CN102044677A - 燃料电池的导电双极板 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池导电双极板包括一金属板及一石墨层。金属板具有一表面，且在此表面上具有至少一个结合部。石墨层是通过结合部而与金属板结合。故，此燃料电池导电双极板可兼具高导电性及高刚性，适于提供燃料电池使用。与公知技术相较，以此种结构制成的燃料电池导电双极板，不仅可利用其优异的导电性能，提高燃料电池的发电效率。

Description

燃料电池的导电双极板

技术领域

本发明关于一种导电双极板，特别关于一种燃料电池的导电双极板。

背景技术

地球环境污染问题持续加重，石油枯竭危机迫在眉睫，人类为了能源的使用问题引发了一次又一次的国际纠纷，有形或无形的战火蔓延到世界的各个角落，而这些痛苦驱使着科学家急切又努力地寻找新能源，尤其是无污染的替代能源。

燃料电池，具有零污染、高转换效率以及添加氢能便可持续使用等优点，是被期待能在家庭式独立发电、大楼小区或工商业备用发电、各式3C产品的电池以及汽机车或大型巴士等领域中取代旧有动力来源的新兴技术。一颗燃料电池主要是由质子交换膜、触媒、气体扩散层及导电双极板所组成，其中又以导电双极板与燃料电池的发电与电输出效率最息息相关。

适于燃料电池使用的导电双极板必须要具备导电性佳、抗氧化、抗腐蚀以及可制作复杂微细的流道结构等特性；在满足这些条件的材质中，目前是以使用碳-碳复合式的导电双极板最为普遍，产业接受度也最高，然而，这种以石墨为基材，再添加20％至40％树脂所制成的复合碳板，本身可承受的应力不足，整体结构易碎，无法应用在震动的环境中；但若以增加金属镀层的方式则又会造成导电双极板单价过于高昂，间接影响燃料电池的制造成本。总体而言，若无法解决上述导电双极板的问题，必会形成燃料电池在市场推广的阻碍，限制此一替代能源的发展。

因此，如何提供一种燃料电池的导电双极板，其兼具高导电性与高刚性，避免在震动环境中使用时导致导电双极板破碎的问题是当前重要的课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池的导电双极板，其兼具高导电性与高刚性，避免在震动环境中使用时导电双极板破碎的问题。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明的一种燃料电池的导电双极板包括一金属板及一石墨层。金属板具有一表面，且在此表面上具有至少一个结合部。石墨层是通过结合部而与金属板结合。

前述的燃料电池导电双极板，其中所述燃料电池导电双极板是波浪形或凹凸形。

前述的燃料电池导电双极板，其中所述结合部是所述金属板突出于所述表面的一部分。

前述的燃料电池导电双极板，其中所述结合部的至少一侧具有与所述表面间不连续的一断面。

前述的燃料电池导电双极板，其中所述结合部是V字形、U字形、梯形、马蹄形或星芒形。

前述的燃料电池导电双极板，其中所述石墨层含有树脂，且所述树脂含量约占所述石墨层重量百分比的0％至65％。

借由上述技术方案，本发明的燃料电池导电双极板至少具有下列优点：

承上所述，因依据本发明的一种燃料电池导电双极板是通过在金属板的表面上设置结合部，使石墨层可稳固地与金属板结合，进而产生一种具备高导电性及高刚性的双层复合式导电双极板，适于提供燃料电池使用。与公知技术相较，以此种结构制成的燃料电池导电双极板，不仅可利用其优异的导电性能，提高燃料电池的发电效率，还可以利用石墨优异的抗化学腐蚀性能，降低燃料电池的酸性环境对于金属的腐蚀作用，此腐蚀作用将释出金属阳离子阻断质子交换膜对氢离子(质子)的传导能力，导致电池寿命的减损。以石墨层保护的金属双极板可提升燃料电池的寿命，有助于扩展燃料电池的应用范畴；再者，此种燃料电池导电双极板也较能承受碰撞，方便燃料电池的搬运与运输，实现在剧烈动作的环境中仍能以燃料电池作为动力来源的构想。

