[发明专利]加湿单元及燃料匣

说明书

【技术领域】

本发明是有关于一种燃料电池系统，且特别是有关于一种具有加湿单元的燃料匣(fuel cartridge)。

【背景技术】

能源的开发与应用一直是人类生活不可或缺的条件，但传统的能源的开发与应用对环境的破坏与日俱增。利用燃料电池(fuel cell)技术产生能源具有高效率、低噪音、无污染的优点，是符合时代趋势的能源技术。

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。燃料电池可区分为多种类型，常见的为质子交换膜型燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)以及直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell，DMFC)。以质子交换膜型燃料电池为例，质子交换膜型燃料电池的电池堆模组主要是由薄膜电极组(membrane electrode assembly，MEA)及分别设置于薄膜电极组两侧的阴极(cathode)与阳极(anode)所组成。薄膜电极组是由质子交换膜(protonexchange membrane)、阳极触媒层、阴极触媒层、阳极气体扩散层(gasdiffusion layer，GDL)以及阴极气体扩散层所构成。上述的阳极触媒层与阴极触媒层分别配置于质子交换膜的两侧，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。

在质子交换膜燃料电池中的阳极端，氢气分子会与阳极的触媒发生反应而生成氢离子(H⁺)与电子(e^-)，其化学式可以表示如下：2H₂→4H⁺+4e^-。由阳极反应生成的电子经由外部电路往阴极端移动，以提供负载使用。而阳极反应生成的氢离子则会通过质子交换膜移动至阴极端，并在阴极侧与氧气分子及来自外部电路的电子反应，而生成水，其化学式可以表示如下：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O。因此，PEMFC的总化学反应式可以表示如下：2H₂+O₂→2H₂O。

一般而言，当质子交换膜是湿润时，则质子较易自由移动，因此质子交换膜型燃料电池通常利用加湿器来湿润质子交换膜。但是加湿器的体积庞大且价格昂贵，非常不适合用于可携式的燃料电池上。然而，若质子交换膜不够湿润，则燃料电池的电池堆模组的效能就无法发挥。因此，如何使质子交换膜可具有高保水能力并可快速传导质子仍是目前极为重要的课题。

【发明内容】

本发明提出一种具有加湿单元的燃料匣，能够使产生的氢气具有相当程度的湿度，以直接传送至燃料电池堆中。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明之一实施例提供一种燃料匣，用以提供氢气至燃料电池堆。燃料匣包括氢气供应单元以及加湿单元。氢气供应单元用以产生氢气。加湿单元与氢气供应单元相连通。加湿单元包括第一腔室、第二腔室、薄膜及至少一个薄膜破坏元件。第一腔室具有水容纳于其内，而第二腔室具有吸水材料容纳于其内。薄膜配置于第一腔室与第二腔室之间。薄膜破坏元件连接薄膜。当薄膜破坏元件使薄膜形成孔洞时，第一腔室内的水会流至第二腔室内，而使吸水材料吸附水。

本发明之另一实施例提供一种加湿单元，其适于配置在燃料匣中。加湿单元包括第一腔室、第二腔室、薄膜及至少一个薄膜破坏元件。第一腔室具有水容纳于其内，而第二腔室具有吸水材料容纳于其内。薄膜配置于第一腔室与第二腔室之间。薄膜破坏元件连接薄膜。当薄膜破坏元件使薄膜形成孔洞时，第一腔室内的水会流至第二腔室内，而被吸水材料吸附。

承接上述，本发明提供一种燃料匣，用以提供氢气至一燃料电池堆，

该燃料匣包括：

一氢气供应单元，用以产生氢气；以及

一加湿单元，与该氢气供应单元相连通，该加湿单元包括：

一第一腔室，具有水容纳于其内；

一第二腔室，具有一吸水材料容纳于其内；

一薄膜，配置于该第一腔室与该第二腔室之间；以及

至少一薄膜破坏元件，连接该薄膜，其中当该薄膜破坏元件使该薄膜形成孔洞时，该第一腔室内的水流至该第二腔室内，而使该吸水材料吸附水。

本发明还提供一种加湿单元，适于配置在燃料匣中，该加湿单元包括：

一第一腔室，具有水容纳于其内；