TW552737B - Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell - Google Patents

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552737 A7 B7 五、發明説明 發明背景 發明範疇： 本發明係有關一種固體聚合物型電解質燃料電池總 成’其包括多個單元電池彼此堆疊，其中各個單元電池具 有本體，其係經由夾置一固體聚合物型電解質膜介於陽 極與陰極間形成；一燃料電池堆其係經由堆疊多組固體聚 a物型電池總成獲得；以及一種供給反應氣體於燃料電池 之方法。 相關技藝說明： 概略言之，固體聚合物型電解質燃料電池（pEFC)包括 一單元電池（單元電力產生電池），其形成方式係經由設置 一陽極及一陰極其各自主要係由碳製成，於聚合物離子交 換膜（陽離子交換膜）組成的電解質膜兩側而形成一本體 (膜電極總成），以及將該本體夾置於分隔件（雙極板）間組 成。固體聚合物型電解質燃料電池通常係以燃料電池堆形 式使用’其係由特定數目之單元電池堆疊組成。 此種類型燃料電池中，例如當燃料氣體亦即主要為含 氫氣體（後文稱作為「含氫氣體」）供給陽極時，含氫氣體 之氫於催化劑電池上游離且透過電解質遷移至陰極；以及 此種電池反應產生的電子被帶至外部電路，用作為直流形 式的電源。此種情況下，由於氧化氣體例如主要為含氧或 含空氣氣體（後文稱作為「含氧氣體」）供給陰極，氫離子、 電子及氧氣彼此反應而於陰極產生水。 案 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、訂— 藉此方式於使用燃料電池堆作為交通工具上電源 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇X29»d 552737 A7 ____87 ____ 五、發明説明（3 ) 一 -- 此種組態，可對各個單元電池獲得滿意的電力產生性能。 又，因電池總成係由多數單元電池組合組成，故^料 電池堆可組合各個電池總成而成為一個操縱單元。如此， 於組裝燃#電池i隹時比較處理習知燃_ t池堆組件工作 (其係以各個單元電池取作為一個操縱單元）可更有效進行 操縱燃料電池堆組件之工作。 前述電池總成，兩組冷卻電池總成之冷媒通道可設置 於多個單元電池兩邊於單元電池堆疊方向，因而將單元電 池夾置於其間。使用此種組態，比較一種冷卻結構，其中 對各個單元電池設置一組冷媒通道，本發明之冷卻結構可 簡化，因此更容易縮小整體電池總成之尺寸及重量。兩组 冷媒通道之組態可沿單元電池平面方向線性延伸。使用此 種組悲’可簡化各組冷媒通道組態。 此種案例中，單元電池中至少二者具有彼此不同的結 構。使用此種組態、，可採料各單元電池反應最理想的結 構。舉例言之，設置於至少二單元電池之多組反應氣體通 道中，讓至少一種燃料氣體及氧化氣體通過的至少二氣體 通道截面可彼此不同。使用此種組態，即使各個單元電池 出現不同溫度環境，仍可對各單元電池產生有效而均一的 反應。 具體言之，設置於至少二單元電池之至少兩組反應氣 體通道之截面可彼此不同，係經由讓至少兩組反應氣體通 道之一的深度、寬度或數目與至少兩組反應氣體通道之另 一的深度、寬度或數目不同而達成。使用此種組態，經由 本紙張尺度適用中國國家標準（®S) A4規格（210X297公釐） -------'“-ivr......------------------訂：.................. * * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552737 A7 五、發明説明（4 ) 讓通道深度變淺，可使各個單元電池變薄，因而微縮化整 體電池總成；以及經由讓通道寬度變窄或減少通道數目， 可增加單元電池間的接觸面積，因而降低接觸電阻。 至少兩組反應氣體通道設置於冷媒通道近處之一之 截面，可比至少兩組反應氣體通道之設置於遠離冷媒通道 之另一反應氣體通道更小。 由於設置於冷媒通道近處之反應氣體通道溫度係低 於遠離冷媒通道之反應氣體通道溫度，故前者反應氣體通 道產生之水量大於後者反應氣體通道產生的水量；但根據 此種組態’因前者反應氣體通道截面係小於後者反應氣體 通道截面，故前者反應氣體通道之反應氣體流速變較高， 結果可有效改善前者反應氣體通道產生之排水特性。 可於至少兩組反應氣體通道設置成遠離冷媒通道之 一 5又置氣門部’俾讓该組反應氣體通道之流速小於至少兩 組反應氣體通道中設置於冷媒通道近處之另一組的流速。 使用此種組態，可提高反應氣體通道於低溫側之流速，如 此可平衡單元電池濕度。 至少一單元電池具有，彼此不同的本體。具體言之，本 體中設置於冷媒通道近處者包括以氟為主的膜；而本體中 設置於遠離冷媒通道之另一者包括以烴為主的膜。使用此 種組態，由於具有高熱阻之以煙為主的膜係設置於遠離冷 媒通道之本體，因而溫度高，可改良該本體之有用壽命。 