[发明专利]燃料电池

说明书

本分案申请是基于申请号为200610068351.1，申请日为2006年3月29日，发明名称为“燃料电池”的中国专利申请的分案申请。

参照相关申请

本申请以在先的日本专利申请No.2005-096301(申请日为2005年3月29日)为基础，并要求其优先权；该申请的全部内容在此引作参考。

技术领域

本发明涉及燃料电池。

背景技术

直接甲醇燃料电池通常设置有膜电极组件，膜电极组件由阳极、阴极和放在其间的质子透过膜构成。将作为燃料的甲醇、或甲醇和水的混合物提供到阳极，将作为氧化剂的空气提供到阴极，从而产生电能。在产生电能的过程中，阳极产生二氧化碳，阴极产生水。

在阳极中的甲醇通常用水稀释，并优选以几M(mol/l)的浓度供应到直接甲醇燃料电池。

质子透过膜用作将由阳极反应产生的质子渗透到阴极的介质，并且通常需要被加湿。作为用于加湿所需的水，采用在燃料中的水和/或在阴极中产生的水。

日本专利申请JP特开2004-146370公开了直接甲醇燃料电池的技术。

利用更浓的甲醇作为燃料是有利的，这可通过调节阳极中的甲醇和水的平衡来实现。这种构成具有缩小燃料罐的尺寸、不降低燃料电池容量的优点，但是因为燃料罐中的水浓度小于阳极中的水浓度，所以可能造成以与燃料供应相反的方向使水反向扩散的扩散驱动力。如果出现反向扩散，燃料罐中的燃料浓度下降，从而增加了将甲醇水溶液调节为恒定浓度的困难。为了将供应至阳极的燃料调节为恒定浓度从而使电动势稳定，需要具有特定结构的燃料电池，以防止水从阳极反向扩散至燃料罐。

鉴于以上问题实施本发明，目的在于提供一种燃料电池，该电池通过防止水从阳极向燃料罐的反向扩散引起的燃料浓度的波动，从而稳定的产生电能。

发明内容

根据本发明的第一种方案，燃料电池具有：包括阳极、阴极和设在阳极和阴极之间的质子透过膜的膜电极组件；和将含有任意水溶性有机物质的燃料供应至阳极的燃料供应路径，该燃料供应路径包括反向扩散阻挡件，从而防止水以与燃料供应相反的方向扩散。

根据本发明的第二种方案，燃料电池具有：用以由燃料和空气产生电能的膜电极组件，该膜电极组件包括阳极催化剂和阴极催化剂；以受控流速u引导含水燃料的燃料供应路径；以及用以控制水的反向扩散的反向扩散阻挡件，将该反向扩散阻挡件设置为在燃料供应路径和阳极催化剂之间具有长度L，并满足公式u>D/L，其中D是燃料中水的扩散系数。

附图说明

图1A和1B是根据本发明第一实施例的燃料电池的正视图和平面图；

图2是表示本发明第一实施例的燃料电池中的燃料供应路径和膜电极组件之间的关系的示意图；

图3是表示本发明第一实施例的燃料电池的反向扩散阻挡层中的水浓度分布的曲线；

图4A和4B是根据本发明第二实施例的燃料电池的正视图和平面图；

图5是表示本发明第三实施例的燃料电池中的燃料供应路径和膜电极组件之间的关系的示意图；

图6是表示本发明第四实施例的燃料电池中的燃料供应路径和膜电极组件之间的关系的示意图；

图7是表示本发明第五实施例的燃料电池中的燃料供应路径和膜电极组件之间的关系的示意图。

具体实施方式

在整个说明书和权利要求书中，定义了术语“反向扩散”，表示溶质向与溶剂的流动相反的方向扩散。

作为根据本发明任意实施例的燃料电池的燃料，与水混合的任何具有水溶性的适当有机物质都是优选的。作为这种有机物质的例子，例如可用甲醇和二甲醚。下面描述将甲醇和水的混合物用作燃料的例子，但当然也可采用水溶性有机物质和水的其它任意组合。

下面，参照图1至3描述本发明的第一实施例。

如图1A所示，根据本发明第一实施例的燃料电池设置有燃料分配层(燃料分布层)3、层叠在燃料分配层3上的反向扩散阻挡层5、进一步层叠在反向扩散阻挡层5上的阳极流体路径7以及层叠在阳极流体路径7上的膜电极组件9。图1A表示在燃料分配层3的两面上都一层一层的层叠的例子，但也可仅在燃料分配层3的一面上层叠。

如图1B所示，燃料分配层3设置有分布主体31和燃料分布路径33，燃料分布路径33分支成多条通路以经过分布主体31的大致整个表面。