[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，且特别涉及可排放其内反应生成气体的一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种利用化学能直接转化为电能的发电装置，与传统发电方式比较之下，燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及较高的能量转换效率等优点，是极具未来前瞻性的干净能源，可应用的范围包括携带式电子产品、家用发电系统、运输工具、军用设备、太空工业以及大型发电系统等各种领域。

常见的燃料电池依照所使用的电解质的种类可大体区分为以下五种：

1.碱性燃料电池(AFC)：以氢氧化钾为电解质；

2.碳酸燃料电池(PAFC)：以磷酸溶液为电解质；

3.熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)：将碳酸物熔解后作为电解质；

4.固态电解质燃料电池(SOFC)：主要以二氧化锆作为电解质；以及

5.质子交换膜燃料电池(PEMFC)：包含所谓直接甲醇燃料电池(DMFC)，直接以甲醇为燃料，而不需先行组成氢气。

其中，直接甲醇燃料电池(DMFC)因直接使用液态或气态的甲醇做为燃料供给来源，且无须重组器以重组甲醇、汽油及天然气等其他材料以生成氢供发电的用，其具有低温生电、燃料成分危险性低与生电结构简单等特性，因此使得直接甲醇燃料电池逐渐成为可携带式电子产品应用的主流。

已知的直接甲醇燃料电池主要是由薄膜电极组(Membrane ElectrodeAssembly，简称MEA)、阳极集电板及阴极集电板所构成。薄膜电极组是由质子传导膜(Proton Exchange Membrance)、阳极触媒层、阴极触媒层、阳极气体扩散层(Gas Diffusion Layer，GDL)以及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。阳极集电板及阴极集电板是分别设置于阳极气体扩散层及阴极气体扩散层之上。直接甲醇燃料电池的反应式如下：

阳极CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-    (1)

阴极(3/2)O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O    (2)

全反应CH₃OH+(3/2)O₂→CO₂+2H₂O  (3)

由反应式(1)可理解，在直接甲醇燃料电池操作时，其阳极部份会有CO₂产生，为了避免阳极累积过大的气体压力，必须适时地将CO₂从燃料电池系统中排除，当阳极使用液态燃料时，CO₂很容易与液体分离而排除，但是当使用气态燃料的电池系统中，气态燃料与CO₂将无法轻易分离而可能使得气态燃料随着CO₂一起排放到系统之外，造成燃料损失，影响燃料电池的燃料转换效率，又，可提供阳极保湿层使气化甲醇可以穿过阳极保湿层进入阳极气体扩散层，但同样的阳极的水气也会穿过阳极保湿层而扩散至燃料储存槽，造成燃料储存槽内的燃料浓度被稀释，并且会导致膜电极阻的内阻值上升，例如WO2005/112172A1号专利申请案所揭示。此外，可更进一步设置CO₂排放口于气化燃料收容室的侧壁，例如WO2006/040961A1号专利申请案所揭示，而该气化燃料收容室的气化甲醇浓度仅次于燃料储存槽，但却因此造成较多的气化甲醇随着CO₂排出，不但污染周围环境，也会使燃料效率下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种燃料电池系统，可以减少阳极水气的逸散，维持膜电极组的内阻值，并且可以有效地排放其阳极侧所形成的生成气体，降低气态燃料排出系统外的损失，进而改善燃料效率。

依据一个实施例，本发明的燃料电池系统，包括：

电池单元，其包括阳极集电层、阴极集电层、夹置于上述阳极集电层与该阴极集电层间的薄膜电极组、围绕上述薄膜电极组、阳极集电层与阴极集电层的框架、设置于该阳极集电层下方的亲水阻气层、设置于该亲水阻气层下方的疏水透气层，以及埋置于该框架内的至少一气体排放沟道，该气体排放沟道露出该亲水阻气层的一部并接触邻近该电池单元的环境，以排通由该薄膜电极组所产生的生成气体至该电池单元之外。