[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710101859.1
• 申請日: 2007-04-25
• 公開（公告）號: CN101295796A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康顧嚴(yán);戴椿河;賴秋助;蔡英文;許盈盈
• 申請（專利權(quán)）人: 財團法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/04;H01M8/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 陶鳳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，且特別涉及可排放其內(nèi)反應(yīng)生成氣體的一種燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池(Fuel?Cell，F(xiàn)C)是一種利用化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，與傳統(tǒng)發(fā)電方式比較之下，燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度以及較高的能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點，是極具未來前瞻性的干凈能源，可應(yīng)用的范圍包括攜帶式電子產(chǎn)品、家用發(fā)電系統(tǒng)、運輸工具、軍用設(shè)備、太空工業(yè)以及大型發(fā)電系統(tǒng)等各種領(lǐng)域。

常見的燃料電池依照所使用的電解質(zhì)的種類可大體區(qū)分為以下五種：

1.堿性燃料電池(AFC)：以氫氧化鉀為電解質(zhì)；

2.碳酸燃料電池(PAFC)：以磷酸溶液為電解質(zhì)；

3.熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)：將碳酸物熔解后作為電解質(zhì)；

4.固態(tài)電解質(zhì)燃料電池(SOFC)：主要以二氧化鋯作為電解質(zhì)；以及

5.質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)：包含所謂直接甲醇燃料電池(DMFC)，直接以甲醇為燃料，而不需先行組成氫氣。

其中，直接甲醇燃料電池(DMFC)因直接使用液態(tài)或氣態(tài)的甲醇做為燃料供給來源，且無須重組器以重組甲醇、汽油及天然氣等其他材料以生成氫供發(fā)電的用，其具有低溫生電、燃料成分危險性低與生電結(jié)構(gòu)簡單等特性，因此使得直接甲醇燃料電池逐漸成為可攜帶式電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流。

已知的直接甲醇燃料電池主要是由薄膜電極組(Membrane?ElectrodeAssembly，簡稱MEA)、陽極集電板及陰極集電板所構(gòu)成。薄膜電極組是由質(zhì)子傳導(dǎo)膜(Proton?Exchange?Membrance)、陽極觸媒層、陰極觸媒層、陽極氣體擴散層(Gas?Diffusion?Layer，GDL)以及陰極氣體擴散層所構(gòu)成。其中，上述的陽極觸媒層與陰極觸媒層分別配置于質(zhì)子傳導(dǎo)膜的兩側(cè)，陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層分別設(shè)置在陽極觸媒層與陰極觸媒層之上。陽極集電板及陰極集電板是分別設(shè)置于陽極氣體擴散層及陰極氣體擴散層之上。直接甲醇燃料電池的反應(yīng)式如下：

陽極CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-????(1)

陰極(3/2)O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O????(2)

全反應(yīng)CH₃OH+(3/2)O₂→CO₂+2H₂O??(3)

由反應(yīng)式(1)可理解，在直接甲醇燃料電池操作時，其陽極部份會有CO₂產(chǎn)生，為了避免陽極累積過大的氣體壓力，必須適時地將CO₂從燃料電池系統(tǒng)中排除，當(dāng)陽極使用液態(tài)燃料時，CO₂很容易與液體分離而排除，但是當(dāng)使用氣態(tài)燃料的電池系統(tǒng)中，氣態(tài)燃料與CO₂將無法輕易分離而可能使得氣態(tài)燃料隨著CO₂一起排放到系統(tǒng)之外，造成燃料損失，影響燃料電池的燃料轉(zhuǎn)換效率，又，可提供陽極保濕層使氣化甲醇可以穿過陽極保濕層進入陽極氣體擴散層，但同樣的陽極的水氣也會穿過陽極保濕層而擴散至燃料儲存槽，造成燃料儲存槽內(nèi)的燃料濃度被稀釋，并且會導(dǎo)致膜電極阻的內(nèi)阻值上升，例如WO2005/112172A1號專利申請案所揭示。此外，可更進一步設(shè)置CO₂排放口于氣化燃料收容室的側(cè)壁，例如WO2006/040961A1號專利申請案所揭示，而該氣化燃料收容室的氣化甲醇濃度僅次于燃料儲存槽，但卻因此造成較多的氣化甲醇隨著CO₂排出，不但污染周圍環(huán)境，也會使燃料效率下降。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)，可以減少陽極水氣的逸散，維持膜電極組的內(nèi)阻值，并且可以有效地排放其陽極側(cè)所形成的生成氣體，降低氣態(tài)燃料排出系統(tǒng)外的損失，進而改善燃料效率。

依據(jù)一個實施例，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，包括：

電池單元，其包括陽極集電層、陰極集電層、夾置于上述陽極集電層與該陰極集電層間的薄膜電極組、圍繞上述薄膜電極組、陽極集電層與陰極集電層的框架、設(shè)置于該陽極集電層下方的親水阻氣層、設(shè)置于該親水阻氣層下方的疏水透氣層，以及埋置于該框架內(nèi)的至少一氣體排放溝道，該氣體排放溝道露出該親水阻氣層的一部并接觸鄰近該電池單元的環(huán)境，以排通由該薄膜電極組所產(chǎn)生的生成氣體至該電池單元之外。