专利名称：燃料电池极板结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种极板结构，尤其是一种燃料电池的极板结构。
背景技术：
近几年由于石油的产量减少及价格升髙，科学家亟欲寻找解决的方案， 以减少石油的使用及依赖。而燃料电池(fuel cell)为目前被认为最能取代石油 的替代能源之一，其具有诸多优点，例如效率高，其能量转换效率可高达 60%;反应快，只要通入燃料后即能产生电力；运作安静，燃料电池无任何 移动组件；以及非常低的排放污染。且燃料电池可经由串联提高电压，或是 透过加大电极反应面积来提髙电流量。
燃料电池在组装时，是将各电池组件(例如膜电极组、极板)堆栈在一 起，然后再将堆栈后电池组件置于二端板(endplates)间，最后再将复数个螺 栓及螺帽穿过两个端板并锁紧而对两个端板施以一力量，使得该两个端板能 将各电池组件压紧贴合在一起，美国专利公告号US4，478,917所揭露的一种 燃料电池即使用此种组装方法。
上述所提及的电池组件，其中极板(polar plate)的前侧面设有多个流道 (flow channel)及多个开口 ，该开口位于该流道四周，并且与该流道相连通。 燃料电池的燃料(例如氢气)由其中一个开口处进入流道，然后在流道内流 动产生化学反应而发电，最后再由另外一个开口流出。而通常，流道所占的 面积即为该极板实际的发电面积。因此流道的面积应越大，而开口的面积应 越小。
然而，实际设计极板时，其流道的面积约为极板面积的40%至60%, 其余的面积多为开口所占去，例如美国专利公告号US 6,274,262及US 6,420,061所揭露的燃料电池，其极板的流道面积只占了一半左右的极板面 积，也就是一半左右的极板面积将无法发电。
而极板的材料通常由石墨(碳)所制作而成，石墨的材料成本髙，且加工 与制作不易，因此极板的价格髙。因此，如果每片极板只有部分面积能发电， 则要达到燃料电池预定的发电量时，势必需要较多片的极板才能达成，则燃 料电池的成本必也随之增加。换句话说，如果能让极板大部分的面积能发电， 则可减少极板的使用数目，也能使得燃料电池成本下降。因此，本实用新型提出一种设计合理且有效改善上述缺点的产品。 发明内容
本实用新型目的是提供一种燃料电池极板结构，该极板结构大部分的 面积都能作为流道使用。
本实用新型的技术方案是 一种燃料电池极板结构，包括本体、流道和 燃料孔，所述本体具有一个第一表面、 一个第一侧面及一个第二侧面，第一 侧面设置于第一表面的一侧边上，第二侧面设置第一表面的另一侧边上，第 一侧面与第二侧面彼此相对，所述流道包括凹进于第一表面上的两个主流 道和多个次流道，次流道凹进于第一表面上，并位于两个主流道之间，次流 道与两个主流道相连通，所述燃料孔有两个，各凹进于第一侧面及第二侧面 上，并且各与其中一个主流道相连通。
本实用新型优点是由于燃料孔设置于本体的侧面上，不会占用到第一 表面的面积，因此第一表面的大部分面积上都能供次流道设置，故该极板结 构能有更多的面积可发电。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
图1为本实用新型燃料电池极板结构的第一实施例的立体图。
图2为图1的侧视图。
图3为本实用新型燃料电池极板结构的第二实施例的立体图。 图4为图3的侧视图。
图5为本实用新型燃料电池极板结构应用于燃料电池的立体图。 图6为图5的分解图。
图7为本实用新型燃料电池极板结构的第三实施例的立体图。 图8为本实用新型燃料电池极板结构的第三实施例应用于燃料电池的 立体图。
其中IO极板结构；ll本体；lll第一表面；112第一侧面；113第二 侧面；114第二表面；12主流道；121主流道；13次流道；131次流道；14 燃料孔；141燃料孔；15散热片；20端板；21穿孔；30螺栓组；40输料管； 41主管体；42副管体。
具体实施方式
实施例一如图l、图2所示为本实用新型燃料电池极板结构的第一实 施例。其包括本体11、两个主流道12、多个次流道13及两个燃料孔14, 该极板结构IO可由石墨制作而成，但不排除使用金属材料制作而成。
本体11为一矩型状板体，其具有六个面。为方便说明，该本体11的前 侧面定义为第一表面111;顶面定义为第一侧面112;底面定义为第二侧面 113，第一侧面112与第二侧面113彼此相对。
