TW200525800A - Registration arrangement for fuel cell assemblies - Google Patents
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Description
200525800 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於燃料電池，更特定古 、、 又付疋σ之係關於用以對 準燃料電池堆疊内的燃料電池部件及組件之套人配置 【先前技術】 一種典型的燃料電池系統包括電源區段， “ /、Τ 一或多個 燃料電池會產生電源。燃料電池為能量轉換 η ^ 、衣罝，其將氫 及乳轉換成水’從而在處理中產生電及熱。各燃料電'、也單 凡包括中心處的質子交換構件，而氣體擴散層在質子六換 構件之任一侧上。將陽極層及陰極層分別定位在氣^散 層的外面。 單-燃料電池中的反應通常會產生小於—伏特的電壓。 複數個燃料電池可加以堆疊及電性串聯連接以達到所需電 遷。電流係從燃料電池堆疊收集並用以驅動_負载。^料 電池可用以供應電源給各種應用，其範 —' 電腦。 、-圍至膝上型 燃料電池的電源系統之功效在較大程度上部&取決於. 個別燃料電池内及堆疊之鄰近燃料電池之間的各接觸及密 封介面之完整性。此類接觸及密封介面包括與堆疊之燃= ^池内及其之間的燃料、冷卻劑及流出物之輸送相關聯的 介面。燃料電池堆疊内的燃料電池部件及組件之適當的位 置對準，對於確保燃料電池系統之有效率㈣作而;^ 重要。 乂 【發明内容】 9710l.doc 200525800 本發明係關於一種用在燃料電池堆疊組件之套合配置。 依據一項具體實施例，燃料電池堆疊組件包括許多燃料電 池組件，各組件包括第一流場板、第二流場板及膜電極組 件（ME A)，其係提供在第—流場板與第二流場板之間並具 有作用區域。套合孔徑係定義在MEA、第一流場板及第二 流場板之各項中。當第一流場板及第二流場板與mea係在 堆疊組件内軸向對準時，個別套合孔徑係位於mea之非作 用區域内。套合柱係配置以在套合孔徑内接收。套合柱之 各個具有一外部表面，其在形狀上不同於套合孔徑之内部 _ 表面之形狀。套合孔徑之内部表面接觸複數個離散壓合位 置處的套合柱之外部表面。 依據另一具體實施例，燃料電池堆疊組件包括許多燃料 電池組件’各組件包括第—流場板及第二流場板以及则A， 其係提供在帛一流場板與第二流場板之間並具有作用區 域。套合孔徑較義在MEA、第—流場板及第二流場板之 各項中。當第一流場板及第二流場板與MEA係在堆疊組件 内軸向對準日寸，個別套合孔徑係位於mea之非作用區域内。鲁 套合柱係配置以在套合孔徑内接收。套合柱之各個具有長 :、，其,於個別燃料電池組件之高度，但是小於定義_ 電池堆疊組件的複數個燃料電池組件之總高度。 。依據另-具體實施例’燃料電池堆疊組件包括許多燃料 “ 〃、件各組件包括第一流場板及第二流場板與MEA， 其心提供在S-流場板與第二流場板之間並具有作用區 域。套合孔徑係定義在MEA、第一流場板及第二流場板之 9710l.d〇( 200525800 各項中。當第一流場板及第二流場板與MEA係在堆疊組件 内軸向對準時，個別套合孔徑係位於MEA之非作用區域内。 套合柱係配置以在套合孔徑内接收。第一流場板之套合孔 徑之至少某些係配置成接收二個套合柱，而第二流場板之 套合孔徑之至少某些係配置成接收一個套合柱。
依據另一具體實施例，用以併入燃料電池堆疊組件的燃 料電池子組件包括一流場板及定位成鄰近於該流場板並具 有作用區域的MEA。套合孔徑係定義在流場板及MEA之各 項中。當流場板及MEA係軸向對準時，個別套合孔徑係位 於MEA之非作用區域内。套合柱係配置以在套合孔徑内接 收。套合柱之各個具有_外部表面，其在形狀上不同於套 口孔徑之内部表面之形狀。套合孔徑之内部表面接觸複數 個離散壓合位置處的套合柱之外部表面。
依據另-具體實施例，燃料電池堆疊組件包括許多燃制 電池組件，各組件包括第一流場板、第二流場板與MEA， 其係提供在第-流場板與第二流場板之心㈣❹^ 域。套合孔徑係定義在各驗中。將套合凹陷模禱於第一 流場板及第二流場板之各個之第一表面中。將套合柱模鑄 於第-流場板及第二流場板之各個之第二表面中。當第— 流場板及第：流場板與職係在堆4組件内軸向對準時， 個別套合孔徑、套合凹陷及套合柱係位於_之非作用區 域内。弟-流場板之套合柱分別穿過驗之套合孔徑，並 延伸至第-燃料電池組件之第二流場板之套合凹陷 第-燃料電池組件之第二流場板之套合柱延伸至定位成鄰 97101.doc 200525800 近於矛一燃料電池組件的第二燃料電池組件之第一流場板 之套合凹陷中。 依據本發明之另一具體實施例’形成燃料電池堆疊組件 之方法涉及到提供第—流場板、第二流場板與具有作用區 朗MEA。套合孔㈣定義在腿、第—流場板及第二流 %板之各項中。該方法進一步涉及到將第—流場板及第二 流場板與MEA對準’以便個別套合孔徑係轴向對準。提供 套合，，各套合柱具有—外部表面，其在形狀上不同於套 σ孔住之内表面之形狀。將套合柱插人套合孔徑，以便 套合孔徑之内部表面接觸複數個離散壓合位置處的套合柱 之外部表面。 在另-具體實施例中，形成燃料電池堆疊組件之方法涉 及到提供複數個燃料電池組件，各組件包括第一流場板、 弟-流場板與具有作用區域的贿。套合孔 ΜΕΑ、第一流場板及第二 我你 —U板之各項巾。將第-流場板 “板與ΜΕΑ對準，以便個別套合孔徑係軸向對準。 提（、套°柱’各套合柱具有超過個別燃料電池組件之高度 的：二該方法進一步涉及到將套合柱插入套合孔徑中， ^ =柱之各個穿過定義燃料電池堆疊組件的燃料電池 、、且件之某些而非全部。 第-流場板及第二流場板之各項中。將第::二板及第 依據另一具體實施例，形成燃料電池堆疊組件之方法涉 及=共咖料電池組件’各組件包括第一流場板、第 Π =具有作用區域的職。套合孔徑係定義在應、 97101.doc -9- 200525800 流場板與MEA對準，以便個別套合孔徑係輛向對準。提供 套合柱。該方法進一步涉及到將套合柱插入套合孔徑中， 以便第一流場板之套合孔徑之至少某些接收二個套合柱， 而第二流場板之套合孔徑之至少某些接收一個套合柱。 依據另一具體實施例，形成燃料電池堆疊組件之方法涉 及到提供許多燃料電池組件，各組件包括第一流場板、第 二流場板與具有作用區域的MEA。