TW201312844A - 極板與使用該極板的極板組 - Google Patents

Abstract

一種極板，可應用於燃料電池，其外表面設有複數個氣體流道，以及至少一反應氣體加濕路徑，該反應氣體加濕路徑設有至少一加濕區段，用以吸附該燃料電池反應後產生的水分子，使該燃料電池能藉由一反應氣體入口通入反應氣體，而流經該反應氣體加濕路徑中之加濕區段，利用該燃料電池反應後所產生之熱能與水分子，來完成所通入反應氣體的加熱與加濕。

Description

極板與使用該極板的極板組

本發明係與燃料電池有關，具體而言是一種燃料電池用的極板，除了能使燃料電池的反應氣體均勻分布在反應面之外，還能對反應氣體進行適當的加熱與加濕，以及兼具加強散熱的功能。

近年來，石化能源所造成的種種污染，造成了地球平均溫度的升高與各項氣候異常，同時也促進了綠色替代能源的需求與日俱增，由於燃料電池所使用的反應物為取得成本低廉的氫氣與氧氣，而且電化學反應後的生成物是完全零污染的水，使用的過程也和一般燃油發電機相似，目前已經成為各國競相投入的熱門技術領域，其中，燃料電池所應用的極板是構成反應氣體流場(Reaction Gas Flow Field)的重要構件。

美國發明專利第US6,261,710B1號「用於高分子電解質膜燃料電池的薄片金屬雙極板(Sheet Metal Bipolar Design For Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)」其揭露由兩片非直線形(Non-linear)的金屬極板焊接一起，而製作成一種非直線形的金屬雙極板，並且在該兩片金屬極板之間形成冷卻液體的流動空間。另一件美國發明專利第US5,776,624A號「用於質子交換膜燃料電池的銅焊金屬雙極板(Brazed Bipolar Plates For PEM Fuel Cells)」則揭露由兩片抗腐蝕的金屬極板銅焊(Brazed)一起，並且在該兩片金屬極板之間形成一通道(Passage)，用來流通絕緣(Dielectric)的冷卻劑。

雖然前述二件專利前案的金屬極板在結構上設計有反應氣體與冷卻劑的流道，形成反應氣體的流場，但未考量反應氣體加熱與加濕的需求，因此需要外加其他裝置來達成，如此一來，除了增加整個燃料電池系統的體積之外，也提高了製作成本，不利於燃料電池的商品化與推廣。

有鑒於前述各種缺失，本發明提供一種燃料電池用極板，除了提供形成反應氣體流場的功能之外，還能提供對反應氣體進行加熱與加濕的功能，以組成小體積、低成本與散熱好的燃料電池系統。

為達成上述目的，本發明提供一種極板，可應用於燃料電池或其系統，具有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道使通入該燃料電池的反應氣體在此發生電化學反應，以及至少一氣體加熱流道傳導來自前述電化學反應所產生的熱能，該氣體加熱流道內設有至少一加濕區段，該加濕區段設有至少一水份吸附元件以吸附該燃料電池反應後產生的水分子，當該燃料電池藉由一反應氣體入口通入反應氣體時，該反應氣體將流經該氣體加熱流道與該加濕區段等路徑，以進行加熱與加濕，隨後流入該等氣體流道。

其中，該極板係該燃料電池之陰極板或陽極板其中之一，該反應氣體為陰極氣體或陽極氣體其中之一；而該極板係金屬材質或碳複合材料其中之一。

本發明亦提供一種與上述極板互相連結使用的第一極板，其具有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道，該第一極板是以其內表面朝向該極板之內表面方向進行連結及相對應，以及至少一氣體加熱流道傳導來自電化學反應所產生的熱能，該氣體加熱流道內設有至少一加濕區段。

其中，更設有貫穿該極板之內表面與外表面的一加濕氣體入口，而該內表面設有至少一冷卻氣體流道，並與一陰極氣體入口相連通。而該加濕氣體入口係連通該反應氣體入口與該氣體加熱流道。

其中，該氣體加熱流道是設呈U形或L形其中之一；而該等氣體流道出口與該加濕氣體入口之間，分別形成有U形的潛流結構。

本發明另提供一種極板，可應用於一燃料電池，具有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道、至少一反應氣體入口及一加濕氣體入口，以及形成有至少一反應氣體加濕路徑，位於該反應氣體入口與該加濕氣體入口之間。

