的该些槽体 13，同时，将各个集电片17的突伸部170的所有洞孔171嵌设于对应的该些 卡块131。然后，使用超音波融接手段来将该些卡块131熔化并填设于该些洞 孔171内，如此达到该些集电片17固定接合到板体11。本发明所使用超音波融接手段可以直接使用公知超音波融接手段，例如 将超音波采以每秒振动1万次(10KHZ )到每秒振动2万次(20KHZ )的振动 频率，时间是从0.1秒到30秒之间，使得板体11上的该些卡块131熔化。图4为本发明第一具体实施例的阴极流道板其设置有电子组件的立体图。 在板体11尚未被流入流道结构12、该些槽体13、流出流道结构14、第一镂 空区域15、第二镂空区域16等所使用的表面，乃可以用来进一步设置电子布 线(circuitry),例如采用印刷式铜布线(printed circuitry)，并且在印刷 式铜布线的表面涂覆一层保护漆，例如绿漆。印刷式铜布线是与该些集电片 17突伸部171作电气连接。进一步可选择在电子布在线设置至少一个以上的 电子组件18。该些电子组件18的具体例例如温度传感器、浓度传感器、液位 传感器、加热组件、致冷组件。本发明的阴极流道板1与该些集电片17的组装结构乃能够应用在各类的 燃料电池，例如应用在采用甲醇燃料的燃料电池，或是采用液态燃料的燃 料电池、采用气态燃料的燃料电池、采用固态燃料的燃料电池等等。请参阅图5、 6、 7所示的本发明第二具体实施例。在第二具体实施例中， 本发明的流道板2为阳极流道板，可应用于燃料电池中。本发明的阳极流道 板2包括板体21、分流部22、流入流道结构23、至少一个以上的槽体24、 流出流道结构25与流出孔26，以下分别将详述该些构件。板体21的基材可比照上述阴极流道板1的基材，因此不重赘说明。 上述的分流部22、流入流道结构23、该些槽体24、流出流道结构25与 流出孔26等若仅设置于板体21的上表面，则形成单面阳极流道板2。另一方 面，上述的分流部22、流入流道结构23、该些槽体24、流出流道结构25与 流出孔26等若是同时设置于板体21的上表面与下表面，则形成双面阳极流 道板2。分流部22乃设置在板体21的一个侧边。将板体21的一小部份面积予以 挖空成一个镂空区域，来形成一个分流部22。分流部22的镂空区域能够容置 流入的阳极燃料(例如甲醇水溶液)，当流入的阳极燃料填满分流部22后， 阳极燃料即向着流入流道结构23流进。流入流道结构23是连接于分流部22与该些槽体24之间。实现流入流道 结构23的具体手段乃自板体21的表面往下挖设成复数条沟槽，且该些复数 条沟槽的同一方向的该些末端皆是与分流部22连接，同时，该些复数条沟槽 的另一个方向的该些另--末端，则是与槽体24连接。流入流道结构23采用 均流量的设计，如此使得来自分流部22的阳极燃料流经该些复数条沟槽后， 最后，在每-个连接于槽体24的末端所流出的阳极燃料的流出量，皆呈均流 量的流出量。该些槽体24乃排列设置于板体21，且各个槽体24的设置位置，对应配 合各个膜电极组的阳极的设置位置。实现该些槽体24的具体手段乃将自板体 21表面往下挖设成复数条且平行的沟槽。来自于流入流道结构23的阳极燃料 乃分别流入至各个槽体24，然后，再流入至各个膜电极组的阳极。再者，各 个膜电极组的阳极于电化学反应后所生成的阳极生成物，乃分别流入于各个 槽体24，最后，阳极生成物以及剩余的阳极燃料乃流向于流出流道结构25。各个槽体24的周围设有至少一个以上的卡块241，而该些卡块214的具 体实现手段乃相同于上述阴极流道板1的该些卡块131。流出流道结构25连接于该些槽体24与流出孔26之间。紧相连接于槽体 24的一部份流入流道结构23的设计乃是采用沟槽结构，而沟槽结构具体手段 乃自板体21的表面往下挖设成一条或一条以上的凹沟。紧相连接于流出孔26 的一部份流入流道结构23的设计乃是采用条孔结构，而条孔结构具体手段乃 自板体21的表面往下挖空成一条或一条以上的镂空条状区域。一部份的流出流道结构25实行条孔结构的设计用意，乃是在于将出口流 道放大，来降低阳极流道板2的内部压力，如此的话，则可使阳极生成物(例 如C02)或是气泡顺利排出至流出孔26，不会滞留在流出流道结构25中。流出孔26乃是设置在板体21的一个侧边，且是与流出流道结构25连接。 实现流出孔26的具体手段乃是将板体21的一小部份面积挖设成一个镂空区 域。流出孔26的设置位置可以选择与分流部22在板体21的同一侧边。来自 于流出流道结构25的阳极生成物以及剩余的阳极燃料，可自流出孔26而流 出于阳极流道板2。本发明集电片27的材料乃是一种导电材料，且同时为抗腐蚀及/或防酸 的抗化性材料，例如其可以选择不锈钢(SUS316)片、金箔、钛金属、石墨材 料、碳金属化合物材料、金属合金片及低阻抗的高分子导电片等其中一种。 集电片27所实行的具体结构乃是依随槽体24的具体结构而定。设置于集电片27的该些洞孔271的位置对应板体21的该些卡块241。当 集电片27覆盖于对应的槽体24时，集电片27的该些洞孔271乃嵌设于该些 卡块241。