专利名称：流道板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池装置(foel cell apparatus),且特别涉及一种燃料 电池装置的流道板。
背景技术：
燃料电池具有高效率、低噪音、无污染的优点，是符合时代趋势的能源 技术。燃料电池区分为多种类型，常见的为质子交换膜型燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)以及直接曱醇燃料电池(direct methanol foel cell, DMFC)。以直接曱醇燃料电池为例，直接曱醇燃料电池的燃料电池 模块包括质子交换膜(proton exchange membrane)及设置于质子交换膜两侧的 阴极(cathode)与阳极(anode)。
直接曱醇燃料电池是使用曱醇水溶液作为燃料，且直接曱醇燃料电池的
反应式如下
阳极CH3OH+H20 — C02+6I^+6e-
阴极3/202+6H^+6e— — 3H20
总反应CH3OH+H20+3/202 — C02+3H20
请参照图1，已知一种燃料电池装置100包括二燃料电池模块(foelcell module) 110以及一阴极流道板120,其中阴极流道板120，如图2A所示， 是设置于此二燃料电池模块110之间。阴极流道板120是用以输送阴极反应 所需的气体。在已知技术中可通过风扇(未绘示)使气体在阴极流道板120 内二化动。
每一燃津+电池才莫块no包^舌二月莫电45J且(membrane electrode assembly, MEA) 112以及一阳极流道板114,其中阳极流道板114是配置于此二膜电 极组112之间。阳极流道板114，如图2B所示，是用以输送阳极反应所需 的燃料。另外，每一膜电极组112包括质子交换膜112a及设置于质子交换 膜112a两侧的阳极112b与阴极112c，且每一膜电极组112的阳极112b是 邻近阳极流道板114。每一阳极112b的一侧设有阳极集电板116，而每一阴极112c的一侧设有阴才及集电板118。
在已知技术中，阳极流道板114与阴极流道板120的制作方法包括塑胶 射出成型以及塑胶压铸两种。以塑胶射出成型而言，阳极流道板114与阴极 流道板120的最薄部分的厚度D1约为0.8毫米(mm)左右。以塑胶压铸而言， 阳极流道板114与阴极流道板120的最薄部分的厚度D1约为0.25毫米左右。 此外，利用塑胶压铸制作的阳极流道板114与阴极流道板120的强度低于利 用塑胶射出成型制作的阳极流道板114与阴极流道板120的强度。
由于膜电极组112需在适当的压缩量(通常为30%)之下，其反应效率优 选，所以必须对膜电极组112施予适当的压力。也因此，阳极流道板114与 阴极流道板116的强度必须够强，以避免损坏。有鉴于此，在已知技术中， 阳极流道板114与阴极流道板120通常是利用塑胶射出成型的方法制作而 成。
然而，燃料电池装置100的设计是朝向薄型化的趋势发展，因此阴极流 道板120与阳极流道板114的整体厚度D2、 D3也必须缩小。以应用于笔记 型电脑(notebookPC)的光碟机插槽的燃料电池装置100而言，由于光碟机插 槽的厚度约为12.7毫米，故阴极流道板120的整体厚度D2仅容许在1.4毫 米左右。若阴极流道板120是以塑胶射出成型制作而成，则由于其最薄部分 的厚度D1为0.8毫米，故流道的最大高度H仅为0.6毫米。此将对于气体 流动造成较大的阻力，导致燃料电池装置IOO的反应效率变差。此外，若为 了提升燃料电池装置IOO的反应效率，而改用尺寸较大且功率较高的风扇， 则会占用更大的空间且耗费更多的能源。
同理，若阳极流道板114是以塑胶射出成型制作而成，其亦会导致燃料 电池装置100的反应效率变差。
发明内容
本发明提供一种流道板，以提升燃料电池装置的反应效率。 本发明的其他目的和优点可以从本发明所4皮露的技术特征中得到进一 步的了解。
