[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用催化剂在燃料电极中从液体燃料分离的氢离子发电的燃料电池，更具体地，涉及一种不使用被动传递装置(例如泵)将液体燃料供应至燃料电极的燃料电池。

发明背景

近年来，人们进行各种尝试用燃料电池作为个人笔记本电脑、蜂窝电话等各种可携带电子器件的供电设备，使器件和电话能够在不充电的情况下使用较长时间。燃料电池的特征在于可仅使用燃料和空气而发电，且只要补充燃料就能够连续地发电。因此，如果燃料电池的小型化得以实现，燃料电池就是用于可携带器件的非常有用的能源。

在直接甲醇型燃料电池(DMFC，direct methanol fuel cell)中，采用高能量密度的甲醇作为燃料，使用催化剂和固体电解质膜直接从此处提取电流。因此，直接甲醇型燃料电池不需要改变器件，能够小型化，并且比使用氢的燃料电池更容易处理。因此这些燃料电池有望作为小型可携带电器用能源。

根据燃料的提供方式，已知的DMFC分为以下几类：气体供给型DMFC，其中通过吹风机等装置将气化的液体燃料送入燃料电池内；液体供给型DMFC，其中用泵等装置将液体燃料直接送入燃料电池内；内部气化型DMFC，其中首先使供应的液体燃料气化，然后送入燃料电极中。

日本专利中请公开第2004-319430号中描述了液体供给型DMFC的一个例子。该燃料电池包括多个起电部分和将燃料均匀地提供给各起电部分的燃料回流通道。

日本专利申请公开第2000-106201号中描述了内部气化型DMFC的一个例子。该内部气化型DMFC包括保持液体燃料的燃料浸透层；用于扩散燃料浸透层中保持的液体燃料中含有的气态组分的燃料气化层。气化的燃料从燃料气化层供应到燃料电极。在该专利文献中，使用甲醇和水以1∶1的摩尔比混合的甲醇水溶液作为液体燃料，甲醇和水都以气化的形式供给燃料电极。这种使用甲醇水溶液作为燃料的燃料电池的缺点是由于甲醇和水在气化速率方面的差异，这种电池不能表现出足够的输出性质。为了提高输出性质，进一步减小尺寸，目前已经开发了使用纯甲醇作为燃料的燃料电池。

另外，已经开发了不使用主动传递装置(例如燃料泵)将液体燃料供应至燃料电极的被动燃料电池作为小型化燃料电池，主要用于可移动装置中。在这些燃料电池中，在使用过程中固定姿态非常困难的，因为可移动装置以各种不同的姿态使用。例如，可携带的小型化音乐播放器通常放在口袋或包中使用，因此无法限制它们的姿态。该音乐播放器中含有的燃料电池的姿态同样无法限制。因此，当使用液体燃料的被动燃料电池用于可移动装置时，一项重要的技术挑战是如何均匀地将液体燃料供应至电池的燃料电极。如果液体燃料没有均匀地供应至燃料电极，则会发生减少输出之类的问题。此外，如果这种状态继续，固体电解质膜中的质子途径会有偏向，或者部分固体质子膜完全干燥，从而缩短了燃料电池的使用寿命。

发明概述

就上述在不使用传递装置(例如泵)将液体燃料供应至燃料电极的被动燃料电池中涉及的问题而言，本发明已经作了改进。本发明的目的是，即使是在使用过程中电池的姿态难以固定的情况下，也要抑制液体燃料(将供应给燃料电极)在被动燃料电池中分布的不均衡，从而提高电池的输出性能，延长电池的使用寿命。

依据本发明的实施方式，提供一种燃料电池，其中液体燃料的燃料组分从燃料槽供应至燃料电极，该燃料电池包括：

具有离子诱导率的固体电解质膜；

堆叠在固体电解质膜一侧的燃料电极，包括供应有液体燃料的燃料组分的阳极催化剂层；

堆叠在固体电解质膜另一侧的空气电极，包括阴极催化剂层；和

与固体电解质膜相对的燃料槽，燃料电极位于两者之间，该燃料槽用于容纳液体燃料，

燃料槽分为多个分区，各分区具有一个由燃料电极形成的壁表面。

如上所述，因为燃料槽的内部被分为多个分区，所以防止了液体燃料集中在燃料槽的一个部位，甚至在使用过程中燃料电池的姿态(相应地，燃料电极和燃料槽的姿态)非水平时，液体燃料也可以均匀地分散在各分区中。因此，可以抑制液体燃料在燃料槽中的分布的不均衡，从而防止电池输出减少或使用寿命缩短。

较佳地，用燃料保持膜涂布燃料电极面对着燃料槽的表面，该膜吸收了液体燃料并且将液体燃料分散到燃料电极上。附着在燃料电极上的燃料保持膜进一步提高了液体燃料在燃料电极上的均匀分布。

较佳地，对多个分区进行设置，使得液体燃料可以通过单独一个共用的燃料注入孔注入到所述分区中。