套合孔徑係定義在各 MEA中，而許多套合凹陷係模鑄於第一流場板及第二流場 板之各個ϋ®中。許多套合柱係模鱗於第一流場板 及第二流場板之各個之第二表面中。將第一流場板及第二 流場板與ΜΕΑ對準，以便套合孔徑、套合柱及套合凹陷係 軸向對準。該方法進一步涉及到配置燃料電池堆疊組件之 第一燃料電池組件及第二燃料電池組件，以便第一流場板 之套合柱分別穿過ΜΕΑ之套合孔徑，並延伸至第一燃料電 池組件之第二流場板之套合凹陷中，而第一燃料電池組件 之第二流場板之套合柱延伸至定位成鄰近於第一燃料電池 組件的第二燃料電池組件之第一流場板之套合凹陷中。 依據另一具體實施例，套合孔徑可定義在各位置處的 ΜΕΑ中而非在ΜΕΑ之非作用區域内。一般而言，套合孔徑 及套合柱可位於ΜΕΑ上的任一處，但是較佳位於ΜΕΑ之非 作用區域内。雖然一般並不需要，但是一或多個套合孔徑、 套合凹陷及/或套合柱可位於ΜΕΑ之作用區域内，或另外可 包括在ΜΕΑ之作用區域内的區域内。 不希望本發明之以上概述說明本發明之各具體實施例或 9710l.doc -10- 200525800 每個實施方案。藉由結合附圖而夂 >考以下詳細說明及申請 專利範圍’將明白並晴解本發明之優點及成就以及更全面 的理解。 【貫施方式】 者,所解說的具體實施例之以下說明中，參考形成各具體 貝鈿例之一部分並且經由解說而顯示的附圖、以及可實施 本發明的各具體實施例。應瞭解可利用各具體實施例：並 且可進行結構改變而不脫離本發明之範嘴。 本發明係關於併人提供燃料電池堆疊内的燃料電池組件 對準之套合配置的燃料電池組件。本發明之各具體實施例 係關於套合方法，其提供個別燃料電池内的部件之電池内 對準，此外還提供燃料電池堆疊之燃料電池之間的電池間 對準。也可採用端板將套合應用於電池套合。併入依據本 發明之套合方法可有利地簡化燃料電池/燃料電池堆疊部 件對準，例如藉由消除對用於電池内對準及電池間對準的 分離套合配置之需求。 依據一項具體實施例，燃料電池堆疊之各燃料電池組件 包括一對流場板及置放於兩者之間的膜電極組件（mea)。 將套合孔徑提供在堆疊之各燃料電池組件之流場板及Μ e A 中。提供在MEA中的套合孔徑係位於MEA之非作用位置 處。套合柱係配置成接觸許多離散壓合位置處的套合孔徑 之内部表面。套合柱之外部表面具有不同於套合孔徑之内 部表面的形狀，以實現套合孔徑與兩個或兩個以上離散位 置處的柱之間的壓合接觸介面。將套合柱安裝在個別燃料 97101.doc 200525800 電池組件之流場板及MEA之套合孔徑内，可提供針對該對 流場板的MEA之電池間對準。 也可透過使用本發明之套合配置而完成燃料堆疊内的電 池對電池對準。依據一種方法，提供第一燃料電池組件之 燃料電池部件之電池内對準的套合柱，還作為用於鄰近定 位的第二燃料電池之套合配置。在一項組態中，套合柱係 配置成從第一燃料電池組件突出，並接合第二燃料電池組 件之對應的套合孔徑。提供第二燃料電池組件之燃料電池 部件之電池内對準的第二電池組件之套合柱，係配置成接 合第三燃料電池組件之對應的套合孔徑。可將此套合方法 用於疋義燃料電池堆疊之任一數量的燃料電池組件。 在另一組態中，套合柱可配置成提供用於燃料電池堆疊 之二、三或更多個燃料電池組件的電池内套合及電池間套 a例如，單一組的套合柱可用以提供用於燃料電池堆疊 之所有燃料電池組件的電池内套合及電池間套合。經由進 一步的範例，二、三或更多組的套合柱可用以提供用於稱 為多電池組件（MCA)之對應組的燃料電池組件之電池内套 合及電池間套合。第一組套合柱可配置成提供用於二或三 個燃料電池組件（MCA)的電池内套合及電池間套合，而第 二組套合柱可配置成提供用於另外二或三個燃料電池組件 (MCA)的電池内套合及電池間套合。此解說性範例中的二 組燃料電池組件或MCA可組裝成形成燃料電池堆疊，以便 第一 MCA之套合柱與第二MCA之對應的套合孔徑套合。 依據另一組態，套合柱可配置成提供各燃料電池子組件 97101.doc -12- 200525800 之間的套合。在一項組態中，第一燃料電池子組件可定義 成包括第一流場板及第一MEA，而將第一組套合柱（例如二 個套合柱）定位在第一流場板及第一 ME A之對應的套合孔 徑内。第二燃料電池子組件可定義成包括第二流場板及第 二廳，而將第二組套合柱定位在第二流場板及第二跑 之對應的套合孔徑内。此解說性範例中的第二流場板可且 有雙極組態，以便第二流場板之第一表面可鄰近位於第一 燃料電池子組件之第-MEA，而第二流場板之第二表面係 鄰近位於第二燃料電池子組件之第二mea。 第組套合柱提供用於第一流場板及第一 ME a的套合， 而第二組套合柱提供用於第二流場板及第二MEA的套合。 第一 $套合柱係配置成接合第二燃料電池子組件之套合孔 位第一組套合柱可配置成接合第三燃料電池子組件之套 口^工彳卩瞭解任一數量的燃料電池子組件均可構造並 組I成定義任一所需數量的燃料電池組件之燃料電池堆 疊二應注意定義燃料電池堆疊之端部的流場板通常係配置 為早極流場板。 、古甘康另/、體只^例’套合柱及套合凹陷係直接模鑄於 流場，中。第-流場板之套合柱與提供在第一燃料電池組 件之乐ΜΕ Α中的套合孔徑對準，並穿過該等孔徑。套合 才t由第一 μ %板之套合凹陷所接收。第二流場板之套合 « t、視式可感覺定位及極性（即陽極側對陰極側）識別 特敛以將第—燃料電池組件加入燃料電池堆疊。第一燃 料電池紐件之篦-、、六1 & '' 一々IL每板之套合柱與第二燃料電池组件之 97101.doc -13- 200525800 第-流場板之套合凹陷對準，並穿過該等凹陷。 第-流場板之套合柱與提供在第二 合孔徑對準，並穿過該等孔徑。套合柱係= ;組件之第二流場板之套合凹陷所接收。流場板 可配置為單極板或雙極板， 两板 態。模鑄套合柱可且㈣"=〜池堆豐之所需組 :π 、 ，、有形狀，其與套合凹陷之形狀相同或 不同υ提供兩者之間的連續或不連續塵合接觸介面。 依據此具體實施例的模鱗套合柱及套合凹陷，提供燃料電 池堆璧之燃料電池組件及子組件之電池内套合及電池間套 合0 依據本發明之燃料電池套合方法提供陽極及陰極流場板 之輕易可辨別的識別，此便於燃料電池堆疊内的燃料電池 組件之適當組裝。從套合凹陷或套合孔徑之存在，可輕易 地辨別突出的套合柱之存在。取決於所採用的特定識別慣 例各燃料電池組件之陽極板或陰極板可由套合柱之存在 所識別。其他陽極板及陰極板可由孔徑/凹陷之存在所識 別。