其中，該反應氣體加濕路徑係部分鄰近該極板的側邊。

其中，該反應氣體加濕路徑更包含有至少一氣體加熱流道。

其中，該氣體加熱流道係鄰近該極板之側邊延伸。

其中，該反應氣體加濕路徑更包含有至少一加濕區段。

其中，該加濕區段設有至少一水份吸附元件。

其中，該加濕區段設有至少一通孔。

其中，該加濕區段係設於該氣體加熱流道之間。

其中，該加濕區段係位於該等氣體流道之出口鄰接處。

其中，該極板更進一步包括有陽極氣體入口、陽極氣體出口。

本發明再提供一種利用前述極板的極板組，可用以堆疊形成一燃料電池，至少包含有：至少一第一極板，具有相對的一外表面與一內表面，該外表面設有至少一第一凹部，以及深度小於該第一凹部的至少一第二凹部，該第一極板於兩側開設有一陽極氣體入口與一陰極氣體入口；至少一第二極板，具有相對的一外表面與一內表面，該外表面設有至少一第三凹部，以及深度小於該第三凹部的至少一第四凹部，且該第二極板是以其內表面朝向該第一極板之內表面進行連結及相對應，該第二極板於兩側開設有一陽極氣體入口與一陰極氣體入口；其中，該第二凹部與該第四凹部分別形成有至少一氣體流道，而該第一凹部與該第三凹部分別形成有至少一反應氣體加濕路徑。

其中，該第一極板與第二極板更包括有至少一反應氣體入口，用以通入反應氣體。

其中，該反應氣體加濕路徑更包括有至少一加濕區段，設於該第一極板的該第一凹部與該第二極板的該第三凹部之間。

其中，該加濕區段更包括有至少一水分吸附元件，設於該等極板之外表面，用以吸附該燃料電池反應後產生的水分子。

其中，該加濕區段更包括有至少一通孔。

其中，該反應氣體加濕路徑更包括有至少一氣體加熱流道，其兩端連通該反應氣體入口與該等氣體流道。

其中，更包括有至少一散熱片，設於該第一極板與該第二極板之間；該散熱片設有至少一定位結構，該極板之內表面對應設有至少一定位部，以定位該散熱片；前述該定位結構為一中空凸柱，而該定位部為一通孔。

其中，該第一極板與該第二極板的外表面分別設有至少一第五凹部與至少一第六凹部，且該第五凹部與該第六凹部的深度分別小於該第一凹部與第三凹部，可用以連結兩極板組。

其中，該第一極板與該第二極板開設有一加濕氣體入口，且該加濕氣體入口連通該氣體加熱流道與該等體流道。

其中，該第二凹部與第四凹部之內表面間分別形成至少一冷卻氣體流道，該冷卻氣體流道連通該陰極氣體入口。

其中，該加濕區段係位於該等氣體流道之出口鄰接處。

因此，本發明能夠充分利用燃料電池反應所產生的熱能與水分子，透過氣體加熱流道與加濕區段等的流動路徑來對通入的反應氣體進行加熱與加濕程序，不但能提高效率、降低成本，還能免去外加相關設備的麻煩，進而達成本發明之目的與預期功效。

為使　貴審查委員對本發明之構造、特徵及其功效，有更深一層的認識與瞭解，茲舉較佳之實施例並配合圖式，詳細說明於後續段落。

為體現本發明之特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範疇，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本發明。

請參閱第1圖至第2B圖為本發明的第一實施例，係提供一種可應用於燃料電池的極板組10，包含有一第一極板11、一第二極板13、以及位於該兩極板之間的一散熱片12，此三者乃連結成一片單組結構之極板組10(或稱極板模組、雙極板)，前述第一極板11與第二極板13在本實施例當中為金屬材質(例如：不鏽鋼)所製成，亦可採用碳複合材料或適於用作極板的任何其他材料等；於實際應用時，可視使用上之需要，結合至少一膜電極組件(Membrane Electrode Assembly,MEA)23、至少一氣體擴散層(Gas Diffusion Layer,GDL)24、25、第一端板21與第二端板22，將複數個極板組10堆疊構成一燃料電池20，如第3A至3C圖所示。

首先，第6A、6B、6C圖為顯示第2B圖的極板組10分別在剖面線AA、BB、CC的斷面圖；如圖所示，該第一極板11自外表面11a向下沖壓而形成有至少一第一凹部112與至少一第二凹部113；其中，該第一凹部112自外表面11a的凹陷深度是大於該第二凹部113自外表面11a的凹陷深度；同樣地，該第二極板13自外表面13a向下沖壓而形成有至少一第三凹部132與至少一第四凹部133；其中，該第三凹部132自外表面13a的凹陷深度大於該第四凹部133自外表面13a的凹陷深度。此外，本發明之極板並不侷限於採取沖壓的方式，舉凡可達成上述結構的極板製作方法，皆仍應屬本發明的精神與範疇。

