專利名稱：燃料電池的雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池的雙極板，尤其是一種以金屬制成的波浪狀雙極板(corrugated bipolar plate)。
背景技術(shù)：
隨著人類文明的進步，傳統(tǒng)能源，譬如煤、石油及天然氣的消耗量持續(xù)攀高，造成地球嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)及酸雨等環(huán)境的惡化。人類已清楚地體會、認(rèn)識到天然能源的存量是有限的，如果被持續(xù)地濫用，可能在不久的將來便會消耗殆盡。因此，世界先進國家近來無不致力于研發(fā)新的替代能源，而燃料電池(fuel cell)便是其中的一種重要且具發(fā)展?jié)摿皩嵱脙r值的選擇，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相較，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、排氣干凈、噪音低、且不使用傳統(tǒng)燃油等多項優(yōu)點。
簡而言之，燃料電池是一種將氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的發(fā)電裝置，其基本上可說是一種水電解的逆反應(yīng)，以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，其包括多個電池單體，每一電池單體的結(jié)構(gòu)大致如圖1中所示，包括位于中央的一質(zhì)子交換膜10(proton exchange membrane，PEM)，其兩側(cè)各設(shè)一層催化劑12，其外再各設(shè)置一層氣體擴散層14(gas diffusion layer，GDL)，最外側(cè)則分別設(shè)一陽極板16與陰極板18，將此構(gòu)件緊密結(jié)合在一起后，即形成一電池單體。由于燃料電池在實際應(yīng)用時，通常是將多個上述的電池單體堆棧串聯(lián)起來，始能獲得足夠的發(fā)電功率，如圖2中所示；因此，互相鄰接的電池單體，可以共享一電極板20，如圖3中所示，而分別作為兩個鄰接電池單體中的陽極與陰極，故此電極板20通常便稱為雙極板(bipolar plate)。
雙極板20的兩面通常皆設(shè)有許多溝槽22，如圖3中所示，以輸送用來反應(yīng)的氣體，如氫氣與空氣(以提供氧氣)，并排出反應(yīng)后的生成物，如水滴或水氣。傳統(tǒng)的雙極板20，通常是由純碳(pure graphite)或碳復(fù)合材料(graphite composite)所制，因此，此種碳板上的溝槽常須另以機械加工成型，制作過程繁復(fù)且成本過高。若碳板以粉末經(jīng)壓鑄成型的方式制造，則又需要另在碳板上涂覆樹脂或其它適當(dāng)?shù)牟牧?，以將其所具有的孔隙完全密封。此外，碳板的延展性不佳，容易產(chǎn)生裂縫，易造成氣體泄漏而影響燃料電池的運行。再者，因為機械強度的限制，碳板的厚度亦不可太薄，使得燃料電池整體的體積無法進一步縮減。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種厚度薄、重量輕、工藝簡便、成本低廉的燃料電池的雙極板，其可縮減燃料電池整體所占的空間，并降低制造成本。
為了達到上述目的，本發(fā)明燃料電池的雙極板，包含一中央?yún)^(qū)域及一周緣區(qū)域，其中該中央?yún)^(qū)域具有一第一側(cè)表面，及與該第一側(cè)表面相反側(cè)的第二側(cè)表面，該中央?yún)^(qū)域形成為一連續(xù)凹凸波浪狀，以在該第一及第二側(cè)表面上分別界定出多條實質(zhì)上互補且互相平行延伸的溝槽。
該周緣區(qū)域上另設(shè)有二第一開孔，而該第一側(cè)表面上互相平行延伸的溝槽，具有二第一開口端，分別與該二第一開孔相連通。
該周緣區(qū)域上另設(shè)有二第二開孔，而該第二側(cè)表面上互相平行延伸的溝槽，具有二第二開口端，分別與該二第二開孔相連通。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于本發(fā)明的雙極板是以金屬薄板制成波浪狀的雙極板，以互補地于其的二側(cè)表面分別形成多個互相平行的延伸溝槽，故其厚度可以做的非常薄，因此，亦大幅降低燃料電池的尺寸及重量，且制造過程簡化，成本顯著地減少。且本發(fā)明即可簡化燃料電池的制造程序，降低生產(chǎn)成本，又可減輕燃料電池的體積與重量，提高燃料電池使用上的便利性與量產(chǎn)化的需求，可開拓其量產(chǎn)商業(yè)化的競爭力。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明圖1是顯示現(xiàn)有燃料電池的電池單體結(jié)構(gòu)的剖面分解示意圖；圖2是顯示將多個現(xiàn)有電池單體組合后應(yīng)用的剖面分解示意圖；圖3是顯示現(xiàn)有燃料電池部分結(jié)構(gòu)的剖面分解示意圖；圖4是顯示本發(fā)明一較佳實施例的雙極板的立體示意圖；
圖5是顯示圖4中雙極板第一側(cè)表面的平面示意圖；圖6是顯示圖4中雙極板第二側(cè)表面的平面示意圖；圖7是沿圖5中7-7線剖開的部分剖面示意圖；及圖8是顯示本發(fā)明較佳實施例應(yīng)用于燃料電池部分結(jié)構(gòu)的剖面分解示意圖。
