[其他]燃料電池

無效

• 申請號: 85103305
• 申請日: 1985-04-30
• 公開（公告）號: CN85103305A
• 公開（公告）日: 1987-06-03
• 發明（設計）人: 熊谷輝夫;堀場達雄;加茂友一;武內瀞士;巖本一男;北見訓子;田村弘毅
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 顧柏棣,辛敏忠

本發明是關于燃料電池的，更具體地講，是關于甲醇-空氣酸性電解質燃料電池的。

燃料電池是輸入燃料與氧化劑，在電極上進行電化學反應，直接產生電能，它一直被作為一種具有高效率的新型能源而矚望。特別是作為小體積可移動的能源，甲醇-空氣酸性電解質燃料電池在使用液體燃料的燃料電池中更為引人注目。甲醇能夠容易地從微生物發酵，煤的液化而制得，並容易操作，所以人們期望將甲醇燃料電池投入實際使用。

輸入燃料電池的燃料中，甲醇的濃度對于維持燃料電池的額定功率輸出是至關重量的。當甲醇濃度低于規定值，則輸出功率自然要降低;甲醇濃度增加時，就達到了額定的輸出功率。然而，由于電滲和擴散等原因而通過電解質的甲醇愈多，在氧化劑電極上被消耗的也就愈多。所以甲醇的利用率就降低。

由于這個原因，為了維持輸出功率沒有波動，燃料輸入時必須維持甲醇濃度恒定在預先規定的范圍內。

從題為“燃料電池的濃度傳感器”的日本專利公告56-118273號（1981）中圖2看到，已經提出了檢測燃料中甲醇濃度的早期技術，即在燃料電池中單獨構成一個小型燃料電池，燃料輸入燃料電池以產生電能，此時燃料中甲醇的濃度則根據這小型燃料電池的電動勢進行檢測和控制。

早期技術向氧化劑電極提供空氣和液體電解質，由于它要求空氣經電解液冒出因此需要一個空氣室。

本發明的目的是提供一種燃料電池，其中包含檢測輸入燃料電池的燃料中甲醇的濃度和控制甲醇濃度保持恒定的裝置，而不需要安裝復雜的空氣室，從而保持輸出的功率穩定，不波動。

發明者深入地研究了燃料電池的進展。結果發現在燃料電池工作溫度為50°～60℃時，電池（示于附在后面的圖2）的開路電壓與甲醇濃度有關，示于圖4。此外當氧化劑電極浸在含有電解質（陽極電解液）的燃料中時，開路電壓與圖9所示燃料甲醇濃度的關系，示于圖5。這些都指出了與甲醇濃度相應的開路電壓和電勢能夠用作指示甲醇濃度的指標，如圖4與圖5所示的那樣。

本發明利用上述的濃度依賴關系，獨特地設置一個裝置，在此裝置中，利用單體電池的開路電壓和氧化劑電極的開路電位來控制輸入燃料中甲醇的濃度穩定在預先規定的濃度。本發明注意到甲醇濃度取決于它透過和混合入空氣電極（示于附在后面的圖2或圖9）的數量，在此種結構中沒有復雜的空氣室。

本發明包括以下三個系統（1）～（3）：

（1）一個單體電池（示于圖2和圖7，附在后面）安置在燃料電池的燃料輸入通道上，檢測單體電池的開路電壓，新的甲醇補充進來以維持預先規定的開路電壓，從而使濃度穩定在預先規定范圍內的燃料輸入燃料電池。（2）一個單體電池（示于附在后面的圖6和圖8）安置在燃料電池的燃料輸入通道上，再安置一個使甲醇保持其予先規定濃度（例如1克分子/升）的單體電池，分別檢測各單體電池的開路電壓，控制甲醇進料，使兩個電池的開路電壓能相同，從而使輸入燃料電池的燃料中甲醇濃度保持穩定在預先規定的濃度。（3）如附在后面的圖9和圖11所示，陽極電解液與氧化劑電極保持接觸，根據那時候電位降低來測定甲醇濃度，同時根據測量信號向燃料電池重新輸入甲醇，從而使甲醇濃度保持不變。

關于（3），如附在后面的圖9所示，建立這樣一個系統是可能的，其中與氧化劑電極相對的對應電極和氧化劑電極浸在同一陽極電解液中，或者如附在后面的圖11所示，建立這樣一個系統，其中隔膜，如離子交換膜，插入氧化劑電極與對應電極之間，陽極電解液在隔膜和氧化劑電極之間循環，而隔膜和對應電極之間的空間則加入標準溶液，如含固定量的甲醇或作為電解質的硫酸水溶液的參比陽極電解液。再說，2-單體電池系統是可以做到的，在此系統中，參比甲醇濃度電池（其甲醇濃度可很好地保持為零）的安置與前述系統（2）一樣，對參比電池和被測電池的電壓差別進行判斷，從而測出燃料電池陽極電解液的甲醇濃度。任何一種材料，只要對于電解質是化學穩定的，並能導電，都可用作第（3）條敘述的系統中的對應電極材料。

圖1是應用于本發明的裝有甲醇濃度控制裝置的甲醇燃料電池的示意透視圖。

圖2是甲醇濃度控制裝置（Ⅰ）的結構示意圖。

圖3是電流密度-電位（i-E）曲線用來評價電極與電池電壓（電位差）性能。

圖4是圖2中單體電池的特性曲線，表示燃料的甲醇濃度與開路電壓之間的關系。

圖5是圖9中氧化劑電極的開路電位與甲醇濃度的關系曲線。

圖6是甲醇濃度控制裝置（Ⅱ）的結構示意圖。

圖7是甲醇濃度控制裝置（Ⅲ）的結構示意圖。

圖8是甲醇濃度控制裝置（Ⅳ）的結構示意圖。