在本發明的第一實施例當中，該第一凹部112與該第三凹部132具有相同的深度，而該第二凹部113與該第四凹部133具有相同的深度。

因此，將該第一極板11與該第二極板13以其內表面11b與13b緊靠在一起時，該第一極板11的第一凹部112之底部對應接觸到該第二極板13的第三凹部132之底部，即可在此接觸面施以焊接、黏著、或其他加工等方式，使該第一極板11與該第二極板13連接在一起；其中，該第一凹部112與該第三凹部132係可採用各種溝狀結構。

此外，當該兩極板11、13緊靠時，該第二凹部113底部與該第四凹部133底部之間仍存有間隙而可用來放置該散熱片12，該散熱片12為金屬材質，且該兩極板11、13的內表面11b、13b分別設有二定位部110a、130a，在本實施例為以沖壓形成的中空凸柱，該散熱片12則對應設有二定位結構12a，在本實施例為通孔，而可容納該等定位部110a、130a以完成該散熱片12的定位。

在此補充說明的是，該散熱片12可視實際應用上的不同，而施予不同的材料，而前述定位部110a、130a與定位結構12a的形狀、數量與位置是使用者可視實際需要而加以自由調整的，且前述定位部110a、130a亦可單獨設於其中任一極板的內表面。

請配合參見第4A、4B圖、第5A、5B圖與第6A圖，該第二凹部113與該第四凹部133是分別設於該第一極板11與該第二極板13外表面11a、13a的中央區域，並呈現連續高低起伏狀；因此，如第4A與5A圖所示，該第一極板11外表面11a的第二凹部113形成有至少一陽極氣體流道111，而該第二極板13外表面13a的第四凹部133則形成至少一陰極氣體流道131，在本實施例中，該陽極氣體流道111與陰極氣體流道131均是設呈間隔的直線排列，而且可以是波浪狀、鋸齒狀或其他幾何形狀的結構所構成；同時，如第6A圖所示，該兩極板11、13於其外表面11a與13a分別形成有若干的凸部113a與133a，當兩極板11、13完成連接後，該等凸部113a與133a將在兩極板11、13之內表面11b、13b間分別形成有至少一冷卻氣體流道110、130，當冷卻流體(即空氣)通過該冷卻氣體流道110、130後，即與該散熱片12接觸，可用來增強冷卻散熱的效果。

請配合參見第4A、5A及6A圖，該第一凹部112與第三凹部132分別設在鄰近該兩極板11、13的外表面11a、13a側邊延伸(略呈U形)，而環設於前述陽極氣體流道111與陰極氣體流道131之外圍，亦即該第一極板11與該第二極板13外表面11a、13a的兩側邊，分別延伸各形成有至少一氣體加熱流道115a、115b與135a、135b，該等氣體加熱流道115a、115b、135a、135b在鄰近該陰極氣體流道131出口處設有至少一通孔119a、139a所構成的至少一加濕區段119、139，而整個路徑即為反應氣體加濕的路徑，或稱為反應氣體加熱與加濕路徑；該加濕區段119、139更設有至少一水份吸附元件14，以對反應氣體進行加濕；如第1圖所示，在本實施例中該水份吸附元件14係可為一吸水膜、一濕氣交換膜或一透水不透氣之薄膜等，用以接收來自一陰極氣體流道出口136b排出富含水氣的未反應氣體的水分子，並吸附該水分子來對自一反應氣體入口115、135流入經該等氣體加熱流道115a、115b、135a、135b與該加濕區段119、139，而流向一陰極氣體流道入口136a的反應氣體進行濕氣交換，達成加濕的功能，如此可節省外部加濕器建置的成本與設計空間。其中，該水份吸附元件14之厚度，係分別小於該第一凹部112與該第三凹部132的深度，亦即小於該加濕區段119、139的深度。在本發明最佳實施例中，反應氣體的流動路徑為流經該氣體加熱流道115a、115b、135a、135b與該加濕區段119、139之間，乃設計成環繞該極板之側邊(或該等氣體流道之側邊)延伸(略呈U形流道)，如此可增加反應氣體進行溫度、濕度提昇的反應時間。再者，如因實際應用之需，亦可於極板中僅設置有至少一加濕區段的反應氣體加濕路徑，而省略氣體加熱流道，以節省設計空間。