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例提出一 种流道板，其用于燃料电池装置中。此流道板包括分隔膜以及多个条状支撑 件。分隔膜是配置于燃料电池装置的二组件之间，而条状支撑件抵靠分隔膜
及此二组件，以维持此二组件之间的间距。
本发明另一实施例提出一种流道板，其用于燃料电池装置中。此流道板 包括分隔膜、第一支撑件以及第二支撑件。分隔膜配置于燃料电池装置的二 组件之间，且分隔膜具有第一表面与第二表面。第一支撑件包括第一底部与 连接第一底部的多个第一分支。第一分支是配置于第一表面，且第一底部与 分隔膜相隔一距离。第二支撑件包括第二底部与连接第二底部的多个第二分
支。第二分支是配置于第二表面，而第二底部与第一底部相对并与分隔膜相 隔一距离。第一分支与第二分支交替排列，第二分支与第一底部相隔一距离， 第 一分支与第二底部相隔一距离。第 一分支与第二分支大致上位于同 一平 面，以使分隔膜与每一组件之间形成一蜿蜒式流道。
本发明的流道板包括分隔膜与支撑件，其中支撑件可用以抵挡压缩力 道，以防止流道板损坏。此外，相较于已知技术，由于本发明采用的分隔膜 的厚度较薄，所以能有效增加流道板内的流体流动空间，进而提升燃料电池 装置的反应效率。
图1是已知一种燃料电池装置的示意图。
图2A是图1中阴极流道板的立体图。 图2B是图1中阳极流道板的示意图。
图3是本发明一实施例的流道板应用于燃料电池装置的示意图。
图4是图3中流道板的示意图。
图5是本发明另一实施例的流道板的示意图。
图6是本发明另一实施例的流道板的示意图。
图7A至图7C是本发明另三实施例的流道板的示意图。
图8是本发明另一实施例的流道板的示意图。
图9是本发明另一实施例的流道板的示意图。
图IO是本发明另一实施例的流道板的示意图。
图ll是本发明另一实施例的分隔膜的示意图。
图12A是本发明另一实施例的流道板的示意图。
图12B是沿图12A的流道板的俯视图。
图13A是已知阳极流道板的流道尺寸的示意图。
图13B是图12A的流道板的流道尺寸的示意图。
附图标记说明
100、 300:燃料电池装置
110、 310:燃料电池模块
112、 312:膜电4及组
112a、 312a:质子交换膜
112b、 312b:阳才及
112c、 312c:阴极
114、 314:阳极流道板
116、 316:阳极集电板
118、 318:阴极集电板
120:阴极流道板
200、 200a 200e、 400:流道才反
210、 210a、 410:分隔膜
212、 214:表面
216:凸起部
217:流道
220、 220e:条状支撑件 230、 230d:外框 232、 240:卡钩 412:第一表面 414:第二表面 420:第一支撑件 422:第一底部 424:第一分支 430:第二支撑件 432:第二底部 434:第二分支 440:蜿蜒式流道 Dl、 D2、 D3:厚度
H:高度
具体实施例方式
下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的 特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、 "右，，等，仅是参考附加图示的方向。因此，使用的方向用语是用来说明， 而非用来限制本发明。
请参照图3与图4,本发明一实施例的流道板200设置在燃料电池装置 300的二组件之间。此流道板200可作为阴极流道板或阳极流道板，而在下 文中将以阴极流道板为例进行说明。
当作为阴极流道板时，上述的二组件是燃料电池装置300的二燃料电池 模块310。亦即，流道板200是设置于此二燃料电池模块310之间。更详细 地说，每一燃料电池模块310可包括二膜电极组312以及一 阳极流道板314， 其中阳极流道板314是配置于此二膜电极组312之间，以输送阳极反应所需 的燃料。此外，每一膜电极组312包括质子交换膜312a及设置于质子交换 膜312a两侧的阳极312b与阴极312c，且每一膜电极组312的阳极312b是 邻近阳极流道板314。每一阳极312b的一侧设有阳极集电板316，而每一阴 极312c的 一侧设有阴极集电板318 。
