[發明專利]質子交換膜型燃料電池單元、膜電極組及氣體擴散層結構

無效

• 申請號: 200810099953.2
• 申請日: 2008-05-29
• 公開（公告）號: CN101593840A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 彭俊維;邱錦源
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 晨

1.一種質子交換膜型燃料電池單元結構，至少包括：

一對流場板，該對流場板每一個提供一反應氣流通道，該反應氣流通道包含至少一入口與至少一出口，用以將流體燃料或生成物導入或導出該反應氣流通道；以及

一膜電極組，夾設于該對流場板間，用以形成該反應氣流通道，其中該膜電極組包含：

一陽極觸媒電極；

一陰極觸媒電極；

一質子傳導膜，設置于該陽極觸媒電極及該陰極觸媒電極之間，用以將該陽極觸媒電極產生的質子傳導至該陰極觸媒電極；以及

一對氣體擴散層，分別設置于該陽極觸媒電極與該陰極觸媒電極之外，且與該對流場板相對，用以將流體燃料傳導至該陽極觸媒電極及該陰極觸媒電極，并將該陰極觸媒電極的生成物導出至該反應氣流通道；

其中，該對氣體擴散層中的至少一個具有流體穿透能力分布，對應于該反應氣流通道由入口至出口的流動路徑方向先逐增后逐減，且于反應最快處有最佳流體穿透能力。

2.如權利要求1所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該流體燃料為氣體或液體。

3.如權利要求1所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該氣體擴散層的該流體穿透能力分布通過選自該氣體擴散層的親水性、孔隙度以及厚度所組成群族的至少一個而改變。

4.如權利要求3所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該氣體擴散層的該親水性的分布對應于該反應氣流通道由入口至出口的流動路徑方向先逐增后逐減，并且在反應最快處有最小親水性。

5.如權利要求4所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該氣體擴散層由碳材所構成，該親水性的分布變化借由調整該氣體擴散層內含的疏水劑成份含量和/或調整碳材表面的性質而得。

6.如權利要求3所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該氣體擴散層的該孔隙度的分布對應于該反應氣流通道由入口至出口的流動路徑方向先逐增后逐減，并且在反應最快處有最大孔隙度。

7.如權利要求3所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該氣體擴散層的該厚度的分布對應于該反應氣流通道由入口至出口的流動路徑方向先逐減后逐增，并且在反應最快處有最小厚度。

8.如權利要求3所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該氣體擴散層的該流體穿透能力分布是連續性地或階段式地遞增或遞減的。

9.如權利要求1所述的質子交換膜型燃料電池單元結構，其中該生成物為水。

10.一種膜電極組，應用于具有至少一對流場板的一質子交換膜型燃料電池單元結構中，該膜電極組至少包含：

一陽極觸媒電極；

一陰極觸媒電極；

一質子傳導膜，設置于該陽極觸媒電極及該陰極觸媒電極之間，用以將該陽極觸媒電極產生的質子傳導至該陰極觸媒電極；以及

一對氣體擴散層，分別設置于該陽極觸媒電極及該陰極觸媒電極之外，且與該對流場板相對以分別形成一反應氣流通道，該對氣體擴散層用以將流體燃料傳導至該陽極觸媒電極及該陰極觸媒電極，并將該陰極觸媒電極的生成物導出；

其中，該對氣體擴散層中的至少一個具有流體穿透能力分布，對應于該反應氣流通道由一入口至一出口的流動路徑方向先逐增后逐減，且于反應最快處有最佳流體穿透能力。

11.如權利要求10所述的膜電極組，其中該氣體擴散層的該流體穿透能力分布通過該氣體擴散層的親水性、孔隙度以及厚度所組成群族的至少一個而改變。

12.一種氣體擴散層結構，應用于一質子交換膜型燃料電池的膜電極組，該氣體擴散層結構至少包含：

一材料層，該材料層具有一流體穿透能力分布輪廓，該流體穿透能力分布輪廓由一起始區域至一末端區域的路徑方向先逐增后逐減，并且在反應最快處有最佳流體穿透能力。