請再配合參見第4A、4B圖與第5A、5B圖，該兩極板11、13中相對於該加濕區段119、139的一側中央處，分別設有一反應氣體入口115、135(在本實施例中亦做為陰極氣體入口)，兩者係互相對應且相通，並與前述該氣體加熱流道115a、135a及該冷卻氣體流道110、130的入口端相連通，藉以用來注入冷卻流體，本實施例所採用的冷卻流體為一般空氣(即陰極氣體)，當空氣自該反應氣體入口115、135注入後，一部份空氣將作為冷卻流體而流向該冷卻氣體流道110、130中，經過該散熱片12後，將內部的熱空氣及未反應氣體一併排出。

另外，請對照第7A至7C圖所示，該兩極板11、13中相對於該加濕區段119、139的一側，緊鄰該等反應氣體入口115、135處，分別設有貫穿該極板11、13之內表面11b、13b與外表面11a、13a的一加濕氣體入口116、136，兩者係互相對應且相通，並連接至該等氣體加熱流道115a、115b、135a、135b與該加濕區段119、139；接著，來自反應氣體入口115、135的另一部份空氣則作為反應氣體而分別流入該等氣體加熱流道115a、115b、135a、135b與該加濕區段119、139中，最後流向該加濕氣體入口116、136與一陰極氣體流道入口136a，使完成加熱與加濕的反應氣體能夠透過該加濕氣體入口116、136與該陰極氣體流道入口136a，進而流入該陰極氣體流道131當中進行反應；藉此在反應氣體通入加濕路徑(略呈U形流道)的行進過程當中快速完成其加熱與加濕程序，進而可取代外部的加濕器，而節省製作成本與設計的空間。

在此說明的是，在該加濕氣體入口116、136與該陰極氣體流道入口136a之間，會圍繞形成一封閉的U形潛流結構，藉此緩和注入前述經加熱、加濕後的反應氣體，在通入該陰極氣體流道131時的壓力，進而可減少氣體壓力對質子交換膜(Membrane)的衝擊而受損。另位於該等氣體加熱流道115a、115b、135a、135b中的該加濕區段119、139並不限於設置在該極板11、13之左側，亦可設置於其他任何適當的位置，如第8圖及第9圖所示即為本發明的第二實施例，其中該加濕區段119、139係位於該兩極板11’、13’鄰近下方處，而整個加濕路徑略呈L形狀；在實際的應用上亦可於極板中設成複數個加濕區段，完全視使用者的需求，而做各種不同的設計與變化；如第10圖及第11圖所示即為本發明的第三實施例，分別顯示有兩加濕區段119、139與119’、139’位於該兩極板11、13之上方及下方的位置，而形成有二個加濕路徑構成一個反應氣體加濕迴路。

當外部空氣自該等反應氣體入口115、135注入後，一部份空氣將直接流向該等冷卻氣體流道110、130，以進行冷卻、散熱的機制；另一部份空氣則流向該等氣體加熱流道115a、135a，再流經該等加濕區段119、139，以進行加熱、加濕的機制，然後再經該等氣體加熱流道115b、135b後，進入至加濕氣體入口116、136及陰極氣體流道入口136a，接著流入至該陰極氣體流道131中進行反應後，再從陰極氣體流道出口136b排出富含水氣的未反應氣體。

