[发明专利]平面型燃料电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的结构，且特别是涉及一种平面型燃料电池组。

背景技术

随着工业的进步，传统能源如煤、石油及天然气的消耗量持续升高，由于天然能源的存量有限，因此必须研发新的替代能源以取代传统能源，而燃料电池便是一种重要且具实用价值的选择。

简单来说，燃料电池基本上是一种利用水电解的逆反应而将化学能转换成电能的发电装置。以质子交换膜燃料电池来说，其主要是由薄膜电极组(membrane electrode assembly，简称MEA)及二电极板所构成。薄膜电极组是由质子交换膜(proton exchange membrance)、阳极催化剂层、阴极催化剂层、阳极气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)以及阴极气体扩散层所构成。其中，上述阳极催化剂层与阴极催化剂层分别配置于质子交换膜的两侧，阳极气体扩散层与阴极气体扩散层分别设置在阳极催化剂层与阴极催化剂层之上。另外，二电极板包括阳极与阴极，其分别配置于阳极气体扩散层与阴极气体扩散层之上。

目前业界常见的质子交换膜燃料电池是直接甲醇燃料电池(DirectMethanol Fuel Cell，简称DMFC)，其是直接使用甲醇水溶液当作燃料供给源，并经由甲醇与氧的相关电极反应来产生电流。直接甲醇燃料电池的反应式如下：

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极：3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

反应时，阳极会消耗1摩尔的水，阴极会产生3摩尔的水，而反应所产生的水要立即移除，不可滞留在催化剂层的表面上，如此才能够使燃料电池持续进行反应，以产生电流。

关于燃料电池中的水管理，业界已提出多种处理方式。例如，题目为“FUEL CELL”的美国专利申请早期公开号2005/0079398A1(U.S.Pub.No.2005/0079398A1)，其内容披露，可另外使用泵(pump)、散热片、风扇等装置，将燃料电池中所产生的水移出。然而，这种做法会增加成本，且会造成整个组件的体积过大，而无法小型化。另外，题目为“PASSIVE WATERMANAGEMENT TECHNIQUES IN DIRECT METHANOL FULE CELLS”的美国专利申请早期公开号2004/0209154A1(U.S.Pub.No.2004/0209154A1)，其内容披露，在阴极外侧配置具有微孔的疏水材料层，使阴极的水在其间产生背压，接着利用质子交换膜两侧的压力差，可将水渗透至阳极，使其可在燃料电池内部循环应用。但是，此方式容易造成水阻塞在微孔或无法回收的问题。因此，这种方法的制作难度较高，且甚至会造成空气无法顺利进入，进而使燃料电池的输出功率受到影响。

另一种关于燃料电池中的水管理为，日本专利WO 2006/101071号公报所记载的燃料电池。该专利的内容披露，燃料电池的阴极侧设置有空气室(air chamber)，且在空气室内充填有保湿薄膜(humidity-holdingsheet)。保湿薄膜的作用主要是抑制阴极侧所产生的水产生蒸散，进而使阴极催化剂层内的水分储藏量增加。通过渗透压现象，可促进在阴极催化剂层中生成的水移动至阳极催化剂层。

另外，日本专利WO 2005/112172A1号公报所记载的将液体燃料气化成分供应给催化剂层的方式的燃料电池，其内容披露，燃料电池的阳极结构需要包括有燃料储存槽、燃料气化层以及气化燃料收容室等，以使液体燃料可进行气化，而在阴极侧则设置有具有适当透湿度与透气度的保湿层，但是该保湿层为具有均匀微小孔隙的多孔材料，实际使用时极易因水气凝结而堵住保湿层上的孔隙，进而使得气体无法进入，影响燃料电池的输出功率。

故从上可知，水管理是燃料电池的重要关键技术，因此已成为目前业界极力发展的课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种平面型燃料电池组，能够使阴极部分的水扩散至阳极部分再使用，且制造方法简单，以及可提高燃料的能量转换效率。