插置於毗鄰二本體間之分隔件於一平面可具有一反 應氣體供應連通孔以及一反應氣體浅放連通孔用以供給， I紙張尺度適用中國國家標準（CNs) A4規格（210X297公釐^_""""" --- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂· .參_ 552737 五、發明説明（5 ) 以及減反應氣體進出於各個單元電池之反應氣體通道。 使用此種組態，可改良所產生水之排水特性，且免除於設 置分開外部歧管案例之設置密封結構。 插置於毗鄰二本體間之分隔件可由一片金屬板製 成，該片金屬板具有凸部及凹部形狀用以形成反應氣體通 道。使用此種配置，因分隔件係由浪形金屬薄板製成，故 可實現分隔件厚度的減薄。分隔件於面對毗鄰二本體之一 之該側，具有一組燃料氣體通道作為一種燃料氣體通道； 以及於面對毗鄰二本體之另一本體該侧，也有一組氧化氣 體通道作為另一種反應氣體通道。採用此種配置，比較下 述刀隔件結構，其中對二分隔件各別設置一組燃料氣體通 道及一組氧化氣體通道，前者容易讓分隔件的結構變薄， 因而微縮化整體電池總成。 沿單元電池反應平面，作為一種反應氣體通道之一組 燃料氣體通道流動方向，可與沿該單元電池反應平面之作 為另一種反應氣體通道的一組氧化氣體通道流動方向相 反。使用此種組態，因於氧化氣體通道出氣口側該部分產 生之水’係經由電解質膜擴散返回燃料氣體通道，故可有 效濕化燃料氣體。 可以此種方式於多個單元電池設置多組燃料氣體通 道俾彼此串聯連通，可以此種方式於多個單元電池設置多 、组氧化氣體通道俾彼此並聯連通。採用此種配置，由於可 對於燃料氣體通道内流動的低黏度燃料氣體產生夠高壓 降’故可有效排乾陽極產生的水。一組燃料氣體通道可配 本紙張尺度適财關家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ........... 一 祛 (請先間讀背面之注意事項再填窝本頁) -訂丨 552737 五、發明説明（6 置成沿單元電池反應平面線 0 t伸，一組氧化氣體通道可 早70電池反應平面線性延伸。使用此種組態，可 間化燃枓氣體通道及氧化氣體通道的配置。 、根據本發明’提供—種燃料電池堆，其包括多組電池 成’b隹且’其特破在於目體聚合物型電解質燃料電池 總成包括多個單元電池彼此堆疊，其中多個單元電池各別 有一本體，該本體係經由夾置一固體聚合物型電解質膜介 陽極與-陰極間組成’也具有多組反應氣體通道之 一，其適合允許燃料氣體及氧化氣體中之至少—者於單元 電池相對於單元電池堆疊方向之平行方向且於相同流動 向流動。 使用此種配置，由於各個單元電池可維持預定電力 生性能，故燃料電池堆整體可獲得滿意電力產生性能。… 此種燃料電池堆，單元電池之至少二者具有彼此不同的結構。 根據本發明，提供一種供給反應氣體於燃料電池之 法，該方法應用至固體聚合物型電解質燃料電池總成。一 池總成包括多個單元電池彼此堆疊，其中多個單元電池各 自具有一本體，其係經由夾置一固體聚合物型電解質膜介 於一陽極與一陰極間形成，以及也具有多組反應氣體通道 之一’其適合允許燃料氣體與氧化氣體中之至少一者係於 單元電池相對於單元電池堆疊方向之平行方向且於相同流 向流動。前述方法之特徵在於反應氣體由反應氣體供應 通孔平行供給多組單元電池之反應氣體通道，且係於用 方 產 於 方 電 連 於 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度翻巾國賴詳（CNS) A4規格（21GX297公釐） 五、發明説明（7 ) 反應之多組反應氣體通道流動，用過的反應氣體排放入反 應氣體洩放連通孔。 别述方法中，兩組冷媒通道可設置於單元電池堆疊方 向，於多個單元電池兩邊，其設置方式係將單元電池夹置 於其間’以及設置於冷媒通道近處之一組反應氣體通道截 面就流率及/或流速而言，可比設置於遠離冷媒通道之另一 組反應氣體通道更高。使用此種配置，即使於各個單元電 池出現不同溫度環境，可改良排水特性以及平衡單元電池 濕度，如此可對各個單元電池進行滿意的電化學反應。 月述及其它本發明之目的、特色及優點由後文說明連 同附圖將顯然自明，附圖中舉例說明本發明之較佳具 施例。 圖式之簡單說明 第1圖為根據本發明之第一具體實施例之固體聚合物 型電解質燃料電池總成之主要部分之分解透視圖； 第2圖為燃料電池堆之示意透視圖； 第3圖為剖面圖顯示電池總成之主要部分； 第4圖為電池總成之第一分隔件組成部分之前視圖； 第5圖為略圖顯示氧化氣體、燃料氣體及冷媒之流動； 第6圖為視圖顯示讓一組氧化氣體通道截面與另一組 氧化氣體通道截面不同之方法； 、 第7圖為視圖顯示讓一組氧化氣體通道截面與另一組 氧化氣體通道截面不同之方法，該方法係經由製作前者氧 化氣體通道深度與後者氧化氣體通道深度不同； 虱 552737 A7 B7 五、發明説明（8 ) ~> 第8圖為視圖顯示讓一組氧化氣體通道截面與另一組 氧化氣體通道截面不同之方法，該方法係經由製作前者氧 化氣體通道寬度與後者氧化氣體通道寬度不同； 