請參閱第1圖及第17圖所示，在此僅以第二極板13之外表面13a的反應氣體流動路徑來表示，來自該反應氣體入口135進入該極板組10的反應氣體(在本實施例中為陰極氣體，即空氣)，流經該極板13側邊之該氣體加熱流道135a與該加濕區段139時，將接觸燃料電池反應後所傳導過來的熱能與所生成的水氣，進而提昇溫度與增加溼度，當受熱的反應氣體經過該加濕區段139受到加濕後，仍流向該極板13另一側邊之該氣體加熱流道135b繼續加熱，然後流入該加濕氣體入口136中；同時，相對的該第一極板11外表面11a的反應氣體流動路徑(圖未示)與上述第二極板13外表面13a的反應氣體流動的路徑相同，來自該反應氣體入口115進入該極板組10的反應氣體(即空氣)流經該極板11側邊之該氣體加熱流道115a與該加濕區段119路徑時，將接觸燃料電池反應後所傳導過來的熱能與所生成的水氣，進而提昇溫度與增加溼度，當受熱的反應氣體經過該加濕區段119受到加濕後，仍流向該極板11另一側邊之該氣體加熱流道115b繼續加熱，然後流入至加濕氣體入口116中，再與第二極板13經過上述流動路徑受到加熱與加濕的反應氣體一起在加濕氣體入口136中匯集之後，經由U形通道流入陰極氣體流道入口136a，再進入至陰極氣體流道131中進行電化學反應，最後將富含水氣的未反應氣體，自陰極氣體流道出口136b排出，並提供給鄰接處的該加濕區段119、139做為下一個反應氣體流經該路徑時吸收水氣之用，周而復始；另該加濕區段119、139設有至少一水分吸附元件14，可利於水分子的吸收。故本發明若將上述兩極板11、13相互連結後，即成為一單組極板組10(或雙極板)，亦可採複數組進行堆疊，則該反應氣體的流動方向即依如上所述之流動路徑，在各極板組10之各外表面11a、13a上雙向且同步地進行，如此之設計可提升對反應氣體進行加熱與加濕的效率。另外，本發明亦可將反應氣體設計成可通入陽極氣體(例如：氫氣)之型態，使其於加濕路徑之加濕區段中加濕，而自成一氣體迴路；或者利用未反應的陽極氣體透過加濕路徑之加濕區段來對反應氣體進行加濕。

請參閱第12圖及第13圖所示即為本發明的第四實施例，當該反應氣體入口115、135注入反應氣體(在本實施例中為陽極氣體，即氫氣)後，即流向該兩極板11”、13”外表面11a、13a之反應氣體加濕路徑，然後進入至該氣體加熱流道115a、135a與該加濕區段119、139中，將吸收燃料電池反應後所傳導過來的熱能與所生成的水氣，進而提昇溫度與增加溼度，當受熱的反應氣體經過該加濕區段119、139受到加濕後，仍流向該極板11”、13”另一側邊之該氣體加熱流道115b、135b繼續加熱，然後流入該加濕氣體入口116、136中，接著流向該兩極板11”、13”的內表面之間的U形潛流通道，然後流至陽極氣體流道入口117a，循著該外表面11a進入至該陽極氣體流道111中以進行反應，最後，該反應氣體流向位於該陽極氣體流道入口117a相對側的一陽極氣體流道出口117b與一陽極氣體出口118而連接至外部管路。同時，該陰極氣體入口135c亦注入反應氣體(即空氣)，一部分的反應氣體將流向該內表面的冷卻氣體流道(圖未示)，另一部分的反應氣體則流向該外表面13a之該陰極氣體流道入口136a，接著流入至該陰極氣體流道131中進行反應後，再從陰極氣體流道出口136b排出富含水氣的未反應氣體，提供給前述加濕路徑做為加濕之用。

請配合參見第4A、4B圖與第5A、5B圖，位於該第一極板11靠近該加濕區段119的側邊設有一陽極氣體入口117與一陽極氣體流道入口117a，而位於該第二極板13靠近該加濕區段139的側邊同樣設有一陽極氣體入口137，此兩陽極氣體入口117、137係互相對應且相通，並連接至該陽極氣體流道入口117a及該陽極氣體流道111。當兩極板11、13完成連接後，在該陽極氣體入口117、137與該陽極氣體流道入口117a之間，會圍繞形成一封閉的U形潛流結構以作為氣體出入通道，可藉此注入一陽極氣體。

請參閱第16圖為陽極氣體流動路徑示意圖，當陽極氣體(在本實施例中為氫氣)，分別自陽極氣體入口117、137注入後，即流向該兩極板11、13的內表面11b、13b之間的U形通道，然後流至陽極氣體流道入口117a，接著流向該外表面11a進入至該陽極氣體流道111以進行反應，最後，該陽極氣體流向位於該第一極板11相對側的一陽極氣體流道出口117b與一陽極氣體出口118；而位於該第二極板13同側亦設有一陽極氣體出口138，且與第一極板11的陽極氣體出口118係互相對應且相通，藉此排出未反應的陽極氣體於外部管路。同前所述，當兩極板11、13完成連接後，在該陽極氣體出口118、138與該陽極氣體流道出口117b之間，會圍繞形成一封閉的U形潛流結構以作為氣體出入通道，可藉此排出未反應的陽極氣體。