因此藉由使用與本發明之原理相符的套合方法，可方 便燃料電池部件之定位、對準及識別。 可將本發明之套合方法併人各種類型、組態及技術之辦 料電池組件與堆疊。圖la描述典型的燃料電池。燃料電池 為電化學裝置，其組合來自空氣的氫燃料及氧以產生電、 熱及水。燃料電池並不利用燃燒，因此燃料電池產生（若有） 很少的有害流出物。燃料電池將氳燃料及氧直接轉換成電， 亚可採用比（例如）内燃發電機高甚多的效率而操作。 97101.doc 14 200525800 、、圖la所示的燃料電池10包括鄰近於陽極“的第一流體輸 运層（FTL)12。鄰近陽極14為電解質膜16。陰極⑻系鄰近位 於電解質膜16,而第二流體輸送層19係鄰近位於陰極18。 在知作中，氫燃料被引人燃料電池1G之陽極部分、穿過第 一流體輸送層12並到達陽極14上方。在陽㈣處，氣燃料 被分離為氫離子（H+)與電子（e-)。 電解質膜16僅允許氫離子或質子穿過電解質膜16至姆料 電池！〇之陰極部分。電子無法穿過電解質膜16，而相反以 電流的形式流經外部電路。此電流可為t性負載17(例如電 動馬達）提供電源，或被引導至能量儲存裝置，例如可再充 電電池。 氧經由第二流體輸送層19而流入燃料電池10之陰極側。 當氧在陰極18上穿過時，氧、質子及電子會組合以產生水 及熱。 例如圖1 a所不的燃料電池之個別燃料電池可封裝為單元 化燃料電池組件，如以下所說明。在本文中稱為單元化電 池組件（UCA)的單元化燃料電池組件，可與許多uca組合 以形成燃料電池堆疊。UCA可與決定堆疊之總電壓的堆^ 内之許多UCA電性串聯連接，而電池之各個之主動表面= 域決定總電流。藉由將總堆疊電壓乘以總電流，可以決定 由給定燃料電池堆疊所產生的總電源。 許多不同燃料電池技術可用以構造依據本發明之原理的 UCA。例如，本發明之UCA封裝方法可用以構造質子交換 膜(PEM)燃料電池組件。PEM燃料電池在相對較低的溫度 97101.doc -15- 200525800 (約175 F/80°C )情況下操作、具有 改變其輸出以滿足功率偏移要的功率密度、可迅速 心刀手偏私要求、並且很 啟動之應用，例如汽車。 口於而要迅速 用於PEM燃料電池的質子交換膜通常為薄塑膝片，盆允 許虱離子從中穿過。該膜係 - 八#人e ^ Φ休用為活性催化劑之高度 刀政金屬或金屬合金粒子（例如鈾或蝴）而塗佈在兩側 上。所用的電解質通常為固體全氣化續酸聚合物。使用固 體電解質係有利的，因為其可減少腐钱及管理問題。 將氫饋送於燃料電池之陽極側，其中電解f可促使氯原 子釋放電子並變為氫離子（質子）。電子以電流的形式行進， 電流可在其返回至其巾已引人氧的燃料電池之陰極側之前 加以利用。同時’質子透過膜而擴散至陰極，其中氯離子 得以重新組合並與氧反應以產生水。 膜電極組件（MEA)為PEM燃料電池（例如氯燃料電池）之 中心元件。如以上所說明，典型的MEA包括聚合物電解質 膜（舰)（亦瞭解為離子導電膜（ICM))，其作為固體電解質、。 簡之-表面與陽極電極層接觸，而其反面與陰極電極 層接觸。各電極層包括電化學催化劑，其通常包括鉑金屬。 流體輸送層(FTL)便於氣體輸送至陽極電極材料及陰極電 極材料並從該等材料中輸送，以及傳導電流。 在典型的PEM燃料電池中，質子係經由氯的氧化而形成 陽極並得以輸送至陰極以與氧反應，從而允許電流流經連 接電極的外部電S。FTL也可稱為氣體擴散層（GDL)或擴散 器/電流集極（DCC)。陽極電極層及陰極電極層可在製造期 9710I.doc 16 200525800 間施加於PEM或FTL，只要其係在所完成的MEA中置放於 PEM與FTL之間。 任一適合的PEM均可用於本發明之實踐實踐。PEM通常 具有小於50 μιη的厚度，其更通常小於40 μηι、更通常小於 3 0 μηι、及最通常為大約25 μιη。ΡΕΜ通常係由聚合物電解 質組合，該電解質為酸功能氟聚合物，例如Na1fion®(DE威 明頓的杜邦化學公司）及Flemion®(日本東京Asahi Glass Co. Ltd·公司）。可用於本發明的聚合物電解質通常較佳為四氟 乙烯與一或多種氟化酸功能共聚用單體之共聚物。 通常而言，聚合物電解質具有磺酸鹽功能基。最通常而 言，聚合物電解質為Nafion®。聚合物電解質通常具有1200 或更小的酸當量，其更通常為1100，最通常為約1000。 任一適合的FTL均可用於本發明之實踐實踐。通常而言， FTL係由包括碳纖維的薄片材料所組成。FTL通常為碳纖維 結構，其係選自編織或非編織碳纖維結構。可用於本發明 之實踐的碳纖維結構可包括：Toray碳紙、Spectra碳紙、 AFN非編織碳布、Zoltek碳布及類似物。FTL可採用各種材 料加以塗佈或浸潰，包括碳粒子塗佈、親水化處理、及疏 水化處理，例如採用聚四氟乙烯（PTFE)之塗佈。 任一適合的催化劑均可用於本發明之實踐。通常而言， 使用碳支援催化劑粒子。典型的碳支援催化劑粒子為按重 量之50%至90%的碳及10%至50%的催化劑金屬，催化劑金 屬通常包括用於陰極的Pt，及用於陽極的2·· 1之重量比的Pt 與Ru。催化劑係通常以催化劑油墨的形式而施加於PEM及 97101.doc 200525800 FTL。催化劑油墨通常包括聚合物電解質材料，其可以係或 可以不係包括PER的相同聚合物電解質材料。 催化劑油墨通常包括聚合物電解質之分散中的催化劑粒 子之分散。油墨通常包含5%至30%的固體（例如聚合物及催 化劑），更通常包含10%至20%的固體。電解質分散通常為 水分散’其可另外包含醇、多元醇，例如丙三醇及乙烯乙 二酵’或其他溶劑，例如N甲基吡咯酮（NMP)及二曱基甲醯 (DMF)。可調整水、醇及多元醇含量以改變油墨之流變 特性。油墨通常包含的〇至5〇%的醇及〇至2〇%的多元醇。此 外’油墨可包含〇至2。/。的合適分散劑。製造油墨通常係藉 由採用熱進行攪拌，然後稀釋至可塗佈的濃度。 施加催化劑於PEM或FTL可藉由任一合適方式，包括手動 方法與機器方法，包括手動抹刷、凹口棒塗佈、流體軸承 晶粒塗佈、繞線桿塗佈、流體軸承塗佈、槽進刀塗佈、三 滾塗佈或印花轉移。可在一次施加或多次施加中達到塗佈。 直接甲醇燃料電池（DMFC)類似於PEM電池，因為其兩者 均使用聚合物膜作為電解質。然而在Dmfc中，陽極催化劑 本身會從液體甲醇燃料中吸取氫，從而消除對燃料重組器 的需求。DMFC通常在120卞至190T/49°C至88°C之間的温 度情況下操作。