在第二具体实施例中，该些洞孔271是实行设置在集电片27的该些突伸 部270。在组装时，将该些集电片27迭置于板体21且覆盖住对应的该些槽体24，同时，将各个集电片27的突伸部270的所有洞孔271嵌设于对应的该些 卡块241。然后，使用超音波融接手段来将该些卡块241熔化并填设于该些洞 孔271内，如此达到该些集电片27固定接合到板体21。图8为本发明第二具体实施例的阳极流道板其设置有电子组件的立体图。 在板体21尚未被分流部22、流入流道结构23、至少一个以上的槽体24、流 出流道结构25与流出孔26等所使用的表面，乃可以用来进一步设置电子布 线(circuitry),例如采用印刷式铜布线(printed circuitry),并且在印刷 式铜布线的表面涂覆一层保护漆，例如绿漆。印刷式铜布线是与该些集电片 27突伸部270作电气连接。进一步可选择在电子布在线设置至少一个以上的 电子组件28。该些电子组件28的具体例例如是温度传感器、浓度传感器、液 位传感器、加热组件、致冷组件。本发明的阳极流道板2与该些集电片27的组装结构乃能够应用在各类的 燃料电池，例如应用在采用甲醇燃料的燃料电池，或是采用液态燃料的燃 料电池、采用气态燃料的燃料电池、采用固态燃料的燃料电池等等。本发明采用可被超音波融接手段而融熔的流道板基材，因此可利用超音 波融接手段方式来将流道板与该些集电片作固定接合，本发明用于燃料电池 的流道板与集电片的组装结构实乃为一种新颖创新的作法。但是以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能用以限定本发明可实施 的范围，凡是本领域的人士所明显可作变化与修饰，都应视为不悖离本发明 的实质内容。
权利要求
1.一种用于燃料电池的流道板与集电片的组装结构，包括一流道板，其特征在于包含一板体，具有一流道结构，其中该流道结构是具有至少一个以上的槽体，该些槽体的设置位置是对应配合各个膜电极组的电极的设置位置，且每个槽体的周围是设有至少一个以上的卡块；一集电片，是设有至少一个以上的洞孔，该些洞孔的位置是对应于该槽体的该些卡块，其中该些集电片是迭置于该板体上且覆盖于对应的该些槽体，该些洞孔是嵌设于对应的该些卡块；通过超音波融接手段将该些卡块熔化而填设于该些洞孔，来将该些集电片固定于该板体上。
2. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该板体的基材，是选择一PS、 -SPS、 一PES、 一ABS、 一PC 、 一PP、 一PPSU、 一 PV0、 一PSU等其中 .一种。
3. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该槽体，是由数条且平行的沟 槽所形成。
4. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该集电片是选择一不锈钢片(SUS316)、 一金箔、一钛金属、 一石墨材料、 一碳金属化合物材料、一 金属合金片及一低阻抗的高分子集电片等其中一种。
5. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该流道板，是一单面阴极流道 板。
6. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该流道板，是一双面阴极流道 板。
7. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于流道板，是一单面阳极流道板。
8. 如权利要求l所述的组装结构，其特征在于该流道板，是一双面阳极流道 板。
9. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该板体的基材，是一可被超音 波融接手段而融熔的基材。
10. 如权利要求1所述的组装结构，其特征在于该集电片，是设有至少一个以 上的突伸部，且每个突伸部是设有至少一个以上的该洞孔。
11. 如权利要求l所述的组装结构，其特征在于该流道板，是进一步包含至少 一个以上的电子组件。
全文摘要
本发明揭露一种用于燃料电池的流道板与集电片的组装结构，是包括一片流道板与至少一个以上的集电片。流道板为板体结构，该板体具有流道结构，该流道结构具有至少一个以上的槽体，该些槽体的设置位置是对应配合各个膜电极组的电极的设置位置。每个槽体的周围设有至少一个以上卡块。集电片设有至少一个以上的洞孔，该些洞孔的位置是对应于板体的该些卡块。当集电片是叠置于板体的槽体时，该些洞孔是嵌设于该些卡块，此时，施以超音波融接手段来将该些卡块熔化，而填设于该些洞孔，由此，以将集电片固定于板体上。
文档编号H01M8/02GK101154734SQ20061012788
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月27日 优先权日2006年9月27日
发明者张仓铭, 许锡铭, 黄纬莉 申请人:英属盖曼群岛商胜光科技股份有限公司