由於本發明第一至第三實施例中係將該陽極氣體入口117、137與加濕氣體入口116、136設於該等極板11、13(或11’、13’)的相對側，因此，陽極氣體與陰極氣體的流向彼此之間係呈相反的方向；而第四實施例中係將該陰極氣體入口115c、135c與加濕氣體入口116、136設於該等極板11”、13”的同一側，因此，陽極氣體與陰極氣體的流向彼此之間係呈同向的平行方向。

請配合參見第6A、6C圖，另於該第一極板11與該第二極板13的外表面11a、13a分別往下沖壓形成具相同深度的至少一第五凹部114與至少一第六凹部134，但該等第五凹部114與第六凹部134的深度小於前述該第一凹部112與第三凹部132的深度，故可提供作為兩組以上極板組10堆疊時作為其連接處，可於其上施予密封結構，使各組極板組10(即雙極板)能緊密地堆疊在一起。其中，該第五凹部114與第六凹部134係可採行呈直線形、蜿蜒形或ㄇ字形等的溝狀結構；該密封結構係可選自施予焊接、黏著、或其他加工等方式連接。

請參閱第14A與14B圖，本發明所提供之第五實施例係採用較厚的極板，其中，該兩極板11、13的冷卻氣體流道110、130是設呈L形，亦可視實際需要設呈直線形、蜿蜒形、N形、S形或與該等氣體流道相垂直形等各種變化。

再請參閱第15A與15B圖，本發明所提供之第六實施例同樣係採用較厚的極板，其中，該兩極板11、13的冷卻氣體流道110、130是設呈與陽極或陰極氣體流道相垂直的設計。

簡而言之，本發明之冷卻氣體流道是可依實際使用之需要，而進行多種的流道變化設計。

綜合前述，本發明所提供燃料電池用極板乃具備以下特點：

1.　於極板上直接對反應氣體進行加熱及加濕，使燃料電池不需藉助外部的加濕器即可運作，可有效地節省成本與空間；

2.　將氣體出入流路經過極板的內、外表面，可減少氣體壓力對質子交換膜(PEM)的衝擊，避免損害發生；

3.　U形的氣體加熱流道設計，增加反應氣體的加熱時間；

4.　陽極氣體與陰極氣體的流向相反，可促進反應的進行；

5.　利用簡易散熱片的設計，即可加強散熱功能。

6.陽極氣體入口與陽極氣體出口、加濕氣體入口與陰極氣體流道出口之間，均設呈U形的潛流結構，可緩和氣體壓力而降低燃料電池的損害發生機率。

在此說明的是，本發明所提供前述實施例雖為兩極板所共同組成的極板組，但本發明的技術核心乃在於個別極板的結構設計，並可兩兩相互堆疊後達成本發明之目的與功效，並利用燃料電池所產生之熱能與富含水氣的未反應氣體，使極板具有可對反應氣體進行加熱與加濕的功能，可分別應用於陽極板、陰極板或雙極板，或者同時應用於陽極板與陰極板，端看使用者的需求而定；再者，本發明更可利用預鑄或壓鑄成型方式，將兩極板施以一體成型成為一雙極板，達到更便捷的利用。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，當不能用以限定本發明可實施之範圍，凡熟習於本項技藝之人士所作均等的變化與修飾，皆仍應視為不悖離本發明之精神與實質內容。