直接曱醇燃料電池可經歷依據本發明之原 理的UCA封裝。 現在苓考圖lb，其解說依據PEM燃料電池技術而實施的 UCA之一具體實施例。如圖lb所示，uca 20之膜電極組件 (MEA)25包括五個部件層。pEM^22係夾在一對流體輸送 97101.doc -18- 200525800 層24與26之間，例如擴散電流集極（DCC)或氣體擴散層 (GDL)。陽極30係位於第一 FTL 24與膜22之間，而陰極32 係位於膜22與第二FTL 26之間。 在一項組態中，PEM層22係製造成包括一表面上的陽極 催化劑塗層30，及另一表面上的陰極催化劑塗層32。此結 構係通常稱為催化劑塗佈膜或CCM。依據另一組態，第一 FTL 24及第二FTL 26係製造成分別包括陽極催化劑塗層30 及陰極催化劑塗層32。在另一組態中，陽極催化劑塗層30 可部分置放於第一 FTL 24上及部分置放於PEM 22之一表面 上，而陰極催化劑塗層32可部分置放於第二FTL 26上及部 分置放於PEM 22之另一表面上。 FTL 24、26係通常採用碳纖維紙或非編織材料或織布而 製造。根據產品結構，FTL 24、26可在一側上具有碳粒子 塗層。如以上所說明，FTL 24、26可製造成包括或排除催 化劑塗層。 在圖lb所示的特定具體實施例中，MEA25係顯示為夾在 第一邊緣密封系統34與第二邊緣密封系統36之間。鄰近的 第一邊緣密封系統34及第二邊緣密封系統36分別為流場板 40及流場板42。流場板40、42之各個包括氣流通道43之欄 位與氳及氧饋送燃料所穿過的各埠。在圖lb所描述的組態 中，流場板40、42係配置為單極流場板，其中單一MEA 25 係夾在兩者之間。此具體實施例及其他具體實施例中的流 場板可以為低橫向通量流場，如2001年9月1 7申請的共同待 審申請案第〇9/954,601號所揭示。 97l01.doc 19- 200525800 邊緣密封系統34、36提供UCA封裝内必要的密封，以將 各種流體（氣體/液體）輸送及反應區域與污染彼此隔離並與 不適當存在的UC A 20隔離，而且可進一步提供電隔離及流 場板40、42之間的強迫停止壓縮控制。本文所用的術語「強 迫停止」一般係指幾乎或實質上不可壓縮材料，其在操作 壓力及溫度條件下不會在厚度方面發生很大的變化。更特 定言之，術語「強迫停止」係指膜電極組件（MEA)中實質 上不可壓縮的構件或層，其中斷具有固定厚度或張力的 MEA之壓縮。不希望本文所指的「強迫停止」意味著離子 _ 傳導膜層、催化劑層、或氣體擴散層。 在一項組態中，邊緣密封系統34、36包括採用彈性材料 所形成的襯墊系統。如以下將說明，在其他組態中，一、 二或更多各種選擇材料層可用以提供1；(：入2〇内必要的密 封。其他組態使用原處形成的密封系統。 圖lc解說透過使用一或多個雙極流場板56而併入多個 MEA 25之UCA 50。在圖lc所示的組態中，UCA 5〇併入二 個MEA 25a及25b與單一雙極流場板56。MEA 25&包括夾在 籲 FTL 66a與64a之間的陰極62a/膜61a/陽極6〇a層狀結構。FT]l 66a係鄰近位於流場端板52，其係配置為單極流場板。 64a係鄰近位於雙極流場板56之第一流場表面5以。 同樣地，MEA 25b包括夹在FTL 66b與64b之間的陰極62b/ 膜6ib/陽極㈣層狀結構。FTL64b係鄰近位於流場端板⑷ /、係配置為單極流場板。FTL 66bs鄰近位於雙極流場板％ 之第二流場表面56b。應瞭解可將N數量的MEA 25&N]個 97101.doc -20- 200525800 雙極流場板56併入單一 UCA 50由 ., A - 于ula DU中。然而咸信一般而言，併 入一或二個MEA 56(N=1、雔搞Λ丄丄 仏L y 1、 V 又極板=0或者N=2、雙極板=1) 的UCA 50係較佳用於更有效率的熱管理。 圖lb&lc所示的UCA組態表示可實施用於本發明之背 $的—111)特疋配置σ该等二個配置係、提供僅用於解說目的’ 而不希望表示在本發明之範疇内之所有可能的組態。相反， 希望圖lb及lc解說各種部件，其可選擇性地加以併入依據 本發明之原理所封裝的單元化燃料電池組件中。
I由進一步的範例，各種密封方法可用以提供包括置放 在對單極流場板之間的單一 MEA的UCA之必要密封，並 還可用以密封包括多個MEA、一對單極流場板及一或多個 雙極流場板的UCA。例如，具有單極或雙極結構的UCA可 構造成併入原處形成的固體襯墊，例如扁平固體矽襯墊。
在特定具體實施例中，除包括密封襯墊以外，UCA還可 併入強迫停止配置。該（等）強迫停止可以内建、置放在uca 内邛、或整合於單極及/或雙極流場板中。可將其他特徵併 入UCA中，例如提供在流場板上的過多襯墊材料阱通道及 折圖案。將強迫停止併入UCA封裝中可有利地限制在 製造期間施加於MEA的壓縮力（例如擠壓力）之數量，及在 使用期間施加於MEA的壓縮力（例如外部堆疊壓力系統）之 數ΐ。例如，可計算UCA強迫停止之高度可計算以提供規 定數量的MEA壓縮，例如30%，在UCA構造期間，此類壓 =係由強迫停止限於規定數量。將強迫停止併入流場板中 還可作為對於二塊流場板的套合協助。因此，本發明之燃 97101.doc -21 - 200525800 料電池組件不限於特定UCA組態。 圖2顯示依據本發明之套合配置的一具體實施例。圖2所 不的套合配置使用套合柱及套合孔徑，其提供燃料電池堆 疊内的電池間套合及電池内套合。圖2顯示第一流場板2〇2、 第二流場板206、及定位在兩者之間的MEA 204。套合孔徑 21〇係提供在第一流場板2〇2第二流場板206與]^£八204之 周邊角落處。一般而言，套合孔徑21〇係定位在第一流場板 202及第二流場板206與MEA 204上，以便MEA 204之作用區 域不會被套合配置所撞擊。圖2顯示二個此類套合孔徑21〇。 參 應瞭解可提供二個以上的套合孔徑21 〇，並且可將套合孔徑 二…提供在沿第一流場板：们及第二流場板：㈧與…^八二❹斗 之周邊邊緣的位置處，而非周邊角落處。 圖2進一步顯示套合柱212，其係定度成穿過提供在第一 流場板202及第二流場板206與MEA 204中的套合孔徑210。 如以下將詳細說明，套合柱212係配置成接合許多離散壓合 位置處的套合孔徑21 0。