[发明专利]燃料电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池结构，特别涉及一种可有效防止燃料与氧气彼此发生泄漏混合的燃料电池结构。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种利用甲醇或氢气等燃料和氧气反应来产生电力的装置。为了使燃料电池产生电化学反应，燃料及氧气必须分别经由适当的通道进入燃料电池之中。在此，通道结构的设计必须确保燃料与氧气彼此间不会泄漏混合，以免影响到燃料电池的运行效率以及确保运行的安全性。

典型的燃料电池通常包括有多个燃料电池单体。每一个燃料电池单体主要包括有一膜电极组(Membrane Electrode Assembly，MEA)，而膜电极组大致上由一质子交换膜、一阳极触媒层及一阴极触媒层所构成。

为了要将燃料及氧气输送至燃料电池中以进行电化学反应(或氧化还原反应)，在燃料电池的内部即需开设适当的气体通道。举例来说，以甲醇(CH₃OH)作为燃料的燃料电池而言，甲醇及氧气会分别被输送至每一个膜电极组的阳极反应侧及阴极反应侧，以进行氧化还原反应。在此，阳极反应侧及阴极反应侧的氧化还原反应是分别如下所示：

阳极反应侧：

阴极反应侧：

如上所述，在燃料电池的气体通道结构中，为了要达到气密效果，以使得燃料与氧气彼此间不会泄漏混合，通常的做法是在两个相邻构件之间夹置一气密垫片(Gasket)。

请参阅图1，一种公知的燃料电池结构1主要包括有一第一制压集电板11、一第二制压集电板12、一第一单面流道板21、一第二单面流道板22、多个双面流道板30、多个膜电极组40及多个气密垫片50。第一单面流道板21及第二单面流道板22是分别抵接于第一制压集电板11及第二制压集电板12。气密垫片50使用软性垫片或硬性垫片加黏胶来黏着于第一单面流道板21与膜电极组40之间、膜电极组40与双面流道板30之间以及膜电极组40与第二单面流道板22之间。第一制压集电板11是相对于第二制压集电板12，以及第一单面流道板21、第二单面流道板22、多个双面流道板30、多个膜电极组40及多个气密垫片50是由第一制压集电板11及第二制压集电板12所制压固定。

此外，第一制压集电板11具有一阳极入口11a、一阳极出口11b、一阴极入口11c及一阴极出口11d。在此，甲醇(CH₃OH)是经由阳极入口11a进入至燃料电池结构1之中，并且甲醇是经由第一单面流道板21及双面流道板30流至每一个膜电极组40的阳极反应侧41(如图2所示)。在此，甲醇的流动方向是如图2的箭头A所示。最后，甲醇会经由阳极出口11b流出于燃料电池结构1。在另一方面，氧气(O₂)是经由阴极入口11c进入至燃料电池结构1之中，并且氧气是经由双面流道板30及第二单面流道板22流至每一个膜电极组40的阴极反应侧42(如图2所示)。在此，氧气的流动方向是如图2的箭头B所示。最后，氧气会经由阴极出口11d流出于燃料电池结构1。

如上所述，通过气密垫片50在第一单面流道板21与膜电极组40之间、在膜电极组40与双面流道板30之间以及在膜电极组40与第二单面流道板22之间的隔离作用，必须流至膜电极组40的阳极反应侧41的甲醇不会泄漏至膜电极组40的阴极反应侧42，而必须流至膜电极组40的阴极反应侧42的氧气也不会泄漏至膜电极组40的阳极反应侧41，因而可避免发生甲醇与氧气的泄漏混合现象。

然而，当燃料电池结构1在组装过程中发生锁附力不均或燃料电池结构1遭受外力冲击时，软性的气密垫片50常会发生挠曲或变形现象，如图3所示。此时，挠曲或变形的气密垫片50会丧失隔离第一单面流道板21与膜电极组40、隔离膜电极组40与双面流道板30以及隔离膜电极组40与第二单面流道板22的效果。如上所述，当甲醇及氧气分别经由阳极入口11a及阴极入口11c进入至燃料电池结构1之中时，原本应被输送至每一个膜电极组40的阳极反应侧41的甲醇会泄漏至其阴极反应侧42(如箭头A′所示)，而原本应被输送至每一个膜电极组40的阴极反应侧42的氧气也会泄漏至其阳极反应侧41(如箭头B′所示)，因而会导致甲醇与氧气的泄漏混合现象，如此一来，燃料电池结构1的运行效率以及运行安全性会受到相当大的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是要提供一种具有硬式亲水性气密垫片的燃料电池结构，其可在无需上胶的情形下即能实现密封效果，以确保在燃料电池结构内的燃料与氧气不会发生彼此泄漏混合。