專利名稱：具有均布壓力裝置的燃料電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池，特別是涉及一種具有均布壓力裝置的氫氣燃料電池。
背景技術：
隨著人類文明的進步，傳統能源，譬如煤、石油及天然氣的消耗量持續攀高，造成地球嚴重的污染，導致溫室效應及酸雨等環境的惡化。此外，人類已清楚地體會認識到天然能源的存量是有限的，如果被持續地濫用，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新的替代能源，而燃料電池便是其中的一種重要且具發展潛力及實用價值的選擇，與傳統的內燃機相較，燃料電池具有能量轉換效率高、排氣干凈、噪音低、且不使用傳統燃油等多項優點。
簡而言之，燃料電池是一種將氫和氧通過電化學反應產生電能及水，也可說是一種水電解的逆反應，以將其化學能轉換成電能。以質子交換膜燃料電池為例，其包括多個電池單體，每一單體包括位于中央的一質子交換膜(proton exchange membrane，PEM)，其兩側各設一層催化劑，其外再各設置一層氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)，最外側則分別設一陽極雙極板與陰極雙極板，將此構件緊密地以一預定的接觸壓力結合在一起而成一電池單體。
如圖1，燃料電池在實際應用時，為了能獲得足夠的電力，通常將多個上述電池單體堆棧串聯起來構成一電池堆10，并通過設于電池堆10縱向相對端的二端板12、13，以及多個穿設過二端板12、13周緣的系桿14，將電池堆10鎖固于二端板12、13之間。
在燃料電池進行前述水電解的逆反應，以將其化學能轉換成電能的同時，必需將電池堆的壓力保持在一固定的范圍內，以使水電解的逆反應可在最佳的壓力條件下，將化學能轉換成電能，提高轉換效率。
如圖2所示，是一種現有的燃料電池，其亦包含有如前述的電池堆10、二端板12、13、及多個系桿14。此現有的燃料電池進一步包括多個諸如彈簧的彈性組件50，將其固鎖于下方端板13與各系桿14端部之間，使在鎖固各系桿14的同時，可調整每一系桿14的鎖緊程度，各彈性組件50彈性回復力作用于下方端板13的壓力能夠盡量接近各層電池單體所需的最佳導電接觸壓力。
明顯地，此現有的壓力保持手段主要是針對彈性組件50的所在位置調整其所施予下方端板13板的壓力，因此，僅能保證彈性組件50附近的操作壓力可以維持在所需的范圍內，但仍無法有效控制距離各彈性組件(即各系桿14)較遠位置的操作接觸壓力。
再者，在鎖固各系桿14時，為確保電池單體整體平面受壓均勻，便必需精確地測量每一系桿14的鎖緊程度，因而使燃料電池的制作過程繁復且成本過高。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有均布壓力裝置的燃料電池，該均布壓力裝置可常態地對電池堆施以一固定且平均的操作接觸壓力，強化燃料電池的導電及運行效率為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案一種具有均布壓力裝置的燃料電池，包含二端板，各該端板具有一中央區域及一周緣區域；一燃料電池堆，設于該二端板的中央區域間；一系結裝置，設于該二端板的周緣區域間，用于將該電池堆鎖固于該二端板上；及一均布壓力裝置，包含至少一壓力風箱，固設于該電池堆與其中一該端板間。
本發明的優點是由于本發明采用可常態地對燃料電池堆施以一均勻壓力的均布壓力裝置，此均布壓力裝置可進一步調整因熱脹冷縮所引起的壓力變化，并可補償將各電池單體堆棧成一電池堆時可能產生的高度誤差，以提高燃料電池的操作效率。且均布壓力裝置是運用至少一由金屬制成的壓力風箱，固定于電池堆與其中一端板之間，由于本發明的壓力風箱是由金屬制成，故可減少漏壓的可能性；且壓力風箱常態地以連續面接觸的方式對電池堆施予壓力，故其可省卻現有安裝壓力保持裝置時所需的繁復調整步驟，且可避免其所施予電池堆壓力隨壓力保持裝置中的每一彈性組件所裝設的位置而有所變化。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明圖1顯示一燃料電池的立體圖；圖2顯示一具有現有壓力維持裝置的燃料電池；圖3a顯示本發明所應用的均布壓力裝置的立體圖；圖3b顯示沿圖3a中3b-3b線剖開的剖面視圖；圖4顯示本發明一較佳實施例具有均布壓力裝置的燃料電池的剖面示意圖；及圖5顯示本發明另一較佳實施例均布壓力裝置的燃料電池的剖面示意圖。