上述的流道板200例如是设置于两燃料电池模块310的两阴极集电板 318之间。此外，流道板200包括分隔膜210以及多个条状支撑件220。分 隔膜210是配置于两燃料电池模块310之间，而条状支撑件220是抵靠分隔 膜210及燃料电池模块310,以维持燃料两电池模块310之间的间距。具体 而言，条状支撑件220例如为条状支柱，且条状支撑件220是设置于分隔膜 210的两表面212、 214。
承上述，分隔膜210的厚度例如是小于条状支撑件220的厚度，且分隔 膜210的厚度例如是小于0.25毫米。此外，条状支撑件220的硬度例如是大 于分隔膜210的硬度。分隔膜210可为塑胶薄膜或为金属薄片。如以金属薄 片方式实施分隔膜210，金属薄片可经由例如是以折床等折压出高、低外型； 金属薄片的材料可为不锈钢，且金属薄片的表面可以镀一层耐腐蚀材料，例 如为四氟化碳等。
相较于已知利用射出成型制作的阴极流道板，本实施例的流道板200的
分隔膜210的厚度较薄，且分隔膜210的厚度甚至可低于例如是0.25毫米。 因此，本实施例的流道板200内的流体流动空间较大，对流体的阻力较小， 所以可使用尺寸较小且功率较小的电扇，使阴极反应所需的气体在流道板 200内流动。如此，可降低燃料电池装置300的整体体积，并提高其输出功率。
另一方面，相较于已知塑胶压铸的阴极流道板，本实施例的条状支撑件 220可增加流道板200的强度，以避免流道板200因受力压缩而损坏。
值得一提的是，由于阴极反应的产物为水，故分隔膜210的材料可包括 聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯具有斥水性，所以滴落在分隔膜210的水较 容易随着在流道4反200内流动的气体排出流道4反200外。此外，若分隔膜210 的材料不包括聚四氟乙烯，则分隔膜210的表面可设有斥水层(未绘示)，以 使滴落在分隔膜210的水较容易随着在流道板200内流动的气体排出流道板 200外。此斥水层的材料可包括例如是二氧化钛。
本发明的流道板200的分隔膜210并不限定为平面式分隔膜。以下将举 出本发明的流道板的其他实施例，其优点与流道才反200的优点相似，故以下 仅针对结构上的差异处进行说明。此外，在以下图式中相同的标号代表相同 的元件。
请参照图5,本发明另一实施例的流道板200a的分隔膜210a具有多个 凸起部216,以使分隔膜210a与每一燃料电池才莫块(未绘示)之间形成多个流 道217。条状支撑件220是配置于至少部分流道217内，且条状支撑件220 的延伸方向实质上平行流道217的延伸方向。此外，每一条状支撑件220是 抵靠于燃料电池模块其中之一以及分隔膜210a。
请参照图6,本发明另 一实施例的流道板200b与图5的流道板200a的 差异处在于流道板200b的条状支撑件220是连接于至少部分流道217的侧 壁。此外，本实施例并不限定分隔膜210a的凸出部216的形状，分隔膜210a 的突出部216的形状还可以是图7A至图7C所绘示的形状，但不以此为限。
请参照图8，相较于图5的流道板200a，本发明另 一实施例的流道板200c 还包括外框230，而条状支撑件220是连接于外框230。条状支撑件220可 与外框230—体成型。
请参照图9,相较于图8的流道板200c ，本发明另 一 实施例的流道板200d 的外框230d设有多个卡钩232。如此，在组合流道板200d与燃料电池模块
310时将更为容易。
请参照图10,本发明另一实施例的流道板200e与图8的流道板200c 相似，其差别处在于流道板200e的条状支撑件220e为支撑线。条状支撑件 220e抵靠于分隔膜210a，且每一条状支撑件220e的两端是固定于外框230。 此外，条状支撑线220e可为铁丝，但不以此为限。
请参照图11，本发明另一实施例于分隔膜210a的边缘增设多个卡钩 240,且在燃料电池装置中的适当位置增设定位孔，以使卡钩240能卡入定 位孔。由于分隔膜210a的材料可为软质塑胶薄膜，所以分隔膜210a可以弹 性伸缩，如此当卡钩240卡入定位孔后，分隔膜210a的形状也会变成所需 的形状。