第9圖為視圖顯示讓一組氧化氣體通道截面與另一組 氧化氣體通道截面不同之方法，該方法係經由製作前者氧 化氣體通道數目與後者氧化氣體通道數目不同； 第1 〇圖為根據本發明之第二具體實施例之固體聚合 物型電解質燃料電池總成之主要部分之分解透視圖； 第11圖為根據本發明之第三具體實施例之固體聚合物 型電解質燃料電池總成之主要部分之分解透視圖； 第12圖為略圖顯示根據第三具體實施例氧化氣體、燃 料氣體及冷媒於電池總成之流動； 第13圖為根據本發明之第四具體實施例之固體聚合 物型電解質燃料電池總成之分解透視圖； 第14圖為根據本發明之第五具體實施例之固體聚合 物型電解質燃料電池總成之分解透視圖；以及 第15圖為略圖顯示根據第五具體實施例氧化氣體、燃 料氣體及冷媒於電池總成.之流動。 較佳具體實施例之說明 第1圖為根據本發明之第一具體實施例之固體聚合物 型電解質燃料電池總成10之主要部分之分解透視圖，以及 第2圖為經由堆疊多組電池總成10所得燃料電池堆12之示 意透視圖。 如第1圖所示，電池總成10係經由堆疊第一單元電池 11 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適财國®家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) 552737 A7 B7 五、發明説明（9 14及第二單元電池16製成。第一單元電池14具有第一本體 18,以及第二單元電池16具有第二本體20。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一本體18具有固體聚合物型電解質膜22a、以及一陰 極24a及一陽極26a其間插置有電解質膜22a ;以及第二本體 20具有固體聚合物型電解質膜22b、一陰極24b及一陽極26b 其間插置有電解質膜22b。陰極24a及24b以及陽極26a及26b 各自係經由接合以貴金屬為主的催化劑電極層於主要由碳 製成的基底膜上，以及於其表面上設置有由多孔層例如多 孔碳紙製成的氣體擴散層所組成。 如第1及3圖所示，第一分隔件28係設置於第一本體18 之1%極26a该側上；第二分隔件30係設置於第二本體2〇之陰 、?τ— 極24b側上；以及一中間分隔件32係插置於第一與第二本體 18與20間。 麟- 如第1圖所示，第一與第二本體18與20、第一及第二 分隔件28及30、以及中間分隔件32各自於長側邊的方向之 一緣，具有一氧化氣體進氣口 36a、一燃料氣體出氣口 42b 及一冷媒入口 44a。氧化氣體進氣口 36a讓氧化氣體（反應氣 體）如含氧氣體或空氣通過其中。燃料氣體出氣口 42b讓燃 料氣體（反應氣體）如含氫氣體通過其中。冷媒入口 44a讓冷 媒通過其中。設置於電池組件18、20、28、30及32之氧化 氣體進氣口 36a(燃料氣體出氣口 42b及冷媒入口 44a)於第 一及第二單元電池14及16之堆疊方向（以箭頭a指示）彼此 連通。 它方面，第一及第二本體18及20、第一及第二分隔件 本紙張尺度翻中關家標準（CNS) M規格⑵Q><297公奮） 五、發明説明（10 ) == 分隔件32各自於長侧邊方向之另一緣，具有 口鳥/ 燃料氣體進氣0423及—氧化氣體出氣 口灿。仅置於電池組件18、20、28、观32之冷媒出口 14=料氣體進氣口仏及氧化氣體出氣口㈣於方向歧 第一分隔件28係配置成金屬板。金屬板之面對第一本 ㈣之反應平面（電力產生平面）部分被成形為凸部及凹部 形狀’例如成形為浪形用以形成通道。特定言之，如第3 及4圖所不，第_分隔件28於面對第—本體以陽極施該 側具有多數燃料氣體通道（反應氣體通道）私。燃料氣體 通道46於長邊方向⑨直線延伸（以箭卵顯示）。燃料氣體通 道46之-端係與燃料氣體進氣口仏連通，而另一端係與燃 料氣體出氣口 42b連通。 二如第1及3圖所示，第-分隔件28於具有燃料氣體通道 46該邊之對側邊上也有多數冷媒通道料。冷媒通道抑係於 長邊方向直線伸展（以箭頭B指示）。冷媒通道48之一端係與 冷媒入口 44a連通，另一端係與冷媒出口 44b連通。 第二分隔件30之配置大致上類似第一分隔件28。第二 分隔件30於面對第二本體20陰極24b該側，具有多數氧化氣 體通道（反應氣體通道）52。氧化氣體通道52於長邊方向沿 直線延伸（以箭頭B顯示）。氧化氣體通道52之一端係與氧化 氣體進氣口 36a連通，及另一端係與氧化氣體出氣口 36b連 通。第二分隔件30於具有氧化氣體通道52該侧之對侧，具 有多數冷媒通道54。冷媒通道54係於長邊方向直線延伸（以 552737 A7 ____B7 五、發明説明（U ) 箭頭B指示）。冷媒通道54之一端係與冷媒入口 4牦連通，其 另一端係與冷媒出口 44b連通。 中間分隔件32之配置大致上類似第一及第二分隔件 28及30。中間分隔件32於面對第一本體18之陰極24&該側， 具有多數氧化氣體通道（反應氣體通道）56。氧化氣體通道 56係於長邊方向線性延伸（以箭頭B指示）。