附图说明

图1是本发明优选实施例的燃料电池导电双极板的示意图；

图2是图1中X-X剖面线所得的剖面示意图；

图3是图1的燃料电池导电双极板的分解示意图；以及

图4是本发明优选实施例的燃料电池导电双极板经冲压成型后的侧视图。

主要元件符号说明：

1：燃料电池导电双极板

11：金属板

111：表面

112：结合部

12：石墨层

A：断面

X：剖面线

具体实施方式

本发明的燃料电池导电双极板是适合燃料电池所使用，特别是质子交换膜燃料电池。依据质子交换膜燃料电池的基本结构，主要是由两块燃料电池导电双极板中间夹以一片膜电极组而组成，其中，膜电极组也是呈三明治式的结构，其是包括有一质子交换膜与两侧黏贴的气体交换层；燃料电池导电双极板除用以收集质子交换膜燃料电池在反应中所释放出来的电子外，更重要的是，燃料电池导电双极板上所制作的流道，负有输入与导流发电反应所需的氢气与氧气的功能，是质子交换膜燃料电池中的关键构件。

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种燃料电池导电双极板，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。

请参考图1所示，本发明的燃料电池导电双极板1包括有一金属板11以及一石墨层12。在本实施例中，金属板11是一铝合金金属板，当然，金属板11也可以是其它材质或合金的金属板11，使用上并无特别的限制；至于石墨层12是一柔性石墨层12，其主要是由不含黏结剂的石墨成分所组成，此种柔性石墨层12具有极佳的导电性，比之复合式碳板更适于作为燃料电池中的导电组件，但是，石墨层12并非必要由不含黏结剂的石墨所组成，而可在石墨层12的制作过程中依比例添加入适当的树脂成分，其中树脂的含量可占石墨层12重量百分比的约0％至65％。

金属板11具有一表面111，且在表面111上具有至少一个结合部112。请参考图1所示，在本实施例中，结合部112是金属板11突出于表面111的一部份，至于结合部112突出的倾角或长度则并无限制，可依据金属板11本身材质的特性与其后要结合的石墨层12的厚度进行规划，然而，仍是以能提供金属板11与石墨层12间足够的结合力度，且同时确保在结合后不会刺穿石墨层12结构为原则(如图2所示)。进一步检视，请参考图2所示，在本实施例中，结合部112的至少一侧具有与金属板11的表面111间不连续的一断面A，换句话说，单一结合部112所具有的断面A的数目是根据结合部112有多少侧面与表面111间有不连续的情况而决定，并无特定的数目限制，举例说明，若结合部112有两侧和金属板11的表面111是不连续，则此结合部112即具有两个断面A。

由于结合部112是金属板11在受到冲压作用表面111发生撕裂所产生，故断面A也可以视作为结合部112与金属板11间发生撕裂的位置，而可依冲压技术的不同为平整的断面A或粗糙的断面A，请参考图2所示，在本实施例中，断面A是一平整的断面A。结合部112的形状则同样可利用冲压作用所使用的技术与工具进行调整，而可以是各式适合提供石墨层12结合的形状，其例如但不限于V字形、U字形、梯形、马蹄形或星芒形，请参考图3所示，在本实施例中，结合部112是V字形，此种形状的结合部112除具有较容易以冲压方式产生的特性外，更便于在后制过程中在燃料电池导电双极板1上规划导流气体所需的流道。

请参考图2所示，在本实施例中，本发明的燃料电池导电双极板1是通过金属板11的表面111上的结合部112以将金属板11与石墨层12结合，而两者结合的方式是先独立制成具有结合部112的金属板11与整片板状或层状结构的石墨层12，再将两者压合而成，使得石墨层12能被结合部112咬合，进而稳固地结合于金属板11上(如图3所示)。

如前所述，燃料电池导电双极板1的结构与材质必须要能适于在其上制作流道，以负起输入与导流燃料电池发电反应所需气体的功能；据此，使用在燃料电池导电双极板1上制作流道的方式可例如冲压成型，其是通过冲压作用使燃料电池导电双极板1形成波浪形或凹凸形，请参考图4所示，在本实施例中，燃料电池导电双极板1是以冲压成型制成为波浪形，具此形状的燃料电池导电双极板1在与膜电极组组合后能提供氢气或氧气适用的气体流道，有助于燃料电池进行发电反应；当然，使用冲压成型的方式是为使燃料电池导电双极板1能形成所需的形状，其它可以达成此目的的方式或技术也可以应用于此，而不仅限于冲压成型一种。