提供兩個或兩個以上離散壓合位置 處的套合柱212與套合孔徑210之間的接觸介面，可提供增 馨 加的安裝便利（例如較低的柱/孔徑插入力）及減小的製造公 差需要，另外還有優於使用具有一致幾何結構（即連續圓周 /周邊接觸介面）的梢及孔之傳統壓合配置的優點。 當將套合柱212插入個別套合孔徑210中時，使第一流場 板202及第二流場板206與^1£八204處於精確對準，此用以 確保燃料電池堆豐之燃料電池組件内及其之間的適當密 封。各燃料電池組件内的燃料電池部件之適當對準，對於 97101.doc -22- 200525800 確保燃料電池系統之有效率的操作而言比較重要。 圖3解說鄰近定位於燃料電池堆疊内的燃料電池組件之 • 間的電池間對準。圖3顯示第一 UCA 201及第二UCA 203， ， 其經歷採用本發明之套合方法的對準。UCA 201、203之各 個係描述成具有置放在一對流場板202、206之間的MEA 204。透過提供於第一流場板202及第二流場板206與MEA 204之各項中的套合孔徑210而插入套合柱212,可完成第一 UC A 201内的電池内部件對準。當得到適當插入時，套合柱 21 2會從第二流場板206之表面突出。突出的套合柱21 2提供 輕易感覺的特徵，以便於板極性（例如陽極側或陰極側）之識 別及要加入燃料電池堆疊的下一個UCA或UCA部件之定 位。 在圖3所示的解說性範例中，UCA 203之第一流場板202 係定位在UC A 201上面，以便從UC A 201之第二流場板206 突出的套合柱212，與第二UCA 203之第一流場板的套合孔 徑210對準。在此組態中，當使第二UCA 203與第一UCA 201 接合時，套合柱212會突入但不會穿過第二UCA 203之套合 孔徑210。第一UCA 201之套合柱212凸入第二UC A 203之套 合孔徑210，可提供第一 UCA 201與第二UC A 203之間的電 池間套合及對準。 圖4為採用虛線所顯示的圖3之角落部分的分解示意圖。 圖4顯示具有二個套合柱212、214之處於對準鄰接方位的 1 UC A 201及203。第一套合柱212係顯示成穿過UC A 201之第 • 一流場板202及第二流場板206與MEA 204之套合孔徑210。 97101.doc -23- 200525800 第一套合柱212之一部分從UCA 201之第二流場板206突出。 將UC A 203之第一流場板202定位至UCA 201上，以便ucA 201之第一套合柱212之一部分會突入UCA 203之套合孔徑 210之一部分（圖中顯示為用於uc A 201之一部分216)。 將第二套合柱214插入UCA 203之第一流場板202中的套 合孔徑210之其餘部分。將MEA 204及第二流場板206之套 合孔徑210與弟二套合柱214對準。當得到適當安裝時，MEA 204接觸第一流場板202並且第二流場板206接觸MEA 204
以定義第二UC A 203。第二套合柱214之一部分從UC A 203 之第二流場板206突出。接收第二套合柱214之突出部分可 藉由另一UCA(圖中未顯示）之第一流場板之套合孔徑，或提 t、在電池堆受組件之端板（圖中未顯示）中的凹陷。
圖5顯示另一套合配置之示意圖，在該配置中提供於兩個 或兩個以上UCA201、203之部件中的軸向對準套合孔徑21〇 可接收單一套合柱212。在圖5所描述的組態中，單一套合 柱212係顯示成安裝於二個11(：八2〇1、2〇3之套合孔徑2丨〇内。 套合柱212之-部分從UCA2〇3突出。套合柱212之此突出部 分可由提供在另一對UCA(圖中未顯示）之部件中的套合孔 徑所接收。應瞭解可選擇套合柱212之長度，以提供任一數 量的燃料電池部件及組件之間的電池内套合及電池間套 。應進#瞭解套合柱212之長度可與給定燃料電池堆疊 組件相同，或可針對該組件而發生變化。 本發明之套合方法可用以提供燃料電池子組件内及盆4 間的對準。在此方法之背景下，燃料電池子組件表示^ 97101.doc -24- 200525800 UC A之部件的子集。例如，參考圖6之示意描述，套合配置 係顯示於由單一流場板2〇5及MEA 204所定義的燃料電池 子組件之背景下。圖6顯示第一 UC A子組件201及第二UC A 子組件203，各組件包括流場板205及MEA 204。如圖所示， 流場板205具有雙極組態，其中上流場板209及下流場板2〇5 係併入單一板結構中。 UCA子組件201之套合柱212係安裝在流場板2〇5及mEA 204之套合孔徑21〇内，以提供uc A子組件201之該等部件的 電池内對準。UCA子組件203係定位在UCA子組件201上， 以便套合柱212之突出部分係由uCA子組件201之流場板 205之一部分216所接收。接收第二套合柱214之突出部分可 藉由另一UCA子組件（圖中未顯示）之流場板2〇5之套合孔徑 21〇，或提供在電池堆疊組件之端板（圖中未顯示）中的凹陷。 如以上所說明，套合柱及對應的套合孔徑係配置成在許 多離散壓合位置處進行交互接合。藉由使用具有不同於套 合柱之幾何結構的幾何結構之套合孔徑，可實現具有離散 壓合接合位置的接觸介面。套合孔徑與套合柱之間的此非 致成何關係，可提供接觸介面之設計中增強的靈活性、 因減小的柱/孔徑插入力而起之增加的安裝便利、以及優於 傳統壓合配置的較低製造公差需要。 -般而言，藉由使用形狀不同於實施以接收套合柱的套 合孔徑之形狀的套合柱，可實現本發明之套合配置。更特 疋a之，套合柱之各個具有一外部表自，其在形狀上不同 於套合孔徑之内部表面之形狀。接觸表面輪廓中的此差異 200525800 提供具有許多離散壓合位置的接觸介面。 在-項組態中，套合孔徑之内部表面及套合柱之外部表 之至 > 個的形狀可定義（例如）凸出曲面形狀。套合孔徑 内π表面及套合柱之外部表面之至少―個的形狀，也可 定義包括兩個或兩個以上凹入或突出部分的一般曲面形 狀在另-組悲中，套合孔徑之内部表面及套合柱之外部 表面之至少一個的形狀可定義圓形或橢圓形。例如，套合 孔役之内部表面及套合柱之外部表面之一個的形狀可定義 圓形’而套合孔徑之内部表面及套合柱之外部表面之另—# 個的形狀可定義橢圓形。 /套合孔徑之内部表面及套合柱之外部表面之至少一個的 七狀可定義多邊形。例如’套合孔徑之内部表面及套合柱 之外:表面之-個的形狀可定義第一多邊形，而套合孔徑 之内口 P表面及套合柱之外部表面之另一個的形狀可定義第 2多邊形。經由進一步的範例，套合孔徑之内部表面及套 合柱之外部表面之-個的形狀可定義多邊形，而套合孔徑 之内部表面及套合柱之外部表面之另一個的形狀可定義圓 φ '^或擴圓形。