10．．．極板組

11、11’、11”．．．第一極板

11a、13a．．．外表面

11b、13b．．．內表面

110、130．．．冷卻氣體流道

110a、130a．．．定位部

111．．．陽極氣體流道

112．．．第一凹部

113．．．第二凹部

113a、133a．．．凸部

114．．．第五凹部

115、135．．．反應氣體入口

115a、115b、135a、135b．．．氣體加熱流道

116、136．．．加濕氣體入口

117、137．．．陽極氣體入口

117a．．．陽極氣體流道入口

117b．．．陽極氣體流道出口

118、138．．．陽極氣體出口

119、139．．．加濕區段

119a、139a．．．通孔

12．．．散熱片

12a．．．定位結構

13、13’、13”．．．第二極板

131．．．陰極氣體流道

132．．．第三凹部

133．．．第四凹部

134．．．第六凹部

136a．．．陰極氣體流道入口

136b．．．陰極氣體流道出口

14．．．水份吸附元件

20．．．燃料電池

21．．．第一端板

22．．．第二端板

23．．．膜電極組件

24．．．氣體擴散層

25．．．氣體擴散層

115c、135c．．．陰極氣體入口

第1圖為本發明第一實施例之分解圖。

第2A圖為本發明第一實施例之立體圖。

第2B圖為本發明第一實施例之俯視圖。

第3A圖為以本發明極板所組成之燃料電池部分分解圖。

第3B圖為以本發明極板所組成之燃料電池立體圖。

第3C圖為以本發明極板所組成之燃料電池俯視圖。

第4A圖為本發明第一實施例中第一極板外表面之平面圖。

第4B圖為本發明第一實施例中第一極板內表面之平面圖。

第5A圖為本發明第一實施例中第二極板外表面之平面圖。

第5B圖為本發明第一實施例中第二極板內表面之平面圖。

第6A圖顯示第2B圖中AA剖面線之斷面圖。

第6B圖顯示第2B圖中BB剖面線之斷面圖。

第6C圖顯示第2B圖中CC剖面線之斷面圖。

第7A圖為本發明之反應氣體入口部分結構示意圖。

第7B圖為本發明之加濕氣體入口部分結構示意圖。

第7C圖為本發明之陰極氣體流道與加濕區段間部分結構示意圖。

第8圖為本發明第二實施例中第一極板之加濕區段示意圖。

第9圖為本發明第二實施例中第二極板之加濕區段示意圖。

第10圖為本發明第三實施例中第一極板外表面之平面圖。

第11圖為本發明第三實施例中第二極板外表面之平面圖。

第12圖為本發明第四實施例中第一極板外表面之平面圖。

第13圖為本發明第四實施例中第二極板外表面之平面圖。

第14A圖為本發明第五實施例中第一極板之冷卻氣體流道示意圖。

第14B圖為本發明第五實施例中第二極板之冷卻氣體流道示意圖。

第15A圖為本發明第六實施例中第一極板之冷卻氣體流道示意圖。

第15B圖為本發明第六實施例中第二極板之冷卻氣體流道示意圖。

第16圖為本發明第一極板之陽極氣體流動路徑示意圖。

第17圖為本發明第二極板之反應氣體流動路徑示意圖。

13．．．第二極板

13a．．．外表面

131．．．陰極氣體流道

135．．．反應氣體入口

135a．．．氣體加熱流道

135b．．．氣體加熱流道

136．．．加濕氣體入口

136a．．．陰極氣體流道入口

136b．．．陰極氣體流道出口

137．．．陽極氣體入口

138．．．陽極氣體出口

139．．．加濕區段

139a．．．通孔

Claims (29)

