JP3130802U

JP3130802U - 燃料電池

Info

Publication number: JP3130802U
Application number: JP2007000223U
Authority: JP
Inventors: 許錫銘; 張倉銘; 潘俊▲い▼; 高志榮; 黄緯莉
Original assignee: 勝光科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: TWM296484U; US20070172717A1

Abstract

【課題】燃料電池そのものの体積及び重量を大幅に減少できるだけでなく、流路板の集電機能を向上することができる、燃料電池の提供。
【解決手段】燃料電池（Fuel cell device）１は、少なくとも陽極電極１００、陽子交換膜（proton exchange membrane）１０２及び陰極電極１０４を含む１つ以上の膜・電極接合体（Membrane electrode assembly）１０と、前記膜・電極接合体の片側に設置され、波形を呈する１つ以上の両面流路板１２を少なくとも含む。
【選択図】図１

Description

本考案は燃料電池に関し、特に、両面流路板を備えた燃料電池に関する。

燃料電池は電極の反応を介して燃料や酸化剤中の化学エネルギーを直接電気エネルギーに転化させる発電装置である。燃料電池の種類は多く、また分類の方法もさまざまであり、陽子交換膜の性質の違いで区分するならば、アルカリ型燃料電池、燐酸型燃料電池、陽子交換膜燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等の五つの異なる陽子交換膜燃料電池に分けられる。

従来の燃料電池の構造において、流路板は係置於膜・電極接合体（MEA）の両端に位置し、使用する材質は高い導電性と強度を備え、加工しやすく、重量が軽いだけでなく、コストが低い等の特性が要求され、現在流路板に用いられる材料には黒鉛、アルミニウム及びステンレスなどがあり、通常は黒鉛を採用して製造される。流路板上には流路が加工され、燃料と気体の通路として用いられ、反応物が流路を通って拡散層へ到達し、作用層に進入して反応を起こす。このほか、流路板は電流を伝導する機能も備え、反応で発生した電流を利用可能にするため、電流収集板（current collection plate）とも呼ばれる。

しかしながら、従来の流路板（例：黒鉛板）は通常片面流路設計が採用されており、且つそのものの体積が大きく、重量に軽さが足りないだけでなく、導電能力も強化が望まれている。従来の燃料電池スタック（stack）は、このような大きく重い片面の流路板を採用し、積み重ねて成るため、燃料電池スタック全体の体積と重量が大きくなってしまい、携帯型の消費型電子製品への統合に不利となり、また全体の集電能力も劣る。

本考案の主な目的は、燃料電池そのものの体積及び重量を大幅に減少できるだけでなく、流路板の集電機能を向上することができる、燃料電池を提供することにある。

本考案の上述の目的を達するため、本考案の燃料電池は少なくとも陽極電極、陽子交換膜及び陰極電極を含む１つ以上の膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体の片側に設置され、波形を呈する１つ以上の両面流路板を含む。

本考案の燃料電池は波形構造を備えた両面流路板を使用し、燃料電池（特に燃料電池スタック）全体の体積及び重量を大幅に減少でき、携帯型の消費型電子製品への統合に有利である。

本考案の燃料電池は両面流路板の板体そのものの剛性を利用するため、集電片を極めて薄い構造に製造でき、燃料電池そのものの体積及び重量を大幅に減少できる。

本考案の燃料電池で使用する両面流路板は耐薬品性を有する不導体エンジニアリング・プラスチック材質の板体を使用し、さらに導電材料の集電片を設置することで、燃料電池の重量を軽くでき携帯時の利便性を向上できるだけでなく、同時に両面流路板に優れた集電機能を持たせることができる。

本考案の燃料電池で使用する両面流路板は燃料（例：メタノール）や電気化学反応生成物の集電片表面に対する破壊を効果的に防止でき、燃料電池の廃棄・交換率を抑えることができる。

関連技術者に本考案の目的、特徴及び効果を理解してもらうため、以下具体的な実施例と図面に基づき、本考案について詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１に本考案の燃料電池の実施例における基本部分の立体斜視図を示す。図１に示すように、本考案の燃料電池１は単一の燃料電池であり、少なくとも膜・電極接合体１０と両面流路板１２を含む。そのうち、膜・電極接合体１０は少なくとも陽極電極１００、陽子交換膜１０２及び陰極電極１０４を含む。両面流路板１２は膜・電極接合体１０の片側に設置され、且つ、この両面流路板１２は波形構造を呈する。図１に示すように、本考案の燃料電池は供給メカニズムにより燃料を溝部１２０に通過させて膜・電極接合体１０と電気化学反応を行なわせ、電力を発生することができる。

