[发明专利]燃料分配结构以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，且尤其涉及一种燃料电池的燃料分配结构。

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 membrance)、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(Direct MethanolFuel 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

传统的直接甲醇燃料电池是将低浓度燃料通入阳极侧，并在阴极侧使用冷凝器回收水以提高燃料的使用效率，但此作法在可携式电子产品上的应用受到限制。因此，已有直接使用高浓度燃料的燃料电池被提出，如美国专利公开案US 2010/0124677、中国专利公开案CN 101632195、中国专利公开案CN101573821以及美国专利公开案US 2010/0190087。为了满足可携式电子产品的设计需求，燃料电池必须能够达到体积小、重量轻以及无操作方向限制等要求。目前，美国专利公开案US 2010/0124677、中国专利公开案CN 101632195、中国专利公开案CN 101573821以及美国专利公开案US 2010/0190087也已针对无操作方向限制的设计作出讨论。

承上述，利用泵浦(liquid pump)将微量的高浓度燃料直接供应燃料电池的阳极的关键技术在于：如何将提供至燃料电池中的微量高浓度燃料均匀地分散。在美国专利公开案US 2010/0124677中，其所揭露的板状燃料分配结构(planarfuel distribution structure)具有尺寸十分微小的螺旋状流道，且板状燃料分配结构的二表面上都披覆有甲醇扩散膜(methanol diffusion films)。在中国专利公开案CN 101632195中，其所揭露的燃料分配机构具有多个流道，而各个流道分别具有一流道出口，且流道出口孔径小于流道尺寸。中国专利公开案CN 101632195主要是利用流道出口的毛细力避免燃料渗漏。在中国专利公开案CN 101573821以及美国专利公开案US 2010/0190087中，其所揭露的燃料分配机构具有多个流道，而各个流道其有多个分支流道，且各分支流道分别其有一流道出口，且流道出口孔径大于分支流道尺寸。中国专利公开案CN 101573821以及美国专利公开案US 2010/0190087主要是利用分支流道的毛细力避免燃料渗漏。

现有技术采用尺寸十分微小(宽度约为10微米左右)的封闭型流道来达到均匀分散燃料的目的，但在前述的封闭型流道的制作过程中，封闭型流道的尺寸(宽度)的控制十分困难。

发明内容

本案提供一种燃料电池及其燃料分配结构，其无操作方向的限制。

本案提供一种燃料分配结构，其包括一第一材料层、一第二材料层、一流道材料层以及一填充材料。第一材料层具有一燃料入口，第二材料层具有多个燃料出口，而流道材料层具有一图案化流道，其中图案化流道的分布范围涵盖燃料入口与燃料出口，而填充材料配置于图案化流道内。

其中，该燃料入口的孔径介于0.1毫米至10毫米之间。

其中，该些燃料出口的孔径介于0.5毫米至20毫米之间。

其中，该些燃料出口以该燃料入口为对称中心对称地分布于该第二材料层中。