CN100433435C - 用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法 - Google Patents

用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法。步骤101提供直接液态燃料电池，其至少包含第一组膜电极组以及第二组膜电极组。步骤103注入已知预定低门槛浓度的阳极液态燃料至第二组膜电极组，让第二组膜电极组在定电压输出条件下，发生电化学反应而产生第一电流，并记录第一电流值。步骤105注入待测浓度的阳极液态燃料至第一组膜电极组与第二组膜电极组，使得第二组膜电极组在该定电压输出条件下，发生电化学反应而产生第三电流，其中注入于第二组膜电极组的待测浓度阳极液态燃料的温度相同于步骤103的已知预定低门槛浓度阳极液态燃料的温度。步骤107当I3≤I1+ε时，则将步骤105的阳极液态燃料的浓度调高，其中该I1为第一电流值，该I3为第三电流值，该ε为一浓度容忍值。

Description

用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法
技术领域
本发明涉及一浓度计，尤其涉及一种用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法。
背景技术
用来量测直接液态燃料电池，例如直接甲醇燃料电池，其燃料浓度所采行的公知手段，仅是公开到利用浓度传感器作为量测燃料浓度的技艺程度而已。虽然此公知手段可以解决燃料浓度的量测问题，但是对于轻、薄、短、小的直接液态燃料电池而言，浓度传感器的体积规模亦必须紧密地配合改变，否则愈来愈微型化的直接液态燃料电池，将无法在其内部来设置浓度传感器；此外，公知手段经过较长时间使用会面临电化学特性变异而造成量测误差的限制。
本发明的发明人有鉴于上述公知手段的缺失，乃亟思发明而发明出一种用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法，本发明方法利用直接液态燃料电池的膜电极组来作为浓度感测组件来使用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于直接液态燃料电池的阳极液态燃料浓度感测方法，能够用来量测进行电化学反应中的直接液态燃料电池，其当时所使用的燃料其浓度为何。
为达成本发明的上述目的，本发明提供一种用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法，包括下列步骤：步骤101提供一直接液态燃料电池，其中该直接液态燃料电池至少包含第一组膜电极组以及第二组膜电极组，且该第一组膜电极组用于产生电流以供应一负载，以及该第二组膜电极组用于作为感测阳极液态燃料浓度的感测组件；步骤103注入一已知预定低门槛浓度的阳极液态燃料至该第二组膜电极组，并且使得该第二组膜电极组在定电压输出条件下，发生电化学反应而产生一第一电流，然后等待至该第一电流稳定后，记录该第一电流值；步骤105注入一待测浓度的阳极液态燃料至该第一组膜电极组与该第二组膜电极组，使得该第二组膜电极组在该定电压输出条件下，发生电化学反应而产生一第三电流，其中注入于该第二组膜电极组的该待测浓度阳极液态燃料的温度相同于步骤103的已知预定低门槛浓度阳极液态燃料的温度；步骤107当I3≤I1+ε时，则将步骤105的阳极液态燃料的浓度调高，并且使得浓度调高后的该待测浓度阳极液态燃料再予注入至该第一组膜电极组与该第二组膜电极组，其中该I1为该第一电流值，该I3为该第三电流值，该ε为一浓度容忍值且为一大于等于0的值。
附图说明
图1为本发明用于直接液态燃料电池系统的燃料浓度控制方法的流程图。
图2为实施本发明燃料浓度控制方法的直接液态燃料电池系统的示意图。
图3为实施本发明燃料浓度控制方法的直接液态燃料电池系统实行步骤103的运作示意图。
图4为实施本发明燃料浓度控制方法的直接液态燃料电池系统实行步骤105的运作示意图。
图5为实施本发明燃料浓度控制方法的直接液态燃料电池系统实行步骤107的运作示意图。
图6为实施本发明燃料浓度控制方法的直接液态燃料电池系统在平时的运作示意图。
图号编号说明
1   燃料浓度控制方法
2   直接液态燃料电池系统
20  直接液态燃料电池
21  主储存槽
23  特定储存槽
25  温度控制机制
27  混合机制
29  储水槽
31  附储存槽
201 第二组膜电极组
203 第一组膜电极组
为使本领域的普通技术人员了解本发明的目的、特征及功效，现通过下述具体实施例，并配合所附的图式，对本发明详加说明如后。
具体实施方式
图1为本发明用于直接液态燃料电池系统的燃料浓度控制方法的流程图，以及图2为实施本发明燃料浓度控制方法的直接液态燃料电池系统的示意图。本发明通过第二组膜电极组201当作为感测阳极液态燃料浓度的感测组件，燃料浓度控制方法1能够用来控制当时位于直接液态燃料电池20的阳极液态燃料的燃料浓度，方法1包括下列步骤101至步骤107，分别说明如下内文。
在图2中，气液分离机制的功能乃是收集第一组膜电极组203以及第二组膜电极组201的阳极反应生成物，并且将阳极反应生成物所包含的气体排除，而仅留下阳极液态燃料，本发明能够再将回收的阳极液态燃料予以再利用。燃料液位感测机制的功能是侦测位于主储存槽21的阳极液态燃料的液位高低。