套合孔徑之内部表面的形狀也可定義三角形， 套5柱之外部表面可定義圓形。其他解說性套合柱組態 包括具有錐形或楔形的組態。 。在項特疋組悲中，套合孔徑之内部表面的形狀可定義 Q形而套合柱可定義核心構件，其具有數個從核心構件 向外凸出的突出部分。套合柱可包括實心核心構件或空心 杉^構件。例如，套合柱可包括空心外部構件及實心核心 9710l.doc -26- 200525800 構件，其中空心外部構件係配置成接收實心核心構件。 在另一方法中，套合柱包括可壓縮的空心外部構件及實 心核心構件。實心核心構件具有大於空心外部構件之内徑 的外彳二§貫心核心構件係定位在空心外部構件内時，實 心核心構件使空心外部構件壓縮式變形。 圖7至14描述提供具有套合柱與套合孔徑之間的離散壓 合接合位置之接觸介面的各種套合配置，例如以上所說明 的套曰配置。應暸解僅為了非限制性解說目的而提供該等 組悲，並且預期無數的其他形狀、尺寸、及接合組態，其 提供套合柱與套合孔徑之間的離散壓合接觸位置。 圖7及8解說由具有三角形形狀的套合孔徑21〇及具有圓 形形狀的套合柱21 2所定義的套合配置。此套合配置提供套 合孔徑210與套合柱212之間的三個離散壓合位置。在圖7 中，套合柱212係空心的，其提供套合孔徑21〇内的套合柱 212之較大壓縮。使用空心套合柱212還可提供減小的製造 公差需要。在一項特定組態中，可將實心或另外的剛性構 件插入圖7之空心套合柱212中，以增強UCA内及其之間的 位置對準。 圖9至14顯示具有各種組態的各種套合配置。圖9解說由 具有圓形斷面的套合孔徑21〇及具有三角形斷面的套合柱 2 12所疋義的套合配置。圖丨〇及丨丨描述具有圓形斷面的套合 孔徑210及具有星形斷面的套合柱212。圖1〇中的套合柱η) 係實心的，而圖U中的套合柱212係空心的。圖12描述具有 圓形斷面的套合孔徑210及具有橢圓形斷面的套合柱212。 97101.doc -27- 200525800 圖13顯示具有橢圓形斷面的套合孔徑2丨〇及具有圓形斷面 的套合柱212。圖14解說具有正方形斷面的套合孔徑21〇及 具有十字形斷面的套合柱212。 現在參考圖15至17，其顯示定義在二個uc A 201、203之 間的套合配置之一具體實施例。在此具體實施例中，第一 UC A 201及第二UC A 203分別併入三角形套合孔徑21〇。各 套合孔徑210係顯示成包括孔徑210之入口及出口部分中的 引入線230。引入線230係顯示為孔徑21〇之入口及出口部分 中的傾斜區域，接觸區域232即定義在該等部分之間。在此 _ 組悲中，引入線230為斜切引入線。接觸區域232係定度成 接合套合柱212。在此組態中，套合柱2丨2包括核心部分及 肋條部分220。肋條220較佳係柔順的，以便其在將套合柱 2 1 2插入套合孔徑21 〇時可以壓縮。較佳將肋條220隔開，以 便當將套合柱212安裝在套合孔徑21 〇内時，兩個或兩個以 上肋條220與接觸區域232接觸。 圖1 8及19解說本發明之套合配置之另一具體實施例。在 此配置中，提供於第一流場板202及第二流場板2〇6與MEA · 204中的套合孔徑2 1 0 ’係定度成接收包括空心套合插入物 240及套合柱212的多部分套合柱配置。套合插入物240具有 斷面形狀，其不同於套合孔徑21〇之斷面形狀。 依據一種組裝方法，轴向對準第一流場板202及第二流場 板206與MEA 204之套合孔徑210，並且將套合插入物24〇插 入個別套合孔徑210中。將套合柱212插入套合插入物240 中，此會壓縮套合插入物240以對抗套合孔徑210之内壁。 97101.doc -28- 200525800 圖9 "、、員示對應的套合孔徑2丨〇中的四個套合插入物“ο及套 合柱212之安裝。如圖所示，從第二流場板2〇6突出的套合 柱212之各個，可由鄰近定位的UCA之套合插入物240所接 收。雖然僅套合柱212係顯示成從第二流場板206突出，但 疋排除套合柱212或除其以外，可能需要配置套合插入物 240以從第二流場板206突出。 圖20至22解說依據本發明之套合方法之另一具體實施 例。圖22為圖20及21之套合配置的更詳細示意圖。依據此 具體實施例，套合配置係模鑄於流場板中。依據此具體實 施例的模鑄套合柱及套合凹陷，提供燃料電池堆疊之燃料 電池組件及子組件之電池内套合及電池間套合。使用模鑄 套合配置可消除在燃料電池部件組裝期間將套合柱插入對 應的套合孔徑之二次組裝程序。 如圖20至22所示，套合柱312及套合孔徑316係模鑄於流 場板302、306中。第一流場板30以之套合柱3 12與提供在 UCA 301之MEA 304a中的套合孔徑31〇(顯示於圖21及22中） 對準，並牙過該等孔徑。第一流場板3〇2a之套合柱3 12係由 UCA 301之第二流場板3〇6a之套合凹陷316所接收。第二流 場板306a之套合柱312&UCA 3〇1突出並提供視訊可感覺定 位與極性識別特徵，以將另一UCA(例如UCA3〇3)加入包括 UC A 3 01的燃料電池堆疊中。 將UCA 303之第一流場板3〇2b移入與UCA 301之第二流 場板306a接觸，以便UCA 303之第二流場板3〇以之套合凹陷 316接收從UCA 301突出的套合柱312。第一流場板3〇2b之套 97101.doc -29- 200525800 合柱312與提供在UCA 303之MEA 3〇4b中的套合孔徑 3 1〇(顯示於圖21及22中）對準，並穿過該等孔徑。第一流場 板302b之套合柱312係由UCA 303之第二流場板3〇讣之:: 凹陷316所接收。第二流場板3〇6b之套合柱312&UCA 3〇3 突出並提供視訊可感覺定位與極性識別特徵，以將另一 UCA(圖中未顯示）加入包括UCA 301及3〇3的燃料電池堆疊 中。 & 圖23至26解說各種用於發電的燃料電池系統，其併入具 有本文所說明的套合配置之燃料電池組件。圖23所示的燃 料電池系統1000描述許多可能的系統之一，其中可利用藉 由本文的具體實施例所解說的燃料電池組件。 燃料電池系統1000包括燃料處理器1004、電源區段1006、 及電源調節器丨008。包括燃料重組器的燃料處理器丨〇〇4接 收源燃料（例如天然氣），並處理源燃料以產生富氫燃料。將 虽氫燃料供應給電源區段1006。在電源區段丨〇〇6内，將富 氳燃料引入包含在電源區段1〇〇6中的該(等)燃料電池堆： 之UCA堆豐中。