氧化氣體通道％ 之一端係與氧化氣體進氣口 36a連通，而其另一端係與氧化 氣體出氣口 36b連通。 中間分隔件32於面對第二本體20陽極26b該側上，也 以多數燃料氣體通道（反應氣體通道）58。燃料氣體通道58 係於長邊方向直線延伸（以箭頭B顯示）。燃料氣體通道58 之一端係與燃料氣體進氣口 42a連通，而其另一端係與燃料 氣體出氣口 42b連通。此外，氧化氣體通道56一端之與氧化 氣體進氣口 36a連通部分設有氣門，以及氧化氣體通道％ 另一端之與氧化氣體出氣口 36b連通部分設有氣門，而形成 氣門部59b(參考第1圖）。 特定數目之多組具有前文說明組態之電池總成1〇如 第2圖所示，於方向A利用固定裝置（圖中未顯示）彼此堆 疊。端板62a及62b透過集流電極60a及60b設置於方向八於 該組電池總成10兩端，接著為利用繫桿（圖中未顯示）等扣 接端板62a及62b俾獲得燃料電池堆12。 端板62a於長邊方向之一緣，具有一氧化氣體供應埠口 64a係與氧化氣體進氣口 36a連通，一燃料氣體洩放埠口 6处 係與燃料氣體出氣口42b連通，以及一冷媒供應埠口 68a係 本紙張尺度翻tHH家鮮（〇fS) A4規格—⑵0χ297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^τ— 552737 A7 _________B7_ 五、發明説明（12 ) 與冷媒入口 44a連通。端板62a於長侧邊方向之另一緣，也 具有一冷媒洩放埠口 68b係與冷媒出口 44b連通，一燃料氣 體供應埠口 66a係與燃料氣體進氣口 42a連通，以及一氧化 氣體洩放埠口 64b係與氧化氣體出氣口 36b連通。 如前述配置之燃料電池堆12及電池總成1〇之操作於 後文將就本發明之反應氣體供給方法說明。 於燃料電池堆12，燃料氣體例如含氫氣體係由燃料氣 體供應埠口 66a供給，氧化氣體如空氣或含氧氣體係由氧化 氣體供應埠口 64a供給，以及冷媒如純水、乙二醇或油係由 冷媒供應埠口 68a供給，因此燃料氣體、氧化氣體及冷媒供 給多組彼此於方向A堆疊之電池總成10。 如第5圖所示，部分供給氧化氣體進氣口 36a(於方向a 彼此連通）之氧化氣體被導引入設置於中間分隔件32之多 數氧化氣體通道56,俾沿第一本體18之陰極24a移動。它方 面，部分供給燃料氣體進氣口 42a(於方向A彼此連通）之燃 料氣體被導引入設置於第一分隔件2 8之多數燃料氣體通道 46 ’俾於氧化氣體流動方向之對向方向，沿第一本體丨8之 陽極26a移動。如此，於第一本體18，供給陰極24a之氧化 氣體以及供給陽極26a之燃料氣體係經由電極催化劑層之 電化學反應耗用，結果產生電力。 供給氧化氣體進氣口 36a之氧化氣體另一部分被導引 入成形於第二分隔件30之多數氧化氣體通道52，俾沿第二 本體20之陰極24b移動，而供給燃料氣體進氣口 42a之燃料 氣體另一部分被導引入設置於中間分隔件32之多數燃料氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .#丨 552737 A7 —___B7_ 五、發明説明（13 ) 體通道58，俾沿第二本體20陽極26b移動。結果於第二本體 20產生電力。 它方面，供給冷媒入口 44a(於箭頭A方向彼此連通）之 部分冷媒係於成形於第一分隔件28之冷媒通道48流動，欲 從第一分隔件28之冷媒出口 44b洩放，而供給冷媒入口 44a 之另一部分冷媒流入成形於第二分隔件3〇之冷媒通道58， 欲由第二分隔件30之冷媒出口 44b洩放。 根據如前述配置之第一具體實施例，因電池總成丨0係 由多個（例如兩個）單元電池14及16彼此整合組成，故燃料 電池堆12可組裝各個電池總成10取作為一個操縱單元。如 此當組裝燃料電池堆12時，操縱燃料電池堆12各組件之工 作比較操縱習知燃料電池堆組件（其係以各個單元電池14 及16組裝且各別取作為操縱單元）之各組件有效改良。 根據第一具體實施例，電池總成1 〇具有所謂之「薄出」 冷卻結構，其中冷媒通道48及54之設置方式係將第一及第 二單元電池14及16夾置於其間，換言之並無冷媒通道設置 於第一與第二本體18與20間。如此，比較冷卻結構其中對 單元電池14及16各自設置冷媒通道，本具體實施例之冷卻 結構可有效簡化，因此容易獲得減小整體電池總成10之尺 寸及重量的效果。 前述電池總成10之冷卻結構更完整說明如後。冷媒通 道54係設置於第二分隔件30之氧化氣體通道52附近，冷媒 通道48係設置成遠離中間分隔件32之氧化氣體通道56。如 此，第二分隔件30之氧化氣體通道52係藉冷媒冷卻而變成 本紙張尺度適用中_家鮮（CNS) A4規格（210X297公釐) 16 ------- ------—— -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ— 552737 A7 ____Β7 五、發明説明（14^ — 〜 低溫側，中間分隔件32之氧化氣體通道56冷卻程度較低因 而變成兩溫側，因此於第一與第二單元電池14與16間出現 環境溫差。