[发明专利]燃料浓度量测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料浓度量测方法，且特别涉及一种简单且精确度高的燃料浓度量测方法。

背景技术

随着工业的进步，传统能源如煤、石油及天然气的消耗量持续升高，由于天然能源的存量有限，因此必须研发新的替代能源以取代传统能源，而燃料电池便是一种重要且具实用价值的选择。

简单来说，燃料电池基本上是一种利用水电解的逆反应而将化学能转换成电能的发电装置。以质子交换膜燃料电池来说，其主要是由一薄膜电极组(membrane electrode assembly，简称MEA)及二电极板所构成。薄膜电极组是由一质子传导膜(proton exchange membrane)、一阳极触媒层、一阴极触媒层、一阳极气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)以及一阴极气体扩散层所构成。其中，上述的阳极触媒层与阴极触媒层分别配置于质子传导膜的两侧，阳极气体扩散层与阴极气体扩散层分别设置在阳极触媒层与阴极触媒层之上。另外，二电极板包括一阳极与一阴极，其分别配置于阳极气体扩散层与阴极气体扩散层之上。

目前业界常见的质子交换膜燃料电池是直接甲醇燃料电池(DirectMethanol Fuel Cell，简称DMFC)，其是直接使用甲醇水溶液当作燃料供给来源，并经由甲醇与氧的相关电极反应来产生电流。直接甲醇燃料电池的反应式如下：

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极：3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

反应时，导入阳极的甲醇溶液的浓度会对直接甲醇燃料电池的输出稳定度造成很大的影响。如果导入阳极的甲醇溶液的浓度控制不当，除了会造成发电效率不佳、输出功率不稳定等缺点外，更容易造成薄膜电极组的损坏。因此，如何适当的补充甲醇，使导入阳极的甲醇溶液的浓度能够被控制在最合适的范围内，是目前直接甲醇燃料电池在研发上相当重要的课题之一。

控制燃料电池中的燃料浓度最直接的方式就是利用感测器直接量测燃料的浓度，并依照量测的结果来决定燃料以及水的补充量。此种作法已于US 6,589,671 B1、US 6,488,837、US 2002/076589 A1、US 2003/0196913A1、WO 01/35478等文献中公开。其中，US 6,488,837与US 2003/0196913A1公开了以薄膜电极组作为感测器，以直接量测甲醇的浓度。值得注意的是，上述方法的精确度容易受到燃料中的杂质、薄膜电极组老化或不稳定等因素影响。

亦有已知技术将所量测到的温度与电流值带入经验公式中以推算出燃料浓度，如US 6,698,278B2，此种作法不需使用到感测器直接量测燃料浓度，但是必须根据不同的燃料电极系统进行调整，方可推算出可能的燃料浓度。其他不需使用到感测器直接量测燃料浓度的方式如US 6,589,679，TW 94119975所述。

此外，由于甲醇溶液的浓度与其物理特性如声音在甲醇溶液中的传递速度以及燃料的介电常数或密度等有着特定的关系，因此有许多已知技术利用量测声音在甲醇溶液中的传递速度来推算出甲醇溶液的浓度，或是量测介电常数或密度来推算浓度如TWI 251954。但是，此种浓度推算方式所使用的感测器造价十分昂贵，或是精准度受燃料内的气泡影响严重，因此量测时，感测器内部的液体必须静止且无气泡，量测的难度颇高。

综观上述的浓度量测方法，普遍有量测不易、量测成本高、量测精确度不稳定等问题。因此，目前业界亟需一种简单且精确度高的燃料浓度量测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种简单、成本低且稳定的方法，可以精确测得燃料浓度。

本发明提出一种燃料浓度量测方法，其包括提供一燃料电池单体，此燃料电池单体具有一阳极侧、一阴极侧以及至少一膜电极组。接着，将一燃料供应至阳极侧，并将一反应气体供应至阴极侧。之后，调整供应至阴极侧的反应气体量，并根据阴极侧内反应气体的消耗速率来判断燃料的浓度。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A与图1B为本发明第一实施例的燃料浓度量测方法的示意图。

图2为燃料电池单体所输出的开路电压与停止供应反应气体的时间关系曲线。