两个主流道12凹进设置于本体11的第一表面111上，且两个主流道12 的延伸方向与第一侧面112或第二侧面113垂直，意指两个主流道12为垂 直地延伸。两个主流道12的流道深度随着两个主流道12的延伸长度而减少， 使得该两个主流道12呈现出一斜坡状的凹槽如图2。例如较靠近第一表面 111左边的主流道12是由上方往下方延伸，故该主流道12较上端的流道深 度会比较下端的流道深度深。而较靠近第一表面111右边的主流道12则为 相反(由下方往上方延伸)，其较下端的流道深度比较上端的流道深度深。
次流道13同样地凹进设置于本体11的第一表面111上，且次流道13 彼此之间具有一个间隔。次流道13各为一直条状凹槽，其延伸方向与两个 主流道12的延伸方向垂直，为水平地延伸，每一个次流道13的两端各与一 个主流道12相连接。
两个燃料孔14分别凹进设置于第一侧面112及第二侧面113上，两个 燃料孔14的末端各与一个主流道12相连接，并且燃料孔14是与主流道12 流道深度较深的那一端相连接。两个燃料孔14可供燃料电池的燃料(例如 氢气、氧气、甲醇)或是反应物(例如水)流迸或流出该极板结构10，而 通常会选择上方的燃料孔14(位于第一侧面112)输入燃料，然后由下方的燃 料孔14(位于第二侧面113)输出反应物或是未反应完的燃料。
上述为本实用新型的极板结构10各组件结构上的说明，以下将说明该 极板结构10的特点
由于两个燃料孔14设置于第一侧面112或第二侧面113上，其不会占 用到第一表面111的面积，因此第一表面111大部分的面积都可设置主流道 12及次流道13。例如本实用新型的极板结构10的第一表面111百分之八十 三的面积都能设置主流道12及次流道13 (第一表面111的长度与宽度各为 5.5公分，其总面积为30.25平方公分，而主流道12及次流道13所占的面积为25平方公分)，而剩余较外缘的面积则是供一些密封组件或是锁合组件 (图略)使用。
因为该主流道12为斜坡状，所以当燃料由燃料孔14输入到主流道12 时，燃料在主流道12中的流动速度能较均匀。进而使得燃料由主流道12流 入至该等次流道13时，每一个次流道13的燃料的流量能较均匀。
实施例二如图3、图4所示为本实用新型燃料电池极板结构的第二实 施例。第一实施例的极板结构10为一单极板，其只有一个前侧面(第一表 面111)具有流道。而第二实施例的极板结构10为一双极板(bipolar plate)， 其前后两侧面都具有流道。第二实施例的极板结构10详细叙述如下.-
将该本体11的后侧面定义为第二表面114，该第二表面114相对于第一 表面111。第二表面114同样地设置有两个主流道121及多个次流道131， 而该主流道121及次流道131的排列位置及几何尺寸与第一表面111的主流 道12及次流道13相同，而第一侧面112靠近右端处及第二侧面113靠近左 端处则各凹进设置另外一个燃料孔141。如此，燃料可由较靠近右端处的燃 料孔141输入，然后在第二表面114的主流道121及次流道131中流动，最 后再由靠近左端处的燃料孔141流出。
图5、图6为本实用新型燃料电池极板结构IO应用于燃料电池的情形， 该燃料电池包括两个端板20、多个螺栓组30、多个输料管40、以及多个上 述的极板结构10。
燃料电池组装时，极板结构10会重复地堆栈在一起，而堆栈的数目则 依据所需的发电量而决定。最外侧的两块极板结构10为单极板如图1所示， 而堆栈于中间的极板结构IO为双极板如图3所示。极板结构IO与极板结构 IO之间会夹一些反应组件(图略)，例如气体扩散层(gas diffusion layer)、 膜电极组(Membrane Electrode Assembly, MEA)等，该些反应组件非本实用 新型的重点，故不多详加叙述。
然后，再将两个端板20设置于极板结构10的两侧，端板20上各挖设 有四个穿孔21，穿孔21位于端板的上、下、左及右处。螺栓组30分别穿 过对应的穿孔21,并通过极板结构10的四周。
螺栓组30锁紧时，可对两个端板20施以一力量，使得两个端板20将 极板结构10压合，让极板结构IO彼此紧密地贴合在一起，且固定于两个端板20之间。最后再将输料管40装设于极板结构10的燃料孔14上。
输料管40具有一个主管体41及多个副管体42,副管体42与主管体41 相连通，且每一个副管体42各与一个极板结构10的一个燃料孔14(或141) 相连接。 一个输料管40能连接极板结构10的数目由副管体42的数目所决 定，本实施例中每一个输料管40的副管体42的数目为四个，所以每一个输 料管40各能连接四个极板结构10。该主管体41具有一个渐缩的管路孔径， 主管体41开口处的管路孔径比末端处大。而每一个副管体42的长度都不同， 较靠近主管体41开口处的副管体42的长度会比靠近主管体41末端处的副 管体42长。