如此造成不便，水係於第二分隔件3〇之氧化氣 體通道52於低溫側產生且積聚於通道、氣體擴散層、或催 化劑層，傾向於阻塞氧化氣體通道52。 根據本具體實施例，為了因應此種不便，採用—種結 構用以平衡第二單元電池16之濕度與第一單元電池14之濕 度，該結構係經由提高氧化氣體於第二分隔件3〇之氧化氣 體通道52之流速；以及經由提高氧化氣體於氧化氣體通道 52流動之流速，改良於氧化氣體通道52產生之水之排水特 性。特定言之，因氣門部59a及59b分別係設置於中間分隔 件32之高溫側所設置的氧化氣體通道56之氧化氣體進氣口 36a及氧化氣體出氣口 36b連通部分，故於第二分隔件如之 氧化氣體通道52之氧化氣體流速變成高於於中間分隔件 之氧化氣體通道56之氧化氣體流速。 結果根據第一具體實施例，可於低溫側排放於第二分 Pw件30之氧化氣體通道52產生的水，如此平衡第二單元電 池16與第一單元電池14之濕度。如此可有效平衡於第二單 兀電池16與第一單元電池14之電流密度分布，因而減低濃 度過電位。進一步，因於高溫侧於中間分隔件32流動的氧 化氣體流率及流速減低，故可防止第一本體18的乾燥。 根據第一具體實施例，氧化氣體通道52之戴面可設定 為與氧化氣體通道56之截面不同。例如通道截面可藉由變 更通道深度或寬度或數目而改變。採用此種配置，氧化氣 7紙張尺度適用中國國家標準(哪)規格⑵撕公釐) ~ -- 訂.............. - 亀 c請先閲讀背面之注意事^再填窝本頁) 552737 A7 ---- B7 五、發明説明（IS ) ^ ~ 體通道52之氧化氣體流速可變成高於氧化氣體通道％之氧 化氣體流速。 特定言之，經由設定氧化氣體通道52之截面小於氧化 氣體通道56之截面，如第6圖所示，可讓氧化氣體通道％ 之氧化氣體流速變成比氧化氣體通道52之氧化氣體流速更 高。使用此種配置，可有效改善於低溫側於氧化氣體通道 52大量產生的水的排水特性。 如第7圖所示，設置於板狀第二分隔件3〇a之各氧化氣 體通道52a之深度可設定為小於設置於板狀中間分隔件32& 之各氧化氣體通道56a之深度。又，可讓第一及第二單元電 池14及16變薄，因而更容易微縮化整體電池總成。 如第8圖所示，設置於板狀第二分隔件3〇b之各氧化氣 體通道52a寬度可設定為小於設置於板狀中間分隔件32b之 各氧化氣體通道5 6b之寬度。如此可增加第一與第二單元電 池14與16間之接觸面積，如此降低接觸電阻。 如第9圖所示，設置於板狀第二分隔件3〇c之氧化氣體 通道52c之數目可設定為小於設置於板狀中間分隔件32C2 氧化氣體通道56c之數目。又，類似第8圖所示實例，可有 效增加第一與第二單元電池14與16間的接觸面積。 根據第一具體實施例，燃料電池堆12全體尺寸容易經 由微縮化各電池總成10而縮小。電池總成1 〇之微縮化係如 下達成。首先，因第一及第二分隔件28及30以及中間分隔 件32各別係配置成成形為浪形（具有凸部及凹部）之金屬板 形狀，故分隔件可減薄，結果整體電池總成10之厚度可變 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 18 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 552737 A7 B7 五、發明説明（16 薄。 其次，因中間分隔件32於面對第一本體18之該側具有 氧化氣體通道56,以及於面對第二本體2〇該侧也具有燃料 氣體通道58(參考第3圖），故中間分隔件32之結構比下述分 隔件結構更薄，後述結構中，氧化氣體通道56及燃料氣體 通道58各別係設置於二分隔件。結果可微縮化整體電池總 成10。 第三，第一及第二分隔件28及3〇及中間分隔件32各自 具有氧化氣體進氣口 36a、氧化氣體出氣口 36b、燃料氣體 進氣口 42a及燃料氣體出氣口42b，其中設置於分隔件28、 30及32之氧化氣體進氣口 36a(氧化氣體出氣口 36b、燃料氣 體進氣口 42a及燃料氣體出氣口 42b)係於第一及第二單元 電池14及16之堆疊方向彼此連通，如此可免除設置分開歧 官（外部歧管）於電池總成10外侧的需求，也免除設置外部 歧管所需密封結構的需求，如此微縮化電池總成1 〇且簡化 電池總成10的組態。 第1 〇圖為根據本發明之第二具體實施例之電池總成 80之主要部分之分解透視圖。於根據本發明之電池總成 8〇，對應於根據第一具體實施例之電池總成1〇之部件係標 示以相同的參考編號且刪除其重複說明。對如下第三及隨 後各具體實施例亦同。 電池總成80包括第一本體82及第二本體84。第一本體 82具有以烴為主之電解質膜86，以及第二本體科具有以氟 為主之電解質膜88。 本紙張尺度適财關家標準（CNS) A4規格⑵GX297公爱) 19 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) .