[发明专利]直接液体供应燃料电池的电池堆

说明书

本申请是于2006年4月30日向中国专利局提交的第200610077191.7 号发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种直接液体供应燃料电池的电池堆(direct liquid feed fuel cell stack)，更具体地说，涉及一种具有防止由在阴极处产生的水所造成的氧 流动通道阻塞的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆。

背景技术

直接液体供应燃料电池通过如甲醇或乙醇之类的有机燃料和如空气中 的氧之类的氧化剂之间的电化学反应产生电。直接液体供应燃料电池具有高 的比能量密度以及高的电流密度。另外，由于如甲醇之类的液体燃料被直接 供给电池，直接供给燃料电池不需要如燃料重整器之类的外围装置，并能方 便地存储和供给液体燃料。

如图1所示，直接供给燃料电池的单元电池(unit cell)具有膜电极组件 (MEA)结构，该结构具有设置在阳极2和阴极3之间的电解质膜1。阳极 2包括用于供给和扩散燃料的扩散层22、进行燃料氧化反应的催化剂层21、 以及电极支撑层23。阴极3也包括用于供给和扩散燃料的扩散层32、进行 燃料还原反应的催化剂层31、以及电极支撑层33。

作为直接液体燃料电池中一种的直接甲醇燃料电池(DMFC)的电极反 应包括如下所述的氧化燃料的阳极反应及还原氢和氧的阴极反应。

[反应1]

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-(阳极反应)

[反应2]

3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O    (阴极反应)

[反应3]

CH₃OH+3/2O₂→2H₂O+CO₂(总反应)

在氧化燃料(反应1)的阳极2上产生二氧化碳、氢离子和电子。所产 生的氢离子通过氢离子交换膜1迁移到阴极3。在阴极3上通过氢离子、从 外电路传输来的电子和氧之间的还原反应(反应2)产生水。因此，作为甲 醇和氧之间总的电化学反应(反应3)的结果产生了水和二氧化碳。

可以由DMFC的单元电池产生的理论电压大约是1.2伏。但是，因活化 过电压(activation overvoltage)和电阻过电压所引起的压降将使处于环境温 度和大气压下的开路电压降到1V以下。现实中，实际工作电压处于0.4-0.6 伏的范围内。因此，为了获得较高的电压，可将多个单元电池串联在一起。

通过将几个单元电池串联在一起并将它们组装成堆叠体而形成直接液 体供应燃料电池的电池堆。相邻的单元电池通过单元燃料电池之间的导电双 极板4连接在一起。在双极板4的两侧上形成流动通道41和42，从而向接 触电极供给液体燃料和空气。

如空气流动通道之类的氧气供给路径形成在面向阴极3的双极板4的表 面上。但是，在阴极3产生的水可能阻塞空气流动通道。这将减少电力的产 生并将增高处于流动通道中的风扇或风机的压力。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有便于从作为氧供给路径的空气流动通道 中除去水的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，并提供一种具有这种直 接液体供应燃料电池的电池堆的直接液体供应燃料电池。

根据本发明的另一目的是提供一种具有内部设有膜电极阵列(membrane electrode arrays)(MEAs)的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，每一 膜电极阵列在电极薄膜的任一侧上具有阳极和阴极，这些膜电极阵列被堆叠 在一起，并使导电阳极板和导电阴极板分别形成为面对所述阳极和阴极，其 中，所述阴极板包括多条平行的直流动通道，上表面具有与直流动通道的下 表面同一平面的亲水部件被设置成垂直于阴极板的一端上的流动通道。

亲水部件的端部可以彼此连接，并且可将水泵连接到所述亲水部件。

直流动通道的两端可以是开放的。

所述亲水部件可以由具有孔的泡沫部件形成。

阴极板可以包括穿过直流动通道之间的突出部分的燃料流动孔。

附图说明