[发明专利]燃料电池

说明书

【技术领域】

本发明是有关于一种燃料电池，且特别是有关于一种利用导水层排除化学反应后累积在阴极层的水的燃料电池。

【背景技术】

随着科技的进步，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，目前各国都在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，燃料电池基本上可说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。目前常见的燃料电池有磷酸型燃料电池(PAFC)、固态氧化物型燃料电池(SOFC)或是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

以质子交换膜燃料电池来说，其主要是由一膜电极组件(MEA)、一阳极集电板以及一阴极集电板所构成。其中，膜电极组件主要是由一阳极层、一阴极层以及一配置于阳极层与阴极层之间的质子交换膜所构成，而阳极集电板接触阳极层设置，且阴极集电板接触阴极层设置。阳极层的燃料(如甲醇或氢气)会与位于阳极层的触媒产生化学反应而产生氢离子与电子。其中，氢离子会穿过质子交换膜而通往阴极层，而电子则会经由电路通往阴极层。接着，氢离子与电子会与位于阴极层的触媒与氧气产生化学反应而产生水。此时，燃料电池会因电子的流动而形成电流。

值得注意的是，在燃料电池中，膜电极组件在化学反应后会在阴极层产生水，且当阳极层的反应原料为甲醇与水时，阳极层的水也会因为电渗效应(electro-osmotic drag)而穿过质子交换膜通往阴极层。然而，这些水若累积在阴极层，将会阻碍阴极层的触媒与氧气接触，进而降低燃料电池的发电效率。

在目前常见的燃料电池中，通常是利用风扇或是空气抽吸排除化学反应后累积在阴极层的水。其中，燃料电池的风扇不仅能为阴极层提供化学反应所需要的氧气，也能通过加速空气对流而蒸发这些累积在阴极层的水。再者，当燃料为甲醇时，上述的水蒸气还能被回收至阳极层重复使用。

然而，为了蒸发这些水，风扇的转速必须被提高，反而会消耗更多燃料电池所产生的电能。再者，提高风扇转速可加速空气对流与水的蒸发。但由于燃料电池的反应温度通常高于常温，而空气对流与水的蒸发皆会降低燃料电池的温度，反而会使燃料电池的发电效率降低。此外，利用空气对流使水蒸发的方式也会因空气对流时所产生的空气流场不均匀而使部分累积于阴极层的水无法被排除。而且，部分的水蒸气不会重新凝结成水，亦会使阳极层的水量不足以再利用。

【发明内容】

本发明的目的就是在提供一种燃料电池，以使膜电极组件在化学反应后在阴极层所产生的水可通过毛细作用而被移除，而不需额外消耗燃料电池所产生的能量。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为实现上述的一或部份或全部目的或是其它目的，本发明提出一种燃料电池，包括一膜电极组件、一阳极集电板、一阴极集电板以及一导水层。膜电极组件包括一阴极层、一阳极层及一设于阳极层与阴极层之间的电解质层。阳极集电板接触阳极层设置，而阴极集电板接触阴极层设置，使膜电极组件置于阳极集电板与阴极集电板之间，并具有多个第一开孔。导水层附着于阴极集电板上，并包括一具有毛细结构的材料及多个第二开孔，且这些第二开孔对应于阴极集电板的这些第一开孔。

为实现上述的一或部份或全部目的或是其它目的，本发明更提出一种燃料电池，包括一膜电极组件、一阳极集电板、一阴极集电板、一阴极流道板以及一导水层。膜电极组件包括一阴极层、一阳极层及一设于阴极层与阳极层之间的电解质层。阳极集电板接触阳极层设置，而阴极集电板接触阴极层设置，并具有多个第一开孔。阴极流道板接触阴极集电板，且位于阴极集电板背向膜电极组件的一侧。导水层附着于阴极流道板上，并包括一具有毛细结构的材料。

为实现上述的一或部份或全部目的或是其它目的，本发明再提出一种燃料电池，包括一膜电极组件、一阳极集电板以及一阴极集电板。膜电极组件包括一阴极层、一阳极层及一设于阴极层与阳极层之间的电解质层。阳极集电板接触阳极层设置，而阴极集电板接触阴极层设置，并具有多个第一开孔及一导水微流道。

由于本发明的燃料电池包括一具毛细结构的材料，因此，膜电极组件在化学反应后在阴极层所产生的水可通过毛细作用而被移除，而不需要额外消耗燃料电池所产生的能量。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明第一实施例的一种燃料电池的侧视示意图。