[發(fā)明專利]被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710162979.2
• 申請日: 2007-10-09
• 公開（公告）號: CN101409349A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康顧嚴(yán);許盈盈;賴秋助;蔡英文;戴椿河
• 申請（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: H01M8/00
• 分類號: H01M8/00;H01M8/02;H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 許向華;彭久云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，且特別涉及一種配置有導(dǎo)熱元件的被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于，燃料電池具有外帶燃料的特性，而可連續(xù)長時(shí)間發(fā)電應(yīng)用，且其功率高于傳統(tǒng)的二次電池，如鋰電池、鎳氫電池等，因此而成為最受矚目的替代能源。

目前業(yè)界常見的燃料電池是直接甲醇燃料電池(direct?methanol?fuel?cell，簡稱DMFC)，其是直接使用甲醇水溶液當(dāng)作燃料供給來源，并經(jīng)由甲醇與氧的相關(guān)電極反應(yīng)來產(chǎn)生電流。目前，為了因應(yīng)可攜式電子產(chǎn)品，如手機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)及數(shù)字相機(jī)等的應(yīng)用與發(fā)展，直接甲醇燃料電池主要分為主動(dòng)式(active)與被動(dòng)式(passive)。

一般而言，主動(dòng)式燃料電池需透過泵浦(pump)帶動(dòng)陽極燃料循環(huán)以及排除生成的二氧化碳。另一方面，陰極的氧氣可需使用風(fēng)扇或壓縮器強(qiáng)制空氣循環(huán)。因此可知，主動(dòng)式燃料電池需動(dòng)用許多耗能元件，降低系統(tǒng)凈電能輸出，同時(shí)構(gòu)件組成較復(fù)雜且占空間。

另外，被動(dòng)式燃料電池主要是依靠重力、毛細(xì)現(xiàn)象或自然擴(kuò)散的方式，將燃料與空氣傳送至電極表面進(jìn)行反應(yīng)，且于室溫條件下操作。由于，被動(dòng)式燃料電池不使用泵浦、風(fēng)扇或壓縮器等耗能元件，所以制造成本較低，且便于實(shí)現(xiàn)元件小型化。因此可知，被動(dòng)式燃料電池較為適于應(yīng)用在可攜式電子產(chǎn)品中，以幫助其突破現(xiàn)有體積的瓶頸。

然而，被動(dòng)式燃料電池的陽極燃料來源為蒸氣形態(tài)的甲醇，當(dāng)甲醇從液態(tài)要蒸發(fā)成氣態(tài)時(shí)，環(huán)境的溫度與壓力會(huì)對甲醇蒸發(fā)量造成相當(dāng)大的影響。通常，在燃料電池運(yùn)作的過程中會(huì)持續(xù)產(chǎn)生廢熱，若無法有效地將廢熱帶走，會(huì)使得系統(tǒng)溫度持續(xù)升高，進(jìn)而造成甲醇蒸氣燃料量愈來愈多，引發(fā)不良的惡性循環(huán)。且當(dāng)被動(dòng)式燃料電池的工作溫度過高時(shí)，過多的高濃度甲醇蒸氣燃料會(huì)引發(fā)甲醇穿透(crossover)效應(yīng)，造成輸出功率降低以及電池的壽命縮短。而且，還會(huì)造成陰極水分蒸發(fā)量增加，降低回水效果。

日本專利WO?2006/101071A1號公報(bào)記載一種燃料電池。此篇專利之內(nèi)容披露，燃料電池的陰極表面具有凸部，其可將電池內(nèi)部的熱傳送至電池外部。這種情況下大部分的熱的傳遞路徑為垂直電池的表面使傳送至空氣側(cè)的熱由凸部的表面發(fā)散至周圍空氣中，如此會(huì)影響陰極側(cè)的燃料供應(yīng)，進(jìn)而降低電池元件的效能。另外，在被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)中最需要溫度控制的區(qū)域是在陽極的蒸氣燃料供應(yīng)端。這樣的設(shè)計(jì)卻會(huì)直接降低薄膜電極組(membrane?electrode?assembly，簡稱MEA)的溫度，而大大地影響MEA的輸出功率。而且，還會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的體積以及制作的復(fù)雜度。另外，美國專利申請案的早期公開號2006/0035124(U.S.Pub.No.2006/0035124)也有披露關(guān)于燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的散熱裝置的相關(guān)技術(shù)。但是，此美國專利的方法亦無法有效解決上述的問題。以上，二篇專利文獻(xiàn)皆為本案的參考資料。

故從上可知，被動(dòng)式燃料電池的溫度控制對系統(tǒng)穩(wěn)定有極大影響，且為影響燃料電池的輸出功率的重要關(guān)鍵技術(shù)。因此，如何能管理及控制燃料電池的溫度，已成為目前業(yè)界極力發(fā)展的課題之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)，能夠避免已知因電池廢熱無法有效地排除而衍生的種種問題，以使燃料電池運(yùn)作時(shí)能維持在穩(wěn)定的工作溫度范圍內(nèi)。

本發(fā)明提出一種被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)電池單元、陰極燃料供應(yīng)單元、陽極燃料供應(yīng)單元以及導(dǎo)熱材料層。其中，電池單元、陽極燃料供應(yīng)單元與陰極燃料供應(yīng)單元共同定義出電池系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)。每一個(gè)電池單元包括陰極集電層、陽極集電層以及配置于陰極集電層與陽極集電層之間的薄膜電極組。陽極燃料供應(yīng)單元配置于陽極集電層的一側(cè)。陰極燃料供應(yīng)單元配置于陰極集電層的一側(cè)。另外，導(dǎo)熱材料層配置于陰極集電層與陰極燃料供應(yīng)單元之間及/或陽極集電層與陽極燃料供應(yīng)單元之間。而且，導(dǎo)熱材料層包括位于電池系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的第一部分，以及沿平行電池單元的方向延伸至電池系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)外的第二部分，其中導(dǎo)熱材料層的第一部分具有至少一開口。

依照本發(fā)明的實(shí)施例所述的被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)，還包括散熱片，其配置導(dǎo)熱材料層的第二部分上。

依照本發(fā)明的實(shí)施例所述的被動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)，還包括散熱裝置，其配置于導(dǎo)熱材料層的第二部分的周圍。