還提供空氣之供應給電源區段，其提 供氧氣源給該（等）燃料電池堆疊。 電源區段1006之該（等）燃料電池堆疊產生直流電、可用 熱、及清潔水。在再生系統中，副產品熱之某些或全部可 用以產生蒸汽’蒸汽依次可由燃料處理器刪用以執行其 各種處理功能。由電源區段1〇〇6產生的直流電係傳輸至電 源調節器刪，其將直流電轉換成交流電以備後來使用。 應瞭解不必將交流電轉換包括在提供直流輸出電的系統 97101.doc -30- 200525800 中ο 圖24解說燃料電池電源供應11〇〇，其包括燃料供應單元 11 〇5、燃料電池電源區段丨丨〇6、及電源調節器η〇8。燃料 供應單7G 11 05包括儲存庫，其包含供應給燃料電池電源區 段1106的氫燃料。在電源區段1106内，將氫燃料連同空氣 或氧引入包含在電源區段丨i 06中的該（等）燃料電池堆疊之 UCA 中。 & 燃料電池電源供應系統1100之電源區段11〇6產生直流 電、可用熱、及清潔水。由電源區段11〇6產生的直流電可 馨 傳輸至電源調節器1108，以便若需要則轉換成交流電。圖 24所解說的燃料電池電源供應系統11〇〇可實施為（例如）固 定式或可攜式交流或直流發電機。 在圖25所解說的實施方案中，燃料電池系統使用由燃料 電池電源供應所產生的電源以提供電源來操作電腦。如結 合圖25所說明，燃料電池電源供應系統包括燃料供應單元 1205及燃料電池電源區段12〇6。燃料供應單元12〇5提供氫 燃料給燃料電池電源區段12〇6。電源區段12〇6之該（等）燃 籲 料電池堆豐產生電源，其係用以操作電腦121〇，例如桌上 型電腦或膝上型電腦。 在圖26所解說的另一實施方案中，自燃料電池電源供應 的電源係用以操作汽車131〇。在此組態中，燃料供應單元 1305供應氫燃料給燃料電池電源區段丨3〇6。電源區段I)% 之忒（等）燃料電池堆疊產生電源，其係用以操作與汽車131〇 之驅動機制耦合的馬達1 308。 97101.doc -31 - 200525800 為了解說及說明之目的，已揭示本發明之各具體實施例 的上述說明。並不希望詳盡說明本發明或將其限制為所揭 示的精確形式。按照以上原理，可進行許多修改及變動。 希望本發明之範疇係並非由此詳細說明而係由所附申請專 利範圍而限制。 【圖式簡單說明】 圖1 a為一燃料電池及其組成層之解說； 圖1 b解說具有依據本發明之一具體實施例的單極組態之 單元化電池組件； 圖lc解說具有依據本發明之一具體實施例的單極/雙極 組態之單元化電池組件； 圖2至6解說併入用以對準依據本發明之燃料電池部件及 組件的套合柱及套合孔徑之套合配置的具體實施例，· 圖7至14顯示用以對準依據本發明之燃料電池部件及組 件的套合柱及套合孔徑之各種解說性組態； 圖15至17解說併人用以對準依據本發明之燃料電池部件 及組件的套合柱及套合孔徑之套合配置的—具體實施例； 圖18及19解說併人用以對準依據本發明之燃料電池部件 及組件的套合柱、套合插人物及套合孔徑之套合配置的— 具體實施例； 之燃料電池部件 凹陷之套合配置 及組件、 圖20至22解說併入用以對準依據本發明 及組件、模鑄於流場板中的套合柱及套合 的一具體實施例； 圖23至26解說其内可使用一 或多個使用本發明之套合配 97101.doc -32- 200525800 置的燃料電池堆疊之燃料電池系統。 雖然本發明可順從各種修改 妳士闰斗、山 n形式，但是其說明已 、、二由圖式中的範例而加以 _ μ ^ 加以詳細說明。然而應 理解不希望將本發明 月限於所成明的特定具體實施例。相 反希2本發明涵蓋在如所附申請專利範圍定義的本發明 之田舞内的所有修改、等效物及替代具體實施例。 【主要元件符號說明】 10 燃料電池 12 第一流體輸送層 14 陽極 16 電解質膜 17 負載 18 陰極 19 苐二流體輸送層 20 單元化電池組件 22 質子交換膜 24 流體輸送層 25 膜電極組件 25a 膜電極組件 25b 膜電極組件 26 流體輸送層 30 陽極 32 陰極 34 第一邊緣密封系統 97101.doc -33- 200525800 3 6 第二邊緣密封系統 40 流場板 42 流場板 50 單元化電池組件 52 流場端板 54 流場端板 56 雙極流場板 5 6a 第一流場表面
56b 第二流場表面 60a 陽極 60b 陽極 61a 膜 61b 膜 62a 陰極 62b 陰極 64a 流體輸送層
64b 流體輸送層 66a 流體輸送層 66b 流體輸送層 201 第一單元化電池組件 202 第一流場板 203 第二單元化電池組件 204 膜電極組件 205 流場板 97101.doc -34- 200525800 206 第二流場板 209 流場板 210 套合孔徑 212 套合柱 214 套合柱 216 部分 220 肋條 230 引入線
232 接觸區域 240 套合插入物 301 單元化電池組件 302 流場板 302a 第一流場板 302b 第一流場板 303 單元化電池組件 304a 膜電極組件
304b 膜電極組件 306 流場板 3 06a 第二流場板 3 06b 弟二流場板 310 套合孔徑 312 套合柱 316 套合孔徑/套合凹陷 1000 燃料電池系統 97101.doc -35- 200525800 1004 燃料處理器 1006 電源區段 1008 電源調節器 1100 燃料電池電源 1105 燃料供應單元 1106 燃料電池電源區段 1108 電源調節器 1205 燃料供應單元
1206 燃料電池電源區段 1210 電腦 1305 燃料供應單元 1306 燃料電池電源區段 1308 馬達 1310 汽車
97101.doc 36-
Claims (1)