、可| 552737 A7 B7 五、發明説明（Π (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據如前述配置之第二具體實施例，為了因應採用 「薄出」冷卻結構造成第一本體82之溫度高於第二本體84 溫度之不便，具有高熱阻之以烴為主的電解質膜86設置於 第一本體82,因而改良第一本體82之使用壽命。結果因第 一本體82可長時間使用，故可提升電池總成8〇的經濟效益。 第11圖為根據本發明之第三具體實施例之固體聚合物 型電解質燃料電池總成1 〇〇之主要部分之分解透視圖。 訂· 電池總成100係經由於方向Α堆疊第一單元電池102及 第二單元電池104組成。第一單元電池1〇2具有第一本體 106，及第二單元電池104具有第二本體1〇8。第一本體1〇6 係夾置於第一分隔件110與中間分隔件114間，第二本體108 係夾置於中間分隔件114與第二分隔件112。 參_ 第一及第二單元電池1〇2及1〇4於長邊方向之一緣側 上具有氧化氣體進氣口 36a、燃料氣體進氣口 42a及冷媒入 口 44a ’其中氧化氣體進氣口 36a(燃料氣體進氣口 42a及冷 媒入口 44a)係於方向A彼此連通；以及於長邊方向之另一緣 側上也具有氧化氣體出氣口36b、燃料氣體出氣口42b及冷 媒出口44b，其中氧化氣體進氣口 36a(燃料氣體出氣口42b 及冷媒出口 44b)係於方向A彼此連通。 根據如前述配置之電池總成1〇〇，如第12圖所示，氧 化氣體、燃料氣體及冷媒係於電池總成100之長邊方向之一 側緣上’於方向A流動。氧化氣體及燃料氣體係沿第一及 第二本體106及108各別兩面上於同向供給；以及於用於反 應之後’氧化氣體及燃料氣體係於電池總成100長邊方向之

552737 A7 B7 五

、發明説明（U 果，因此經由使用不同種第一、第二及第三本體1〇6、1〇8 及128可配合不同溫度環境。 第14圖為根據本發明之第五具體實施例之固體聚合 物型電解質燃料電池總成14〇之主要部分之分解透視圖。 電池總成140係經由堆疊第一單元電池ι42及第二單 疋電池144組成。第一單元電池142具有第一本體146，及第 二單元電池144具有第二本體148。第一本體146被夾置於第 一分隔件150與第一中間分隔件154間，及第二本體148被夾 置於第二中間分隔件1兄與第二分隔件152間。扁平擋板158 係插置於第一與第二中間分隔件154與156間。 電池總成140於長邊方向之一緣側上具有燃料氣體進 氣口 42a、氧化氣體出氣口 36b及燃料氣體出氣口 42b，其中 燃料氣體進氣口 42a(氧化氣體出氣口 36b及燃料氣體出氣 口 42b)係於方向A彼此連通；於長邊方向之另一側緣上也 具有氧化氣體進氣口 3 6a、冷媒入口 44a、燃料氣體中間連 通孔38及冷媒出口 44b，其中氧化氣體進氣口 36a(冷媒入口 44a、燃料氣體中間連通孔3 8及冷媒出口 44b)係於方向A彼 此連通。 第一及第二中間分隔件154及156各自於面對擋板158 之該面上具有直線延伸之冷媒通道。形成於第一中間分隔 件154之冷媒通道54之一端係與第一中間分隔件154之冷媒 入口 44 a連通’及其另一端係返回擔板158，且與形成於第 二中間分隔件156之冷媒通道54連通。形成於第二中間分隔 件156之冷媒通道54係與第二中間分隔件156之冷媒出口 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 22 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ— .，费- 552737 五、發明説明（2〇 44b連通。 於如前述敘述之電池總成，冷媒係沿第丨5圖所示流動 方向供給串聯連通至第一及第二單元電池142及144 ;燃料 氣體係由成形於第一單元電池142之燃料氣體通道46串聯 流至形成於第二單元電池144之燃料氣體通道58;以及氧化 氣體各別流至第一及第二單元電池142及144，換言之經由 氧化氣體通道56及52而並聯流動。 根據本具體實施例，因具有低黏著之燃料氣體係於彼 此串聯連通之燃料氣體通道46及58流動，故流動通道長度 變長’因而對燃料氣體產生夠高壓降，結果可有效洩放於 陽極26a及26b產生的水。 雖然已經顯示及說明本發明之若干較佳具體實施例 之細節’但需了解可未悖離如隨附之申請專利範圍做出多 種變化及修改。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、?τ— 552737 A7 ______B7_ 五、發明説明（21 ) 元件標號對照 10,80，100，120，140 …電池 36b…氧化氣體出氣口 總成 38…燃料氣體中間連通扎 12…燃料電池堆 40··.氧化氣體中間連通孔 14，16，102，104，122，124，12 42a…燃料氣體進氣口 6，142，144".