使用该燃料电池时，可将燃料由极板结构IO上方的输料管40中输入， 然后燃料会在极板结构10的主流道12及次流道13中流动，并且产生化学 反应而发电，最后燃料再由极板结构10下方的输料管40流出。
上述的燃料电池除了极板结构IO具有的特点外，该燃料电池另具有些 特点
由于该输料管40的主管体41的管路孔径由开口处往末端处渐縮，因此 燃料由主管体41流入至每一个副管体42的流量能较均匀。
燃料电池具有多组输料管40，每一个输料管40分别连接部份的极板结 构10。连接至同一个输料管40的部分极板结构10可视为一个发电区块。 所以该燃料电池的全部的极板结构10可区分为四个发电区块，而每个发电 区块具有独立的输料管40。当燃料电池只需要较小的发电量时，则只需对 其中一个或两个发电区块通入燃料即可。
实施例三如图7为本实用新型燃料电池极板结构的第三实施例。与前 述第一及第二实施例不同之处在于该极板结构IO (可为单极板或双极板) 具有至少一个散热片15。每一块极板结构10的上、下、左及右侧面各设置 有一散热片15。由于燃料产生化学反应时，同时也会产生热能，故该等散 热片15能帮助极板结构IO排散热能。如图8所示，为第三实施例的燃料电 池之极板结构10应用于燃料电池组的情形，螺栓组30穿过该等散热片15。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非局限本实用新型的专利保 护范围，凡运用本实用新型说明书及图式内容所做的等效变化，均同理皆包 含于本实用新型的权利保护范围之内。
权利要求1. 一种燃料电池极板结构，包括本体(11)、流道和燃料孔(14)，其特征在于所述本体(11)具有一个第一表面(111)、一个第一侧面(112)及一个第二侧面(113)，第一侧面(112)设置于第一表面(111)的一侧边上，第二侧面(113)设置于第一表面(111)的另一侧边上，第一侧面(112)与第二侧面(113)彼此相对，所述流道包括凹进于第一表面(111)上的两个主流道(12)和多个次流道(13)，次流道(13)凹进于第一表面(111)上，并位于两个主流道(12)之间，次流道(13)与两个主流道(12)相连通，所述燃料孔(14)有两个，各凹进于第一侧面(112)及第二侧面上(113)，并且各与其中一个主流道(12)相连通。
2、 根据权利要求1所述燃料电池极板结构，其特征在于所述本体(ll) 具有一个与第一表面(ill)相对的第二表面(114)，第二表面(114)上凹 进设置有另外两个主流道(121)及另外多个次流道(131)，第一侧面(112) 及第二侧面(113)上各设有另一个燃料孔(141)。
3、 根据权利要求1所述燃料电池极板结构，其特征在于所述主流道 (12)具有一个渐縮的流道深度。
4、 根据权利要求3所述燃料电池极板结构，其特征在于所述主流道(12) 的流道深度较深的一端与燃料孔(14)连通。
5、 根据权利要求1所述燃料电池极板结构，其特征在于所述次流道(13) 为直条状凹槽。
6、 根据权利要求5所述燃料电池极板结构，其特征在于所述次流道 (13)与两个主流道(12)呈垂直地排列。
7、 根据权利要求1所述燃料电池极板结构，其特征在于所述极板结 构(10)的材料为石墨。
8、 根据权利要求1所述燃料电池极板结构，其特征在于所述极板结 构(10)可以包括至少一个散热片(15)，并凸出设置于本体(11)的其中 一个侧面上。
9、 根据权利要求1所述燃料电池极板结构，其特征在于所述极板结 构(10)与一个输料管(40)相连接。
10、 根据权利要求9所述燃料电池极板结构，其特征在于所述输料管 (40)具有一个主管体(41)及多个副管体(42),该主管体(41)与副管体(42)相连通，其中一个副管体(42)与极板结构(10)的其中一个燃料 孔相(14)连接；所述主管体(41)具有一个渐缩的管路孔径。
专利摘要本实用新型公开了一种燃料电池极板结构，包括本体、流道和燃料孔，所述本体具有一个第一表面、一个第一侧面及一个第二侧面，第一侧面设置于第一表面的一侧边上，第二侧面设置第一表面的另一侧边上，第一侧面与第二侧面彼此相对，所述流道包括凹进于第一表面上的两个主流道和多个次流道，次流道凹进于第一表面上，并位于两个主流道之间，次流道与两个主流道相连通，所述燃料孔有两个，各凹进于第一侧面及第二侧面上，并且各与其中一个主流道相连通。因此，燃料孔不会占用到第一表面的面积，第一表面的大部分面积上都能供次流道设置。
文档编号H01M8/02GK201289877SQ20082018624
公开日2009年8月12日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者林钰城, 陈彦明 申请人:苏州万旭电子元件有限公司