- 200525800 十、申請專利範圍： 1. 一種燃料電池堆疊組件，其包含： .複數個燃料電池組件，該等燃料電池組件之各個包含 一第一流場板； 一第二流場板；及 膜電極組件（MEA)，其係提供在該第一流場板與該第 一流場板之間並具有一作用區域； 複數個套合孔徑，其係定義在該mea、該第一流場板 :及該第二流場板之各項中，#該第—流場板及第二流 場板與該MEA係在該堆疊組件内軸向對準時，該等個別 套合孔徑係位於該MEA之非作用區域内，該等套合孔徑 具有一内部表面；以及 複數個套合柱，其係配置以在該等複數個套合孔徑内 接收，該等套合柱之各個具有一外部表面，其在形狀上 不同於該等套合孔徑之該内部表面之一形狀，該等套合 孔徑之該内部表面接觸複數個離散壓合位置處的該等套 合柱之該外部表面。 2· —種燃料電池堆疊組件，其包含： 複數個燃料電池組件，該等燃料電池組件之各個包含： 一第一流場板； 一第二流場板；及 一膜電極組件（MEA)，其係提供在該第一流場板與該 弟一流場板之間並具有一作用區域； 97101.doc 200525800 稷數個套合孔徑，其係定義在該嶋、該第一流場板 、及该弟二流場板之各項中，當該第-流場板及該第二 流場板與該廳A係在該堆疊組件内轴向對準時，該等個 別套合孔徑係位於該MEA之非作用區域内；以及 複數個套合柱，其係配置以在該等複數個套合孔徑内 接收’該等套合柱之各個具有一長度，其大於個別燃料 電池、、且件之一咼度’但是小於定義該燃料電池堆疊組件 的該等複數個燃料電池組件之一總高度。 3. 一種燃料電池堆疊組件，其包含·· 複數個燃料電池組件’該等燃料電池組件之各個包含： 一第一流場板； 弟-流场板；及 ★ 一膜電極組件⑽A)，其係提供在該第一流場板與該 第二流場板之間並具有一作用區域； 複數個套合孔徑，其係定義在該驗、該第一流場板 、及該第二流場板之各項中，當該第一流場板及該第二 流場板與該MEA係在該堆疊組件内軸向對準時，該等個 別套合孔徑係位於該MEA之非作用區域内；以及 複數個套合柱，其係配置以在該等複數個套合孔徑内 接收’該等第-流場板之該等套合孔徑之至少某些係配 置成接收二個套合柱，而锋莖楚 向4 1第二流場板之該等套合孔 徑之至少某些係配置成接收一個套合柱。 97101.doc 1 . 一種用以併入一燃料電池堆疊組件之燃料電池子組件， 其包含： 200525800 一流場板； -膜電極組件（MEA)，其教位成鄰近於該流場板並具 有一作用區域； 複數個套合孔徑，其係定義在該流場板與該贿之各 項中’當該流場板與該MEA係軸向對準時，該等個別套 合孔徑係位於該MEA之非作用區域内，該等套合孔徑具 有一内部表面；以及 複數個套合柱，其係配置以在該等複數個套合孔彳^ 接收，該等套合柱之各個具有一外部表面，其在形狀上 不同於該等套合孔徑之該内部表面之—形狀，該等套合 孔徑之該内部表面接觸複數個離散壓合位置處的該等套 合柱之該外部表面。 5· —種燃料電池堆疊組件，其包含： 複數個燃料電池組件，該等燃料電池組件之各個包含： '一弟一流場板； 一第二流場板；及 一膜電極組件（MEA)’其係提供在該第一流場板與該 第一流場板之間並具有一作用區域； 複數個套合孔徑，其係定義在各MEA中； 複數個套合凹陷，其係模鑄於該第一流場板及該第二 流場板之各個之一第一表面中；以及 禝數個套合柱，其係模鑄於該第一流場板及該第二流 場板之各個之一第二表面中，當該第一流場板及該第^ 流場板與該MEA係在該堆疊組件内軸向對準時，該等個 97101.doc 200525800 別套合孔徑、該等個別套合凹陷、及該等個別套合柱係 位於該MEA之非作用區域内，該第__流場板^ ^ . 柱分別穿過該MEA之該等套合孔徑，並延伸至—第一: — 料電池組件之該第二流場板之該等套合凹陷中，而該第 -燃料€池組件之該第r流場板之該等套合柱延伸至定 位成鄰近於該第一燃料電池組件的一第二燃料電池組件 之5亥苐一流场板之該等套合凹陷中。 6· 一種形成一燃料電池堆疊組件之方法，其包含： 提供-第-流場板、一第二流場板、及具有一作用區 域的一模電極組件⑽A)’複數個套合孔徑係定義在該 MEA、該第一流場板、及該第二流場板之各項中； 將該第-流場板及該第二流場板與該mea對準，以便 該等個別套合孔徑係軸向對準，該等套合孔徑具有一内 部表面； 提供複數個套合柱，其具有一外部表面，該外部表面 在形狀上不同於該等套合孔徑之該内部表面之—形狀； 以及 將違等稷數個套合柱插入該等複數個套合孔徑，以便 .亥等套口孔么之该内部表面接觸複數個離散壓合位置處 的該等套合柱之該外部表面。 7. -種形成-燃料電池堆疊組件之方法，其包含： 提供複數個燃料電池組件，各燃料電池組件包含一第 -流場板、-第二流場板、及具有_作用區域的一模電 極組件（MEA)，複數個套合孔徑係定義在該應、該第一 97101.doc 200525800 流場板、及該第二流場板之各項中； 將該第-流場板及該第二流場板與該MEA對準，以便 該等個別套合孔徑係軸向對準； 提供複數個套合柱，各套合柱具有超過個別燃料電池 組件之一咼度的一長度；以及 將該等複數個套合柱插入該等複數個套合孔徑中，以 便該等套合柱之各個穿過定義該_電池堆疊㈣㈣ 專燃料電池組件之某些而非全部。 8· 一種形成一燃料電池堆疊組件之方法，其包含： 提供複數個燃料電池組件，各燃料電池組件包含一第 一流場板、一第二流場板、及具有一作用區域的一模電 極組件（MEA)’複數個套合孔徑係定義在該mea、該第一 流場板、及該第二流場板之各項中； 將該第一流場板及該第二流場板與該MEA對準，以便 該等個別套合孔徑係軸向對準； 知供複數個套合柱；以及 將4等複數個套合柱插入該等複數個套合孔徑中，以 便：等第-流場板之該等套合孔徑之至少某些接收二個 一才 而4專苐一流場板之該等套合孔徑之至少某些 接收一個套合柱。 9· 一種形成一燃料電池堆疊組件之方法，其包含： 提供複數個燃料電池組件，各燃料電池組件包含一第 一流場板、一第二流場板、及具有一作用區域的一模電 極、、且件（MEA)，複數個套合孔徑係定義在各MEA中，複數 97101.doc 200525800 將該第一流場板及該第二 δ亥荨套合孔控、該等套合柱 準；以及 ㈣二&係模鑄於該第—流場板及該第二流場板之各 第表面中，而複數個套合柱係模鑄於一 場板及該第二流場板之各個之一第二表面中； 流場板與該ΜΕΑ對準，以便 、及該等套合凹陷係軸向對 配置自亥燃料電池堆疊组株夕楚 *且、、且仵之第一燃料電池組件及第二 燃料電池組件，以便該篦_社π 1 卞錢以流場板之料套合柱分別穿 過該MEA之該等套合孔；^，# μ & 〆寻备口孔仫，並延伸至該第一燃料電池組 件之该苐二流場板之該等套人m tb ^ ^ 寸丟口凹陷中，而該第一燃料電 池組件之該第二流場板之該耸太入t t 茨4套合柱延伸至定位成鄰近 於该第一燃料電池組件的該楚-祕女丨； 」必弟一燃料電池組件之該第一 流場板之該等套合凹陷中。 97101.doc
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