圖中符號說明10電池堆12上方端板13下方端板14系桿50彈性組件100 均布壓力裝置/壓力風箱102 均布壓力裝置/壓力風箱122 凹陷132 凹陷具體實施方式
參考圖4所示的燃料電池，其包含一燃料電池堆10；一上方端板12及一下方端板13；多個系桿14；及一均布壓力裝置100。
如圖4所示，端板12、13各具有一中央區域及一周緣區域，且分別設于電池堆10的縱向相對端；系桿14則穿設過二端板12、13的周緣區域，通過螺栓15，將電池堆10鎖固于二端板12、13的中央區域間。
圖3a顯示本發明所運用的均布壓力裝置100的立體圖；圖3b是沿圖3a中3b-3b線剖開的剖面視圖，其較佳至少包含一由金屬制成的壓力風箱。
為了方便將均布壓力裝置100固定于下方端板13與電池堆10之間，下方端板13面向電池堆10的一側上較佳形成一凹陷132，恰可容納該均布壓力裝置100于其內。
圖5顯示本發明的另一較佳實施例，在此實施例中，其上方端板12及電池堆10之間亦固定另一壓力風箱102。如圖5所示，上方端板13面向電池堆10的一側亦形成一凹陷122，恰可容納該壓力風箱102于其內。
為了能夠使電池堆10所承受在壓力能夠常態地保持在所需的壓力范圍，可約略利用以下的公式計算壓力風箱所需灌入的壓力，其中P為壓力；A為載面積。
P電池單體×A電池單體＝P壓力風箱×A壓力風箱由于上述公式的A電池單體及A壓力風箱皆為已知，若欲將電池堆10所承受在壓力保持在諸如95至105磅每平方英寸(psi)的范圍，則可將A電池單體、A壓力風箱、及P電池單體(如100psi)代入該公式，即可輕易地計算出公式中P壓力風箱的數值。
由于本發明的均布壓力裝置100、102運用一由金屬制成的壓力風箱，故可減少泄壓的可能性。再者，壓力風箱是常態地以連續面接觸的方式對電池堆10施予平均且對稱的壓力，故可確保其與施予電池堆的壓力呈均布分布、調整因熱脹冷縮所引起的壓力變化、并可補償將各電池單體堆棧成一電池堆時可能產生的高度誤差，以提高燃料電池的操作效率。
本發明為一突破現有技術的新穎設計，然其亦可以其它的特定形式來實現，而不脫離本發明的精神和重要特性。因此上述所列的技術實施方式在各方面都應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明權利要求書所定義的范圍或為其技術實施方式等效者，均應包含在本發明的保護范疇內。
權利要求
1.一種具有均布壓力裝置的燃料電池，包含二端板，各該端板具有一中央區域及一周緣區域；一燃料電池堆，設于該二端板的中央區域間；一系結裝置，設于該二端板的周緣區域間，用于將該電池堆鎖固于該二端板上；及一均布壓力裝置，包含至少一壓力風箱，固設于該電池堆與其中一該端板間。
2.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于該均布壓力裝置包含的壓力風箱數目為二個，分別固定于該電池堆與該二端板之間。
3.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于該均布壓力裝置常態地對電池堆施以一維持在95至105psi范圍內的壓力。
4.根據權利要求2所述的燃料電池，其特征在于該端板上設有一凹陷，恰可容納并定位該壓力風箱于該端板上。
5.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于該壓力風箱是由金屬制成。
全文摘要
本發明揭示一種燃料電池，包含一燃料電池堆(fuel cell stack)；二端板(end plates)，設于電池堆的縱向相對端；多個系桿(tie rods)，穿設過二端板的周緣區域，用于將電池堆鎖固于二端板之間；及至少一均布壓力裝置，固定于電池堆與其中一端板之間，其中均布壓力裝置包含至少一壓力風箱，可常態地對電池堆施以一固定且平均的操作接觸壓力，強化燃料電池的導電及運作效率。
文檔編號H01M8/24GK1405913SQ0112422
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月16日 優先權日2001年8月16日
發明者楊源生 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司