圖中符號說明10質(zhì)子交換膜12催化劑14氣體擴散層16陽極板18陰極板20雙極板22溝槽30雙極板31中央?yún)^(qū)域32第一側(cè)表面33周緣區(qū)域34第二側(cè)表面36溝槽38溝槽40第一開孔42第一開孔44第二開孔46第二開孔48通道具體實施方式
本發(fā)明燃料電池的雙極板30，其一種較佳實施例如圖4至圖7中所示，包含一中央?yún)^(qū)域31及一周緣區(qū)域33，該中央?yún)^(qū)域31是由一金屬薄板制成，而該周緣區(qū)域33是由一塑料或其他種類適當(dāng)?shù)牟牧纤?，在本較佳實施例中，先以沖壓的方式制成金屬的中央?yún)^(qū)域31，然后再利用注塑成型的方式，形成周緣區(qū)域33。中央?yún)^(qū)域包括第一側(cè)表面32，及與該第一側(cè)表面32相反側(cè)的第二側(cè)表面34，中央?yún)^(qū)域31的金屬薄板形成為連續(xù)凹凸波浪狀，此凹凸互相平行，由圖7的部分剖視圖可以清楚地發(fā)現(xiàn)，此波浪狀的連續(xù)凹凸，恰好分別在金屬薄板的第一側(cè)表面32及第二側(cè)表面34以互補的方式形成多條延伸的溝槽36及38，以供兩種需確實隔離的陰陽極氣體分別于其中流動。
在該較佳實施例中，雙極板30的塑料制周緣區(qū)域33近邊緣處另設(shè)有多個條狀開孔40、42、44及46，其中，二個第一開孔40及42分別與第一側(cè)表面32上平行延伸的溝槽36的兩端相通，以利氣體的輸入及輸出。類似地，該雙極板30的第二側(cè)表面34另包括二個第二開孔44、46以及通道48，如圖6中所示，分別與第二側(cè)表面34上互相平行延伸的溝槽38的兩端相通。
如圖8所示，是將本發(fā)明應(yīng)用于燃料電池的示意圖，由于本發(fā)明的燃料電池的雙極板30，其中央?yún)^(qū)域31由金屬材料加以制成，因此，其上的凹凸可以沖壓的方式直接成形，大幅免除了繁復(fù)的機械加工程序，且降低生產(chǎn)成本。此外，使用的金屬材料由于機械強度充足，故可以采用極薄的厚度(可至譬如0.01公分左右的厚度)，既可減少材料的使用量，又可縮減燃料電池整體的尺寸與重量。
本發(fā)明為一突破現(xiàn)有技術(shù)的新穎設(shè)計，然其亦可以其它的特定形式來實現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神和重要特性。因此上述所列的技術(shù)實施方式在各方面都應(yīng)被視為例示性而非限制性實施例，而所有的改變只要合乎本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的范圍或為其技術(shù)實施方式等效者，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池的雙極板，其特征在于該雙極板包含一中央?yún)^(qū)域及一周緣區(qū)域，其中該中央?yún)^(qū)域具有一第一側(cè)表面，及與該第一側(cè)表面相反側(cè)的第二側(cè)表面，該中央?yún)^(qū)域形成為一連續(xù)凹凸波浪狀，以在該第一及第二側(cè)表面上分別界定出多條實質(zhì)上互補且互相平行延伸的溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板，其特征在于該中央?yún)^(qū)域是由一金屬薄板制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙極板，其特征在于該中央?yún)^(qū)域的連續(xù)凹凸波浪狀是以一金屬沖壓方式成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板，其特征在于該周緣區(qū)域是由塑料材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙極板，其特征在于該周緣區(qū)域上另設(shè)有二第一開孔，而該第一側(cè)表面上互相平行延伸的溝槽，具有二第一開口端，分別與該二第一開孔相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的的雙極板，其特征在于該周緣區(qū)域上另設(shè)有二第二開孔，而該第二側(cè)表面上互相平行延伸的溝槽，具有二第二開口端，分別與該二第二開孔相連通。
全文摘要
本發(fā)明主要是有關(guān)于一種燃料電池的雙極板，包含一中央?yún)^(qū)域及一周緣區(qū)域，其中該中央?yún)^(qū)域具有一第一側(cè)表面，及與該第一側(cè)表面相反側(cè)的第二側(cè)表面，該中央?yún)^(qū)域形成為一連續(xù)凹凸波浪狀，以分別界定出多實質(zhì)上互補且互相平行延伸的溝槽在該第一及第二側(cè)表面上。本發(fā)明的雙極板的厚度可以非常的薄，以縮減燃料電池的尺寸及重量，且因制造過程簡化，故成本顯著地降低。
文檔編號H01M8/02GK1405910SQ01124228
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者楊源生 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司