步骤101是提供直接液态燃料电池20，而所提供的直接液态燃料电池20至少包含第一组膜电极组203以及第二组膜电极组201。构成第一组膜电极组203的膜电极组数量可以采行一个或是一个以上，例如第一组膜电极组203采用堆栈式(Stack)或平面式(Planar)燃料电池的架构。构成第二组膜电极组201的膜电极组数量可以采行一个或是一个以上。当构成第二组膜电极组201的膜电极组超过二个(含)以上时，则可将该些膜电极组的该些正、负电极端采行串联或是并联一起。然而，为了说明本发明的方便起见，本发明采以单个膜电极组的第二组膜电极组201来作为范例。
在图2的直接液态燃料电池系统2中，第一组膜电极组203在获得空气以及来自于主储存槽21的阳极液态燃料之后，第一组膜电极组203立即发生电化学反应而产生电流以供应外界负载。注入第二组膜电极组201在获得空气，来自于特定储存槽23的阳极液态燃料或是主储存槽21的阳极液态燃料，会经过温度控制机制25的温度处理以保持在预定温度之后，才会注入至第二组膜电极组201。当第二组膜电极组201在获得空气与阳极液态燃料，则立即发生电化学反应而产生第一电流与第三电流。
步骤103是注入已知预定低门槛浓度的阳极液态燃料至第二组膜电极组201，并且使得第二组膜电极组201在定电压输出条件下，发生电化学反应而产生第一电流，然后等待至第一电流稳定后记录第一电流值I1。请参见图3的直接液态燃料电池系统实行步骤103的运作示意图。首先，混合机制27将储水槽29的水与附储存槽31的高浓度阳极液态燃料混合，使得混合后的阳极液态燃料溶液的浓度在已知预定低门槛浓度值，例如，阳极液态燃料溶液的具体例采为甲醇溶液，然后则将3v％甲醇燃料输入至特定储存槽23。当直接液态燃料电池系统2须执行步骤103时，来自于特定储存槽23的已知预定低门槛浓度阳极液态燃料，且该阳极液态燃料并经过温度控制机制25的温度处理以保持在预定温度，例如40℃，将该40℃的已知预定低门槛浓度阳极液态燃料注入至第二组膜电极组201，同时，将第二组膜电极组201的正、负极电压端的输出电压固定在一个定电压值，例如0.3伏特(V)，也就是说，第二组膜电极组201是在定电压输出条件下来输出固定电压的第一电流，待所产生的第一电流稳定后，直接液态燃料电池系统2会记录第一电流值I1。
步骤105是注入待测浓度的阳极液态燃料至第一组膜电极组203与第二组膜电极组201，并且使得第一组膜电极组203发生电化学反应而产生第二电流，以及使得第二组膜电极组201在该定电压输出条件下，发生电化学反应而产生第三电流，其中该待测浓度阳极液态燃料的温度相同于步骤103的已知预定低门槛浓度阳极液态燃料的温度。请参见图4的直接液态燃料电池系统实行步骤105的运作示意图。主储存槽21储存待测浓度的阳极液态燃料，主储存槽21的阳极液态燃料分别注入至第一组膜电极组203与温度控制机制25。接着，温度控制机制25将阳极液态燃料的温度保持在相同于已知预定低门槛浓度阳极液态燃料的温度，例如40℃，然后将同样40℃的待测浓度阳极液态燃料注入至第二组膜电极组201。同时，将第二组膜电极组201的正、负极电压端的输出电压固定在相同的定电压值，例如0.3伏特(V)，也就是说，第二组膜电极组201是在相同定电压输出条件下来输出固定电压的第三电流，此时的直接液态燃料电池系统2会随时记录第三电流值I3。
在步骤105中，第一组膜电极组203发生电化学反应而产生第二电流，这第二电流是用来对负载提供电力。
步骤107是当I3≤I1+ε时，则将步骤105的阳极液态燃料的浓度调高，并且使得浓度调高后的该待测浓度阳极液态燃料再予注入至第一组膜电极组203与第二组膜电极组201，上述I1为第一电流值，I3为该第三电流值，该ε为浓度容忍值，且ε值大于等于0。请参见图5的直接液态燃料电池系统实行步骤107的运作示意图。混合机制27将储水槽29的水与附储存槽31的高浓度阳极液态燃料混合，使得混合后的阳极液态燃料溶液的浓度高于位于主储存槽21内的待测浓度阳极液态燃料，然后，将混合机制27的高浓度阳极液态燃料输入至主储存槽21内，如此达成调高待测的阳极液态燃料的浓度。
图6为本发明直接液态燃料电池系统在平时的运作示意图。当直接液态燃料电池系统2不执行本发明方法1时，来自于主储存槽21的阳极液态燃料注入至第一组膜电极组203，使得第一组膜电极组203在获得空气以及直接液态燃料之后，第一组膜电极组203立即发生电化学反应而产生电流以供应外界负载。由于直接液态燃料电池系统2不执行本发明方法1，第二组膜电极组201可以采行不发生电化学反应的处理方式。
上述的阳极液态燃料能够自甲醇、乙醇、二甲氧甲烷(DMM)等选择其中一种。当然，凡熟悉本发明精神原理后，本发明所适用的阳极液态燃料的具体范例，并不以上述所公开的范例为局限。
本发明的燃料浓度控制方法1是将膜电极组来作为浓度感测组件，并透过电流变化来获知阳极液态燃料的浓度变化，同时通过低门槛燃料的第一电流作为参考基准，排除因膜电极组201效能变异而导致的量测误差，确保浓度控制不受影响，本发明可谓是一种创新的发明。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，所作更动与润饰仍属于本发明的申请专利范围之内。