〔実施例２〕
図２Ａに本考案の燃料電池の別の実施例における基本部分の立体斜視図を示す。図２Ｂに本考案の図２Ａの実施例の立体分解図を示す。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本考案のこの実施例の燃料電池２は燃料電池スタック（stack）であり、少なくとも複数の前記膜・電極接合体２０と、両面流路板２２を含む。そのうち、膜・電極接合体２０はそれぞれ少なくとも陽極電極２００、陽子交換膜２０２及び陰極電極２０４を含む。両面流路板２２は前記複数の膜・電極接合体２０の片側に設置され、特に前記複数の膜・電極接合体２０の複数の陽極電極２００の間に設置することができ、且つ、両面流路板２２は波形構造を呈する。当然、本考案の燃料電池２における両面流路板２２は前記複数の膜・電極接合体２０の複数の陽極電極２００間の設置に限られず、その他さまざまな実施例に応用することができる。例えば、両面流路板２２を前記複数の膜・電極接合体２０の複数の陰極電極２０４の間に設置したり、両面流路板２２を前記複数の膜・電極接合体２０の前記陽極電極２００と前記陰極電極２０４の間に設置することもできる。このほか、図２Ａに示すように、本考案の燃料電池は供給メカニズムを介して燃料を溝部２２０に通過させて前記複数の膜・電極接合体２０と電気化学反応を行なわせ、電力を発生することができる。

〔実施例３〕
図３Ａに本考案の燃料電池のさらに別の実施例における基本部分の立体斜視図を示す。図３Ｂに本考案の図３Ａの実施例の立体分解図を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本考案の燃料電池３は燃料電池スタック（stack）であり、少なくとも複数の前記膜・電極接合体３０と、複数の前記両面流路板３２を含む。そのうち、前記複数の膜・電極接合体３０は前記複数の両面流路板３２の間に設置され、それぞれが少なくとも陽極電極３００、陽子交換膜３０２及び陰極電極３０４を含む。且つ、前記複数の両面流路板３２は波形構造を呈する。図３Ａに示すように、本考案の燃料電池は供給メカニズムを介して燃料または空気を溝部３２０に通過させるか、或いは溝部３２２で前記複数の膜・電極接合体３０と電気化学反応を行なわせ、電力を発生することができる。

図４Ａに本考案の燃料電池に使用する両面流路板１２、２２、３２の細部構造の断面図を示す。図４Ａに示すように、本考案に使用する両面流路板１２、２２、３２は板体４０を含み、この板体４０は少なくとも１つ以上の流路構造を備え、そのうち、前記流路構造の設置位置は、前記複数の膜・電極接合体１０、２０、３０の設置位置に対応させる。図４Ａに示すように、前記流路構造は波形構造を呈する。さらに導電材料から成る複数の集電片４２が前記板体４０の前記流路構造をそれぞれ覆って設けられる。前記複数の集電片４２は板体４０に固定され、図４Ａに示すように、前記複数の集電片４２は同様に波形構造を用いる。材質の選択的使用に関しては、板体４０の基材には耐薬品性不導体エンジニアリング・プラスチック基板、プラスチックカーボン基板、FR4基板、FR5基板、エポキシ樹脂基板、ガラス繊維基板、セラミック基板、高分子可塑化基板及びコンポジット材料基板等のいずれかを選択して使用することができる。集電片４２の材質は導電性に優れた材料で、その表面に特に耐腐蝕及び/或いは抗酸化処理を施したもの、またはそのものが前記の特性を備えた耐薬品性金属材料（例：ステンレス、チタン、金、黒鉛、炭化金属化合物等）であるものを選択することができる。また、集電片４２はさらに金属層４２ａを含むことができ、スパッタリングやスプレーめっき等の工程で集電片４２の表面上に形成することができる。この金属層４２ａの材質は、金、銅、銀、カーボン、高導電性金属等のいずれかから選択できる。

図４Ｂに図４Ａの両面流路板の変化例の断面図を示す。図４Ｂに示すように、板体４０はさらに１つ以上の回路部材４４を設置することができ、この回路部材４４は配線（circuitry）としてもよく、特にプリント配線（printed circuitry）とすることができ、この回路部材４４は集電片４２と電気的に接続される。

図５に図２Ａの燃料電池の変化例における基本部分の立体分解図を示す。図５に示すように、本考案の燃料電池２はさらに基板２４を含むことができ、この基板２４は少なくとも１つ以上の中空部を備え、前記中空部の設置位置は前記複数の膜・電極接合体２０の設置位置に対応させ、且つ、前記複数の膜・電極接合体２０及び両面流路板２２がこの基板２４上に密接に押し当てられる。さらに、基板２４は１つ以上の回路部材２６を設置することができ、この回路部材２６は配線（circuitry）としてもよく、特にプリント配線（printed circuitry）とすることができ、この回路部材２６はリード線２８に接触させて両面流路板２２の前記複数の集電片４２と電気的に接続され、前記複数の集電片４２が前記配線を介して電気的に接続され、直列及び/または並列回路を成し、これにより燃料電池スタックの各電力発生ユニットが接続される。本考案の燃料電池２の燃料供給メカニズムに関しては、基板２４上に設けた燃料経路２４０で具体的に実施することができる。まず、燃料を注入口２４０ａに注入すると、燃料が燃料経路２４０に沿って進み、最後に溝部２２０中へと流れ、これにより燃料が前記膜・電極接合体２０と電気化学反応を起こし、電力を発生させることができる。