请参照图12A与图12B，本发明另一实施例的流道板400设置在一燃料 电池装置的二组件之间。此流道板400可作为阴极流道4反或阳才及流道板，而 在下文中将以阳极流道板为例进行说明。
当作为阳极流道板时，流道板400设置的位置与图3的阳极流道板314 相同，即设置在图3的燃料电池模块310的二阳极集电板316之间。换言之， 上述的组件即阳极集电板316。此流道板400包括分隔膜410、第一支撑件 420以及第二支撑件430。分隔膜410具有第一表面412与第二表面414。第 一支撑件420包括第一底部422与连接第一底部422的多个第一分支424。 第一分支424是配置于第一表面412，且第一底部422与分隔膜410相隔一 距离。第二支撑件430包括第二底部432与连接第二底部432的多个第二分 支434。第二分支434是配置于第二表面414，而第二底部432与第一底部 422相对并与分隔膜410相隔一距离。第一分支424与第二分支434交替排 列，第二分支434与第 一底部422相隔一距离，第 一分支424与第二底部432 相隔一距离。第一分支424与第二分支434大致上位于同一平面，以使分隔 膜410与每一阳极集电板316之间形成一蜿蜒式流道440。
上述的流道板400中，第一支撑件420与第二支撑件430的硬度例如是 大于分隔膜410的硬度。此外，第一支撑件420与第二支撑件430的厚度例 如是大于分隔膜410的厚度，其中分隔膜410的厚度例如是小于0.25毫米。 另夕卜，分隔膜210可为塑胶薄膜或为金属薄片。第一支撑件420与第二支撑 件430的材料可为FR4或FR5等耐化性优选的电鴻4反材料。
相较于已知利用射出成型制作的阳极流道板，本实施例的流道板400的
分隔膜410的厚度较薄，且分隔膜410的厚度甚至可低于0.25毫米。因此， 本实施例的流道板400内的流体流动空间较大，对流体的阻力较小，所以可 使用尺寸较小且功率较小的帮浦使阳极反应所需的燃料在流道板400内流 动。如此，可降低燃料电池模块的整体体积，并提高其输出功率。
另一方面，相较于已知塑胶压铸的阳极流道板，本实施例的第一支撑件 420与第二支撑件430可增加流道板400的强度，以避免流道板400因受力 压缩而损坏。
图13A是已知阳极流道板的流道尺寸的示意图，而图13B是图12A的 流道板的流道尺寸的示意图。请参照图13A与图13B,若已知流道的宽度与 本实施例的流道的宽度皆为3毫米，已知流道的高度为0.6毫米，本实施例 的流道的高度为1.2毫米，则已知流道的截面与本实施例的流道的截面积相 同。当此二流道的长度皆为100毫米，且每分钟的水流量为IOO毫升时，已 知流道的流阻为3155帕(pa)，本实施例的流道的流阻为1241帕。换言之， 本实施例的流道的流阻仅为已知的39%左右。
因此，在已知流道的流阻与本实施例的流道的流阻相同的情况下，本实 施例的流道的高度将远低于已知流道的高度，此有助于降低燃料电池装置的 整体厚度。此外，相较于已知技术，采用本实施例的流道板400的燃料电池 模块具有较高的体积能量密度(Wh/L)。
综上所述，本发明实施例的流道板具有下列的一或部分或全部的优点
1. 相较于已知技术，本发明实施例采用的分隔膜的厚度较薄，所以能有 效增加流道板内的流体流动空间，进而提升燃料电池装置的反应效率。
2. 支撑件可防止流道4反因受力压缩而损坏。
3. 在相同流阻的情况下，本发明实施例的流道板的厚度比已知流道板的 厚度薄。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域中的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作 些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为 准。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所披露的全部目的 或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并 非用来限制本发明的权利范围。