1. 一種極板，可應用於一燃料電池，具有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道、至少一反應氣體入口及一加濕氣體入口，以及形成有至少一反應氣體加濕路徑，位於該反應氣體入口與該加濕氣體入口之間。
2. 如請求項1所述之極板，其中該反應氣體加濕路徑更包含有至少一加濕區段。
3. 如請求項1所述之極板，其中該反應氣體加濕路徑更包含有至少一氣體加熱流道。
4. 如請求項2所述之極板，其中該加濕區段設有至少一水份吸附元件。
5. 如請求項2所述之極板，其中該加濕區段設有至少一通孔。
6. 一種極板，可應用於一燃料電池，具有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道使通入該燃料電池的反應氣體在此發生電化學反應，以及至少一氣體加熱流道傳導來自前述電化學反應所產生的熱能，該氣體加熱流道內設有至少一加濕區段，用以吸附該燃料電池反應後產生的水分子，當該燃料電池藉由一反應氣體入口通入反應氣體時，該反應氣體將流經該氣體加熱流道與該加濕區段等路徑，以進行加熱與加濕，隨後流向該等氣體流道。
7. 如請求項6所述之極板，其中該極板係該燃料電池之陰極板或陽極板其中之一，該反應氣體為陰極氣體或陽極氣體其中之一；而該極板係金屬材質或碳複合材料其中之一。
8. 一種與請求項6所述之極板互相連結使用的第一極板，其具有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道，該第一極板是以其內表面朝向該極板之內表面方向進行連結及相對應，以及至少一氣體加熱流道傳導來自電化學反應所產生的熱能，該氣體加熱流道內設有至少一加濕區段。
9. 如請求項6所述之極板或請求項8所述之第一極板，其中該加濕區段設有至少一水份吸附元件。
10. 如請求項6所述之極板或請求項8所述之第一極板，其中該加濕區段設有至少一通孔。
11. 如請求項6所述之極板或請求項8所述之第一極板，更設有貫穿該極板之內表面與外表面的一加濕氣體入口，而該內表面設有至少一冷卻氣體流道，並與一陰極氣體入口相連通；其中，該加濕氣體入口係連通該反應氣體入口與該氣體加熱流道。
12. 如請求項6所述之極板或請求項8所述之第一極板，其中該極板之內表面可對應裝設一散熱片；該散熱片設有至少一定位結構，該內表面則對應設有至少一定位部，以定位該散熱片。
13. 如請求項6所述之極板或請求項8所述之第一極板，其中該加濕區段係位於該等氣體流道出口的鄰接處。
14. 如請求項6所述之極板或請求項8所述之第一極板，其中該氣體加熱流道是設呈U形或L形其中之一；而該等氣體流道出口與該加濕氣體入口之間，分別形成有U形的潛流結構。
15. 如請求項8所述之第一極板，其中該第一極板之該等氣體流道中的氣體流向與該極板之該等氣體流道中的氣體流向相反。
16. 一種極板組，可用以堆疊形成一燃料電池，至少包含有：至少一第一極板，具有相對的一外表面與一內表面，該外表面設有至少一第一凹部，以及深度小於該第一凹部的至少一第二凹部，該第一極板之兩側設有一陽極氣體入口與一陰極氣體入口；至少一第二極板，具有相對的一外表面與一內表面，該外表面設有至少一第三凹部，以及深度小於該第三凹部的至少一第四凹部，且該第二極板是以其內表面朝向該第一極板之內表面進行連結，該第二極板之兩側設有一陽極氣體入口與一陰極氣體入口；其中，該第二凹部與該第四凹部分別形成有至少一氣體流道，另該第一凹部與該第三凹部分別形成有至少一反應氣體加濕路徑。
17. 如請求項16所述之極板組，其中該反應氣體加濕路徑更包括有至少一加濕區段，設於該第一極板的該第一凹部與該第二極板的該第三凹部之間。
18. 如請求項16所述之極板組，其中該反應氣體加濕路徑更包括有至少一氣體加熱流道，其兩端連通一反應氣體入口與該等氣體流道。
19. 如請求項17或18所述之極板組，其中該加濕區段設於該氣體加熱流道之間。
20. 如請求項17所述之極板組，其中該加濕區段設有至少一水份吸附元件。
21. 如請求項17所述之極板組，其中該加濕區段設有至少一通孔。
22. 如請求項16所述之極板組，更進一步包括至少一散熱片，設於該第一極板與該第二極板之間；該散熱片設有至少一定位結構，該極板之內表面對應設有至少一定位部，以定位該散熱片。
23. 如請求項16所述之極板組，其中該第一極板與該第二極板的外表面分別設有至少一第五凹部與至少一第六凹部，且該第五凹部與該第六凹部的深度分別小於該第一凹部與第三凹部，可用以連結兩極板組。
24. 如請求項18所述之極板組，其中該第一極板與該第二極板開設有一加濕氣體入口，且該加濕氣體入口連通該氣體加熱流道與該等體流道；另該第二凹部與第四凹部之內表面間分別形成至少一冷卻氣體流道，該冷卻氣體流道連通該陰極氣體入口。
25. 如請求項16或24所述之極板組，其中該第一極板之該等氣體流道的氣體流向與該第二極板之該等氣體流道中的氣體流向相反。
26. 如請求項16所述之極板組，其中該加濕區段係位於該等氣體流道之出口鄰接處。
27. 如請求項18或24所述之極板組，其中該氣體加熱流道是設呈U形或L形其中之一；而該等氣體流道出口與加濕氣體入口之間，分別形成有U形的潛流結構。
28. 如請求項16所述之極板組，其中該第一極板為該燃料電池之陽極板，該陽極氣體入口的一側開設有一陽極氣體流道入口，而其相對該陽極氣體入口的一側開設有一陽極氣體流道出口與一陽極氣體出口，而該陽極氣體流道入口與該陽極氣體入口之間、該陽極氣體流道出口與該陽極氣體出口之間，分別形成有封閉的U形潛流結構。
29. 一種燃料電池，包含有至少一膜電極組件、至少一氣體擴散層、二端板、以及至少一極板組，其特徵在於：該極板組之任一極板包含有相對的一內表面與一外表面，該外表面設有複數個氣體流道、至少一反應氣體入口及一加濕氣體入口，以及形成有至少一反應氣體加濕路徑，位於該反應氣體入口與該加濕氣體入口之間，而該反應氣體加濕路徑係部分鄰近該極板的側邊。