[發(fā)明專利]燃料電池及包含該燃料電池的分析裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380038114.9
• 申請(qǐng)日: 2013-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104508889B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·D·L·N·薩巴特維茲卡拉;J·P·埃斯基韋爾博霍克斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西班牙高等科研理事會(huì)
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10;H01M8/12;H01M8/04
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司44205
• 代理人: 鄭勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在分析裝置內(nèi)可以供電的燃料電池，所述的分析裝置優(yōu)選的是側(cè)流試紙條，更優(yōu)選的是能夠自治的。

背景技術(shù)

燃料電池為將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，只要燃料被供入到電池中，所述的轉(zhuǎn)化便發(fā)生。這些裝置已經(jīng)研發(fā)十幾年，近來(lái)在例如醫(yī)藥應(yīng)用中開(kāi)始發(fā)現(xiàn)利用的機(jī)會(huì)。

燃料電池不同于傳統(tǒng)的電池，因?yàn)槿剂想姵卦试S連續(xù)補(bǔ)充消耗的試劑，即，由外部來(lái)源的燃料和氧產(chǎn)生電流，這與具有電池的能量?jī)?chǔ)備的有限能力相反。此外，電池中的電極根據(jù)其如何加載或卸載而反應(yīng)并變化，而燃料電池的電極是催化的且相對(duì)穩(wěn)定的。此外，傳統(tǒng)的電池消耗固體反應(yīng)物，并且反應(yīng)物一旦耗盡，必須丟棄或再次充入電流。通常，在燃料電池中，試劑在內(nèi)部流動(dòng)，并且反應(yīng)產(chǎn)物在外部流動(dòng)。通常，通過(guò)使用例如外部泵來(lái)取得這種反應(yīng)物的流動(dòng)，這會(huì)得到燃料電池的復(fù)雜且昂貴的構(gòu)造。

例如U.S.2009092882A1(Kjeang E.et al.)公開(kāi)了具有流動(dòng)通過(guò)電極的微流體燃料電池結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極和陰極電極是多孔的，并包含空隙孔的網(wǎng)絡(luò)。虛擬絕緣體位于電極之間的電解液槽中。虛擬絕緣體由共層流的電解液組成。入口基本上基本定向于通過(guò)多孔電極的所有液體反應(yīng)物流。該構(gòu)造具有需要一些手段(例如外部泵)使液體試劑通過(guò)燃料電池入口以進(jìn)行操作的缺點(diǎn)。

最近，公開(kāi)了微型直接甲醇燃料電池集成可以成功地向微流體平臺(tái)提供泵送和電流[JP Esquivel,et al.,Fuel cellpowered microfluidicplatformforlab on a chip applications,Lab on a Chip(2011)12,74-79]。在燃料電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生CO₂，其通常被認(rèn)為是不具有任何用途的殘余物。但是，在這種情況下，CO₂累積，并用于將流體泵入至微流體平臺(tái)中。因此，流體(其可以為燃料電池的試劑)的泵入無(wú)需外部泵即可取得，但是必須使用甲醇燃料電池用于該目的。因此，在這種情況下，所獲得的構(gòu)造也是復(fù)雜且昂貴的。此外，使用第一燃料電池來(lái)形成第二燃料電池的試劑流會(huì)得到復(fù)雜的系統(tǒng)。

此外，目前已知的燃料電池可以包含大量不可生物降解的材料，這樣這些燃料電池最終得到不可生物降解的廢物，其并非是環(huán)境友好的。

發(fā)明詳述

在第一個(gè)方面中，本發(fā)明特寫(xiě)了燃料電池，其包含：至少一個(gè)微流體通道，其允許用于產(chǎn)生電流的至少一種合適的流體發(fā)生毛細(xì)流動(dòng)；至少一個(gè)接收吸收劑的區(qū)域；至少一個(gè)收集吸收劑的區(qū)域；包含至少一個(gè)陰極的一個(gè)陰極區(qū)；和包含至少一個(gè)陽(yáng)極的一個(gè)陽(yáng)極區(qū)。每個(gè)接收吸收劑的區(qū)域(其中可以沉積至少一種流體)與一個(gè)微流體通道偶聯(lián)，這樣微流體通道可以通過(guò)毛細(xì)管作用由接收吸收劑區(qū)域接收所述的一種或多種流體。每個(gè)收集吸收劑的區(qū)域與一個(gè)微流體通道偶聯(lián)，這樣其可以通過(guò)毛細(xì)管由所述的微流體通道接收之前沉積在接受吸收劑區(qū)域(與相同的微流體通道偶聯(lián))中的一種或多種流體。在將所述的一種或多種流體接收于收集吸收劑區(qū)域中之后，這些流體吸附于所述的區(qū)域中，從而一旦微流體通道飽和，便允許通過(guò)毛細(xì)管作用使流動(dòng)繼續(xù)。至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)陽(yáng)極與每個(gè)微流體通道偶聯(lián)，這樣可以在用于產(chǎn)生電流的至少一種合適的流體流動(dòng)通過(guò)微流體通道的同時(shí)，產(chǎn)生電能。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“用于產(chǎn)生電流的合適的流體”被理解為包含至少一種氧化或還原物質(zhì)的任何流體，這樣該流體可以與陰極或陽(yáng)極中的一者相互作用，從而產(chǎn)生電流。優(yōu)選的是，所述的流體為液體，但是其可以包含懸浮的顆粒，或者為氣體或膠體。

除了適當(dāng)?shù)亓鲃?dòng)以產(chǎn)生電流以外，本發(fā)明的燃料電池還可以將至少一種電解流體引入到與至少一個(gè)微流體通道偶聯(lián)的一個(gè)接收區(qū)域中。優(yōu)選的是，該電解流體位于與用于沉積任一種合適的流體從而產(chǎn)生電流的接收區(qū)域不同的接收區(qū)域中。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及燃料電池，其中任一個(gè)微流體通道還允許用于產(chǎn)生電流的至少一個(gè)合適的流體產(chǎn)生擴(kuò)散。在這種優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的微流體通道可以允許所述的流體由接收區(qū)域以毛細(xì)管作用和/或擴(kuò)散至微流體通道中。