在本实施例中，虽燃料电池导电双极板1是呈整片的波浪形结构，然而，在本发明的另一态样中，燃料电池导电双极板1也可以仅在内部的部分区域制成波浪形，而将包围此部分区域的周缘部分留予平面状，以供其它设计使用，端视燃料电池的气体流道所需，并无特殊的要求或限制。

为使气体在输入燃料电池后能产生最大利用效率，燃料电池导电双极板1上所制作的流道通常以最长的气体运动路径为目标，据此，流道一般是由多个主流道与相对应数目的次流道所组成，通过弯曲的次流道将平行的主流道两两连结而成为一连通的气体流道，整体观之，此流道是呈连续发夹形的交错形式，而需特别说明的是，在本实施例中，燃料电池导电双极板1制成波浪形的目的便是为配合此种流道样式所设计的结果，然而，在将燃料电池导电双极板1制成波浪形的过程中，石墨层12在结合部112的位置却容易受力拉扯而发生碎裂，因此，在本实施例中，为避免石墨层12发生上述碎裂的情形，故，结合部112是设计以配合流道整体形式的方式排列在金属板11的表面111上，请参考图1所示，结合部112较佳是以似连续发夹形的方式排列在表面111上，当然，结合部112也可以其它实质上相似连续发夹形的形式排列在表面111，此类形式是例如但不限于N形、S形、蛇形以及凹凸形等；除此之外，更重要的是，在本实施例中，结合部112所朝的方向是要约与流道的方向平行，如此可使燃料电池导电双极板1在制成波浪形时，更能维持整体结构的完整。

综上所述，因本发明的一种燃料电池导电双极板是通过结合部而将金属板与石墨层稳固的结合，改良公知以复合碳板作为燃料电池导电双极板材料所衍生的问题，进而组合成一种具备高导电性及高刚性的金属-石墨双层复合式燃料电池导电双极板。与公知技术相较，此种燃料电池导电双极板，不仅具备更为优异的导电性能，更可以利用石墨优异的抗化学腐蚀性能，降低燃料电池的酸性环境对于金属的腐蚀作用，此腐蚀作用将释出金属阳离子阻断质子交换膜对氢离子(质子)的传导能力，导致电池寿命的减损。以石墨层保护的金属双极板可提升燃料电池的寿命，也不容易因碰撞或承受较大应力而发生碎裂，以此导电双极板所制成的燃料电池不仅可强化收集电子的能力，有助于提升发电效率，更能在依使用目的所需而将燃料电池累迭运用时，提高可累迭的燃料电池数目，避免因为燃料电池导电双极板在材料及结构设计上的不足变相影响燃料电池的输出功率，俾利于推广燃料电池，使此替代能源能普及其它的应用层面中；再者，此种金属-石墨双层复合式的燃料电池导电双极板也较公知复合碳板更适于在剧烈动作的环境中使用，基于本身高刚性的特性，更使本发明的燃料电池导电双极板可避免在搬运或运输中所产生的损坏，有助于提升燃料电池的产品良率及减低在制成过程中的损耗成本。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在后附的权利要求。

Claims (6)

1.一种燃料电池导电双极板，其特征在于，包括：

一金属板，具有一表面，且于所述表面具有至少一个结合部；以及

一石墨层，通过所述结合部而与所述金属板结合。

2.根据权利要求1所述的燃料电池导电双极板，其特征在于，所述燃料电池导电双极板是波浪形或凹凸形。

3.根据权利要求1所述的燃料电池导电双极板，其特征在于，所述结合部是所述金属板突出于所述表面的一部分。

4.根据权利要求3所述的燃料电池导电双极板，其特征在于，所述结合部的至少一侧具有与所述表面间不连续的一断面。

5.根据权利要求1所述的燃料电池导电双极板，其特征在于，所述结合部是V字形、U字形、梯形、马蹄形或星芒形。

6.根据权利要求1所述的燃料电池导电双极板，其特征在于，所述石墨层含有树脂，且所述树脂含量约占所述石墨层重量百分比的0％至65％。

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