权利要求
1.一种流道板，用于燃料电池装置中，该流道板包括分隔膜，配置于该燃料电池装置的二组件之间；以及多个条状支撑件，抵靠该分隔膜及这些组件，以维持这些组件之间的间距。
2. 如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜具有多个凸起部，以使该 分隔膜与每一组件之间形成多个流道，这些条状支撑件是配置于至少部分这 些流道内，且这些条状支撑件的延伸方向实质上平行这些流道的延伸方向。
3. 如权利要求2所述的流道板，其中这些条状支撑件包括多个条状支柱， 且每一条状支柱是抵靠于这些组件其中之一以及该分隔膜。
4. 如权利要求3所述的流道板，其中这些条状支撑件连接于至少部分这 些条状流道的侧壁。
5. 如权利要求2所述的流道板，还包括外框，而这些条状支撑件是连接 于该外框。
6. 如权利要求5所述的流道板，其中这些条状支撑件包括多条支撑线， 抵靠于该分隔膜，且每一支撑线的两端固定于该外框。
7. 如权利要求5所述的流道板，其中该外框设有多个卡钩。
8. 如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜的厚度小于0.25毫米。
9. 如权利要求1所述的流道板，其中这些条状支撑件的硬度大于该分隔 膜的硬度。
10. 如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜为金属薄片。
11. 如权利要求IO所述的流道板，其中该金属薄片的表面设有一层耐腐 蚀材料。
12. 如权利要求11所述的流道板，其中该耐腐蚀材料为四氟化碳。
13. 如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜为塑胶薄膜。
14.如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜的材料包括聚四氟乙烯。
15. 如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜的表面设有斥水层。
16. 如权利要求1所述的流道板，其中该分隔膜的边缘设有多个卡钩。
17. 如权利要求1所述的流道板，其中该燃料电池装置包含二燃料电池 模块，每一该燃料电池4莫块包含二膜电极组以及一阳极流道板，而该流道板设于该二燃料电池模块之间。
18. —种流道板，用于燃料电池装置中，该流道板包括分隔膜，配置于该燃料电池装置的二组件之间，该分隔膜具有第一表面 与第二表面；第一支撑件，包括第一底部与连接该第一底部的多个第一分支，这些第 一分支是配置于该第一表面，且该第一底部与该分隔膜相隔一距离；以及第二支撑件，包括第二底部与连接该第二底部的多个第二分支，该第二 分支是配置于该第二表面，该第二底部与该第一底部相对并与该分隔膜相隔 一距离，这些第一分支与这些第二分支交替排列，这些第二分支与该第一底 部相隔一距离，这些第一分支与该第二底部相隔一距离，且这些第一分支与 这些第二分支大致上位于同一平面，以使该分隔膜与每一组件之间形成一蜿蜒式流道。
19. 如权利要求18所述的流道板，其中该第一支撑件与该第二支撑件的 硬度大于该分隔膜的硬度。
20. 如权利要求18所述的流道板，其中该第一支撑件与该第二支撑件的 厚度大于该分隔膜的厚度。
21. 如权利要求18所述的流道板，其中该燃料电池装置至少包含一燃料 ^S^块，该燃料电池模块包含二阳极集电板，而该流道板设于该二阳极集 电氺反之间。
全文摘要
本发明公开了一种流道板，用于一燃料电池装置中。此流道板包括分隔膜以及多个条状支撑件。分隔膜是配置于燃料电池装置的二组件之间，而条状支撑件抵靠分隔膜及此二组件，以维持此二组件之间的间距。此流道板具有较低的流阻。
文档编号H01M8/02GK101340001SQ200710127390
公开日2009年1月7日 申请日期2007年7月2日 优先权日2007年7月2日
发明者李璟柏, 正 王, 许年辉, 黄金树 申请人:中强光电股份有限公司