[发明专利]燃料电池系统

说明书

本申请要求于2007年3月22日提交的第10-2007-0028284号韩国专利申请的优先权和权益，该申请的全部内容包含于此，以资参考。

技术领域

本公开总体上涉及一种燃料电池系统，具体地讲，涉及一种包括扁平式电池组(flat-type stack)的燃料电池系统，在该扁平式电池组中，产生发电反应的多个单体电池(unit cell)布置在平面上，并且对燃料进行预热，从而减小提供给各单体电池的燃料的温度差异，并减小各单体电池的输出特性方面的差异，因此提高发电效率。

背景技术

燃料电池是一种将来自诸如烃基材料(例如，甲醇、乙醇和天然气)的含氢燃料和氧化剂之间的化学反应的能量转化为电能的发电系统。燃料电池系统的示例包括聚合物电解质膜燃料电池(在下文，称作PEMFC)系统和直接甲醇燃料电池(在下文，称作DMFC)系统。

DMFC系统通过来自氧化剂的氧和直接提供到电池组的甲醇燃料之间的电化学反应来发电。DMFC系统具有高的能量密度和高的功率密度，由于使用液体燃料(例如，甲醇等)，所以DMFC系统有利的方面在于不需要诸如重整器的附加装置。也容易存储和供应燃料。

在DMFC系统中，实际发电的电池组具有包括膜电极组(在下文，称作“MEA”)的至少一个单体电池与隔板或双极板堆叠的结构。MEA包括置于阳极和阴极之间的电解质膜。此外，阳极和阴极中的每个设置有燃料扩散层、发生燃料的氧化/还原反应的催化剂层以及电极支撑体，其中，燃料扩散层用于向催化剂层供应燃料并使燃料扩散到催化剂层。

可以根据供应空气的方法和单体电池的布置来形成各种几何形状的DMFC系统。一些实施例包括多个单体电池总体上布置在平面上的扁平电池组式燃料电池系统。由于扁平电池组式燃料电池系统不需要用于提供空气的泵，所以它还称作“被动(passive)”式燃料电池系统或“半被动(semi-passive)”式燃料电池系统。

扁平电池组式燃料电池系统通常形成板状，并具有布置在平面上的多个单体电池。各单体电池包括被供应空气的阴极和被供应燃料的阳极。通过空气的自然扩散或对流向阴极供应空气，通过泵向阳极供应来自单体电池外部的燃料。这里，由于单体电池布置在平面上，所以从电池组一侧上的单体电池向电池组另一侧上的单体电池顺序地供应燃料。因此，在单体电池中，单体电池中的燃料的温度取决于该单体电池的位置。即，在扁平电池组中，布置在燃料供应口处的单体电池接收处于正常温度(该温度相对低)的燃料。然而，通过在发电反应过程中产生的热使燃料在单体电池中进行加热，然后，燃料流到扁平电池组中的下游单体电池。因此，远离燃料供应口的单体电池接收温度相对高的燃料。

另一方面，在单体电池中发生的发电反应反过来受到燃料温度的影响。因此，在扁平电池组式燃料电池系统中，单体电池的输出特性根据燃料温度的不同而改变。此外，由于各单体电池的输出特性的差异，导致扁平电池组式燃料电池系统的输出减少且效率降低。

发明内容

一些实施例解决了上述问题中的一个或多个。一方面提供了一种包括扁平式电池组的燃料电池系统，在该电池组中，在平面上布置执行发电反应的多个单体电池，该燃料电池系统对从电池组外部提供的燃料进行预热，以减小提供给各单体电池的燃料的温度差异，并减小各单体电池的输出特性方面的差异，从而提高发电效率。

为了实现上述方面，燃料电池系统的实施例包括燃料电池本体，所述燃料电池本体包括：中间板，包括多个单元部分；进口，形成在各单元部分中，用于提供燃料；出口，形成在各单元部分中，用于排出燃料；供给通道，连接到进口；中间通道，连接到供给通道，并形成在形成有单元部分的区域内部；排放通道，连接到出口；供给口，连接到中间通道，并被提供有来自电池组外部的燃料；排放口，连接到排放通道，并通过排放口将燃料排到电池组外部；单体电池，安装在各单元部分上，用于通过被提供的燃料和空气的反应来发电。这里，中间板为板的形式，并包括为前表面的第一表面、为后表面的第二表面、为一个侧表面的第三表面、为另一侧表面的第四表面、为上表面的第五表面和为下表面的第六表面，单元部分形成为在第一表面和第二表面上的槽形的连接槽。

在一些实施例中，供给通道在中间板下部内从第四表面朝着第三表面的方向延伸；排放通道在中间板的上部内从第三表面朝着第四表面的方向延伸；中间通道在中间板内部以“Z”字形或螺旋形形状形成。