Claims (11)

1.一种用于直接液态燃料电池的燃料浓度控制方法，包括下列步骤：
A.提供一直接液态燃料电池，其中该直接液态燃料电池至少包含第一组膜电极组以及第二组膜电极组，且该第一组膜电极组用于产生电流以供应一负载，以及该第二组膜电极组用于作为感测一阳极液态燃料浓度的感测组件；
B.注入一已知预定低门槛浓度的阳极液态燃料至该第二组膜电极组，并且使得该第二组膜电极组在定电压输出条件下，发生电化学反应而产生一第一电流，然后等待至该第一电流稳定后，记录该第一电流值；
C.注入一待测浓度的阳极液态燃料至该第一组膜电极组与该第二组膜电极组，使得该第二组膜电极组在该定电压输出条件下，发生电化学反应而产生一第三电流，其中注入于该第二组膜电极组的该待测浓度阳极液态燃料的温度相同于步骤B的已知预定低门槛浓度阳极液态燃料的温度；
D.当I3≤I1+ε时，则将步骤C的阳极液态燃料的浓度调高，并且使得浓度调高后的该待测浓度阳极液态燃料再予注入至该第一组膜电极组与该第二组膜电极组，其中该I1为该第一电流值，该I3为该第三电流值，该ε为一浓度容忍值且为一大于等于0的值。
2.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该第一组膜电极组的膜电极组数量为至少一个。
3.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该第二组膜电极组的膜电极组数量为一个。
4.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该第二组膜电极组的膜电极组数量为至少一个。
5.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该步骤B的阳极液态燃料的已知预定低门槛浓度值，是从2v％至8v％浓度范围中选择其中一个浓度。
6.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，当该第二组膜电极组在该定电压输出条件下，该第二组膜电极组所产生的电压，被固定在一个固定电压值。
7.如权利要求6所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该固定电压值，是从0.1V至0.6V电压范围中选择其中一个固定电压值。
8.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该已知预定低门槛浓度阳极液态燃料的温度，是从20℃至80℃温度范围中选择其中一个固定温度值。
9.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该待测浓度阳极液态燃料的温度，是从20℃至80℃温度范围中选择其中一个固定温度值。
10.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该阳极液态燃料，是选择自甲醇、乙醇、二甲氧甲烷。
11.如权利要求1所述的燃料浓度控制方法，其特征在于，该步骤C进一步包括：使得该第一组膜电极组发生电化学反应而产生一第二电流，其中该第二电流用来以供应该负载。
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