單元電池 42b…燃料氣體出氣口 18,20,82,84，106，108，128， 44a···冷媒入口 146，148···本體 44b···冷媒出口 22a，22b，86,88···電解質膜 46,58…燃料氣體通道 24a，24b···陰極 48,54…冷媒通道 26a，26b·.·陽極 52,52a 至 52c，56,56a 至 28,30,30a，30b，110，112，15 56c…氧化氣體通道 0，15 2…分隔件 64a…氧化氟體供應璋口 32,32a，32b，114，154，156 … 64b…氧化氣體洩放埠口 中間分隔件 116a，116b···氣門部 36a···氧化氣體進氣口 158…檔板 π請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 552737 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種固體聚合物型電解質燃料電池總成（10)，包含多數 單元電池（14、16)彼此堆疊，該單元電池（14、16)各自 具有一本體（18 ' 20)其包括一陽極（26a、26b)、一陰極 (24a、24b)、以及一固體聚合物型電解質膜（22a、22b) 插置於該陽極（26a、26b)與該陰極（24a、24b)間， 其中多數反應氣體通道（46、58、52、56)係平行成 形於该電池總成（10)於單元電池（14、16)堆疊方向，用 以允許燃料氣體及氧化氣體中之至少一者於同向流經 該單元電池（14、16)。 2·如申請專利範圍第1項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（ίο)，其中冷卻電池總成（10)之冷媒通道（48、54) 係成形於多數單元電池（14、16)兩側上於單元電池 (14、16)之堆疊方向。 3_如申請專利範圍第2項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（1G)，其中冷媒通道(48、54)各自係沿單元電池 (14、16)之平面方向直線延伸。 4. 如申明專利範圍第1項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中單元電池（14、16)中之至少二者具有 彼此不同之結構。 5. 如申請專利範圍第4項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（1〇)，其中設置於該至少二單元電池（14、Μ)之 反應氣體通道（52、56)具有彼此不同的截面。 6. 如申請專利範圍第5項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成⑽，其中設置於該至少二單元電池（14、16)之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可I

   552737 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 反應氣體通道（52、56)之截面係藉下述方法而彼此不 同，經由讓設置於該至少二單元電池（14、16)之一之反 應氣體通道之深度、寬度或數目係與設置於該至少二 單元電池（14、16)之另一之反應氣體通道之深度、寬度 或數目不同因而讓截面彼此不同。 7·如申請專利範圍第5項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中該反應氣體通道之位於冷媒通道（48) 近處之一（52)之截面係小於該反應氣體通道遠離冷媒 通道（48)之另一者（56)之截面。 .、可丨 8.如申請專利範圍第4項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中氣門部（59a、59b)係設置於反應氣體 通道之位置遠離冷媒通道（48)之一（56)，俾讓該至少二 反應氣體通道之，一（56)之流速係小於反應氣體通道之 位於冷媒通道（48)近處之另一通道（52)之流速。 9_如申請專利範圍第4項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中單元電池（14、16)中之至少二者具有 彼此不同之本體（82、84)。 10 ·如申請專利範圍第9項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（ίο)，其中本體之位置接近冷媒通道（48)之一（82) 包括以氟為主之膜，以及該本體之位置遠離冷媒通道 (4 8)之另一本體（8 4)包括以烴為主之膜。 