本考案の燃料電池は液体燃料（例：メタノール）を採用した燃料電池、または気体燃料を採用した燃料電池、或いは固体燃料を採用した燃料電池等とすることができる。

本考案について、以上具体的な実施例を掲げてきたが、開示された具体的な実施例は本考案を限定するものではなく、関連技術を熟知した人物であれば本考案の要旨と範囲を逸脱することなく各種の変更や修飾が可能であり、これら変更や修飾はすべて本考案の範疇に属するものとみなし、本考案の保護範囲は添付の実用新案登録請求の範囲において定義されるものとする。

本考案の燃料電池の実施例１における基本部分の立体斜視図である。本考案の燃料電池の実施例２における基本部分の立体斜視図である。図２Ａの立体分解図である。本考案の燃料電池の実施例３における基本部分の立体斜視図である。図３Ａの立体分解図である。本考案の燃料電池に使用する両面流路板の細部構造の断面図である。図４Ａの両面流路板の変化例の断面図である。図２Ａの燃料電池の変化例における基本部分の立体分解図である。

符号の説明

１、２、３燃料電池
１０、２０、３０膜・電極接合体
１００、２００、３００陽極電極
１０２、２０２、３０２陽子交換膜
１０４、２０４、３０４陰極電極
１２０、２２０、３２０、３２２溝部
１２、２２、３２両面流路板
２４基板
２４０燃料経路
２４０ａ注入口
２６回路部材
２８リード線
４０板体
４２集電片
４２ａ金属層
４４回路部材

Claims

少なくとも１つ以上の膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体の片側に設置された１つ以上の両面流路板を含み、そのうち、前記膜・電極接合体が少なくとも陽極電極、陽子交換膜及び陰極電極を含み、前記両面流路板が波形構造であることを特徴とする燃料電池。
前記燃料電池が燃料電池スタック（stack）であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
前記両面流路板が前記複数の膜・電極接合体の前記複数の陽極電極及び/または前記複数の陰極電極の間に設置される、請求項２に記載の燃料電池。
少なくとも複数の両面流路板と、前記複数の両面流路板の間に設置された１つ以上の膜・電極接合体を含み、そのうち、前記両面流路板が波形構造であり、前記膜・電極接合体が少なくとも陽極電極、陽子交換膜及び陰極電極を含むことを特徴とする燃料電池。
前記燃料電池が燃料電池スタック（stack）であることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池。
前記両面流路板が板体と、１つ以上の集電片を含み、そのうち、前記板体が少なくとも１つ以上の流路構造を備え、前記複数の流路構造の設置位置が前記複数の膜・電極接合体の設置位置に対応し、前記複数の集電片が導電材料から成り、且つ、前記複数の集電片がそれぞれ前記板体の前記複数の流路構造を覆い、前記板体に固定されたことを特徴とする、請求項１または４に記載の燃料電池。
前記流路構造が波形構造であることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記集電片が波形構造であることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記板体の基材が耐薬品性不導体エンジニアリング・プラスチック基板、プラスチックカーボン基板、FR4基板、FR5基板、エポキシ樹脂基板、ガラス繊維基板、セラミック基板、高分子可塑化基板及びコンポジット材料基板等のいずれかから選択されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記集電片の材質が、ステンレス、チタン、金、黒鉛、炭化金属化合物、耐薬品性金属等のいずれかから選択されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記集電片が導電材料から成り、且つ、その表面に耐腐蝕及び/または抗酸化処理が施されたことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記集電片がさらに、前記集電片の表面上に形成された金属層を含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記金属層の材質が、金、銅、銀、カーボン、高導電性金属等のいずれかから選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池。
前記両面流路板がさらに、前記板体に設置された少なくとも１つ以上の回路部材を含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
前記回路部材が配線（circuitry）であることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池。
前記配線がプリント配線（printed circuitry）であり、且つ、前記複数の集電片に電気的に接続されたことを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池。
さらに基板を含み、前記基板が少なくとも１つ以上の中空部を備え、前記複数の中空部の設置位置が前記複数の膜・電極接合体の設置位置に対応することを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。
さらに、前記基板に設置された少なくとも１つ以上の回路部材を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池。
前記回路部材が配線（circuitry）であることを特徴とする、請求項１８に記載の燃料電池。
前記配線がプリント配線（printed circuitry）であり、且つ、前記両面流路板の前記複数の集電片に電気的に接続されたことを特徴とする、請求項１９に記載の燃料電池。
前記複数の集電片が前記配線を介して電気的に接続され直列及び/または並列回路を成すことを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池。
前記複数の膜・電極接合体及び前記両面流路板が前記基板上に密接に押し当てられたことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池。