11·如申請專利範圍第丨項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中一分隔件（32)係插置於毗鄰二本體 (18、20)間，以及該分隔件（32)於其一平面具有一反應 26 552737 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 氣體供應連通孔（42a、36a)以及一反應氣體洩放連通孔 (42b、36b)用以供給以及洩放反應氣體於各該單元電池 (14、16)之反應氣體通道（46、58、52、56)。 12. 如申請專利範圍第1項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中一分隔件（28、30)係插置於毗鄰二本 體（18、20)間’以及該分隔件（28、30)係由一片金屬板 製成，該金屬板具有凸部及凹部形狀用以形成反應氣 體通道（46、52)。 、訂— 13. 如申請專利範圍第12項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中該分隔件Q8、30)於面對毗鄰二本體 之一（18)該側上，具有燃料氣體通道（46)作為反應氣體 通道，以及於面對毗鄰二本體之另一本體（2〇)之該側 上’也具有氧化氣體通道（52)作為反應氣體通道。 ♦ 14. 如申請專利範圍第1項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中該燃料氣體通道（46)作為沿單元電池 (14、16)之反應平面之反應氣體通道之流動方向係與沿 單元電池（14、16)之反應平面作為反應氣體通道之氧化 氣體通道（52)之流動方向相反。 15 ·如申請專利範圍第1項之固體聚合物型電解質燃料電 池總成（10)，其中作為反應氣體通道之燃料氣體通道 (46)係設置於單元電池（14、16)而其彼此呈串聯連通， 以及作為反應氣體通道之氧化氣體通道（52)設置於多 數單元電池（14、16)因而彼此並聯連通。 16·如申請專利範圍第1項之固體聚合物型電解質燃料電

   552737 A8 Β8 C8 ——___D8 六、申請專利範圍 池總成（10)，其中作為反應氣體通道之燃料氣體通道 (46)設置於各單元電池（14、ι6)係沿單元電池（14、16) 之反應平面直線延伸，以及作為反應氣體通道之氧化 氣體通道（52)設置於各單元電池（14、16)係沿單元電池 (14、16)之反應平面直線延伸。 17· —種燃料電池堆，包括多數電池總成（1〇)彼此堆疊， 邊電池堆總成（10)各自包含多數單元電池（14、16) 彼此堆疊，該單元電池（14、16)各自具有一本體（18、 20)其包括一陽極（26a、26b)、一陰極（24a、24b)、以及 一固體聚合物型電解質膜（22a、22b)插置於該陽極 (26a、26b)與該陰極（24a、24b)間， 其中多數反應氣體通道（46、58、52、56)係平行成 形於該電池總成（10)於單元電池（14、16)堆疊方向，用 以允許燃料氣體及氧化氣體中之至少一者於同向流經 該單元電池（14、16)。 18 ·如申請專利範圍第17項之燃料電池堆，其中該電池總 成（10)之單元電池（14、16)之至少二者具有彼此不同的 結構。 19. 一種供給反應氣體於燃料電池之方法，該反應氣體係 用於固體聚合物型電解質燃料電池總成（丨〇)， 該電池總成（10)包含多數單元電池（14、16)彼此堆 疊，該單元電池（14、16)各自具有一本體（18、20)其包 括一陽極（26a、26b)、一陰極（24a、24b)、以及一固體 聚合物型電解質膜（22a、22b)插置於該陽極（26a、26b) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） 28 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 552737 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 與該陰極（24a、24b)間， 其中多數反應氣體通道（46、58、52、56)係平行成 形於該電池總成（10)於單元電池（14、16)堆疊方向，用 以允許燃料氣體及氧化氣體中之至少一者於同向流經 該單元電池（14、16)， 該方法包含下列步驟： 由反應氣體供應連通孔（42a、36a)並聯供給反應氣 體進入單元電池（14、16)之反應氣體通道（46、58、52、 56)俾於該反應氣體通道（46、58、52、56)流動； 於該反應氣體用於反應氣體通道（46、58、52、56) 反應後，由反應氣體通道（46、58、52、56)洩放用過的 反應氣體至反應氣體洩放連通孔（42b、36b)。 20.如申請專利範圍第19項之方法，其中冷媒通道（48)係設 置於單元電池（14、16)兩側上於單元電池（14、16)之堆 疊方向，以及設置於冷媒通道（48)近處之反應氣體通道 (52)之流率及/或流速係高於位置遠離冷媒通道（48)之 反應氣體通道（56)之流率及/或流速。 29 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐）