CN101103482A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种电极膜结构，其包括：聚合物材料的固体电解质膜(1)和堆叠在固体电解质膜两侧的燃料电极(2)和空气电极(3)。燃料电极(2)由阳极催化剂层(4)和燃料电极集电器(6)形成，空气电极(3)由阴极催化剂层(5)和空气电极集电器(7)形成。在燃料电极集电器(6)的背面，在外壳(10a)和燃料保持膜(8)之间设置燃料槽(11)。用隔板将燃料槽(11)的内部分隔为多个分区，使液体燃料均匀地分布到燃料电极(2)上。燃料保持膜(8)吸收和保留燃料槽(11)中的液体燃料(甲醇)，并通过燃料保持膜(8)分散到燃料电极(2)上。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种使用催化剂在燃料电极中从液体燃料分离的氢离子发电的燃料电池，更具体地，涉及一种不使用被动传递装置(例如泵)将液体燃料供应至燃料电极的燃料电池。

发明背景

近年来，人们进行各种尝试用燃料电池作为个人笔记本电脑、蜂窝电话等各种可携带电子器件的供电设备，使器件和电话能够在不充电的情况下使用较长时间。燃料电池的特征在于可仅使用燃料和空气而发电，且只要补充燃料就能够连续地发电。因此，如果燃料电池的小型化得以实现，燃料电池就是用于可携带器件的非常有用的能源。

在直接甲醇型燃料电池(DMFC，direct methanol fuel cell)中，采用高能量密度的甲醇作为燃料，使用催化剂和固体电解质膜直接从此处提取电流。因此，直接甲醇型燃料电池不需要改变器件，能够小型化，并且比使用氢的燃料电池更容易处理。因此这些燃料电池有望作为小型可携带电器用能源。

根据燃料的提供方式，已知的DMFC分为以下几类：气体供给型DMFC，其中通过吹风机等装置将气化的液体燃料送入燃料电池内；液体供给型DMFC，其中用泵等装置将液体燃料直接送入燃料电池内；内部气化型DMFC，其中首先使供应的液体燃料气化，然后送入燃料电极中。

日本专利中请公开第2004-319430号中描述了液体供给型DMFC的一个例子。该燃料电池包括多个起电部分和将燃料均匀地提供给各起电部分的燃料回流通道。

日本专利申请公开第2000-106201号中描述了内部气化型DMFC的一个例子。该内部气化型DMFC包括保持液体燃料的燃料浸透层；用于扩散燃料浸透层中保持的液体燃料中含有的气态组分的燃料气化层。气化的燃料从燃料气化层供应到燃料电极。在该专利文献中，使用甲醇和水以1∶1的摩尔比混合的甲醇水溶液作为液体燃料，甲醇和水都以气化的形式供给燃料电极。这种使用甲醇水溶液作为燃料的燃料电池的缺点是由于甲醇和水在气化速率方面的差异，这种电池不能表现出足够的输出性质。为了提高输出性质，进一步减小尺寸，目前已经开发了使用纯甲醇作为燃料的燃料电池。

另外，已经开发了不使用主动传递装置(例如燃料泵)将液体燃料供应至燃料电极的被动燃料电池作为小型化燃料电池，主要用于可移动装置中。在这些燃料电池中，在使用过程中固定姿态非常困难的，因为可移动装置以各种不同的姿态使用。例如，可携带的小型化音乐播放器通常放在口袋或包中使用，因此无法限制它们的姿态。该音乐播放器中含有的燃料电池的姿态同样无法限制。因此，当使用液体燃料的被动燃料电池用于可移动装置时，一项重要的技术挑战是如何均匀地将液体燃料供应至电池的燃料电极。如果液体燃料没有均匀地供应至燃料电极，则会发生减少输出之类的问题。此外，如果这种状态继续，固体电解质膜中的质子途径会有偏向，或者部分固体质子膜完全干燥，从而缩短了燃料电池的使用寿命。

发明概述

就上述在不使用传递装置(例如泵)将液体燃料供应至燃料电极的被动燃料电池中涉及的问题而言，本发明已经作了改进。本发明的目的是，即使是在使用过程中电池的姿态难以固定的情况下，也要抑制液体燃料(将供应给燃料电极)在被动燃料电池中分布的不均衡，从而提高电池的输出性能，延长电池的使用寿命。

依据本发明的实施方式，提供一种燃料电池，其中液体燃料的燃料组分从燃料槽供应至燃料电极，该燃料电池包括：

具有离子诱导率的固体电解质膜；

堆叠在固体电解质膜一侧的燃料电极，包括供应有液体燃料的燃料组分的阳极催化剂层；

堆叠在固体电解质膜另一侧的空气电极，包括阴极催化剂层；和

与固体电解质膜相对的燃料槽，燃料电极位于两者之间，该燃料槽用于容纳液体燃料，

燃料槽分为多个分区，各分区具有一个由燃料电极形成的壁表面。

如上所述，因为燃料槽的内部被分为多个分区，所以防止了液体燃料集中在燃料槽的一个部位，甚至在使用过程中燃料电池的姿态(相应地，燃料电极和燃料槽的姿态)非水平时，液体燃料也可以均匀地分散在各分区中。因此，可以抑制液体燃料在燃料槽中的分布的不均衡，从而防止电池输出减少或使用寿命缩短。

较佳地，用燃料保持膜涂布燃料电极面对着燃料槽的表面，该膜吸收了液体燃料并且将液体燃料分散到燃料电极上。附着在燃料电极上的燃料保持膜进一步提高了液体燃料在燃料电极上的均匀分布。

较佳地，对多个分区进行设置，使得液体燃料可以通过单独一个共用的燃料注入孔注入到所述分区中。

更佳地，多个分区中的任一个通过在限定多个分区的隔板中形成的开口与多个分区中的至少另一个相互连通。

通过这样使各分区相互连接，当燃料电池的姿态改变时，液体燃料可以在一定范围内在分区之间移动，其中不是所有液体燃料都移动。因此，剩余的液体燃料可以均匀地分布在各分区中。

依据本发明的另一个实施方式，提供一种燃料电池，其中液体燃料的燃料组分从燃料槽供应至燃料电极，该燃料电池包括：

具有离子诱导率的固体电解质膜；

堆叠在固体电解质膜一侧的燃料电极，包括供应有液体燃料的燃料组分的阳极催化剂层；

堆叠在固体电解质膜另一侧的空气电极，包括阴极催化剂层；和

与固体电解质膜相对的燃料槽，燃料电极位于两者之间，该燃料槽用于容纳液体燃料，

燃料槽由与燃料电极平行的平面内弯折的通道形成。

如上所述，因为燃料槽由弯折的(angled)通道形成，所以防止了液体燃料集中在燃料槽的一个部位，甚至在使用过程中燃料电池的姿态(相应地，燃料电极和燃料槽的姿态)非水平时，液体燃料也可以均匀地分散在通道中的多个部位。因此，可以抑制液体燃料在燃料槽中的分布的不均衡，从而防止电池输出减少或使用寿命缩短。

较佳地，用燃料保持膜涂布燃料电极面对着燃料槽的表面，该膜吸收了液体燃料并且将液体燃料分散到燃料电极上。附着在燃料电极上的燃料保持膜进一步提高了液体燃料在燃料电极上的均匀分布。

较佳地，燃料槽由多个通道形成，各通道包括在多个与燃料电极平行的平面内弯折的部分。

更佳地，通道具有符合以下特征的截面：从通道的液体燃料进口至通道的末端逐渐或阶梯状地增大。

在本发明的燃料电池中，将供应至燃料电极的液体燃料在电池中分布的不均衡得到抑制，从而提高了电池的输出性能，延长了电池的使用寿命。

附图简要说明

图1是说明依据本发明实施方式的燃料电池的截面图；

图2是说明结合在图1所示的燃料电池中的燃料槽的设计的图；

图3是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的设计例子的图；

图4是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的另一个设计例子的图；

图5是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的另一个设计例子的图；

图6是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的另一个设计例子的图；

图7是说明结合在作为对比例的燃料电池中的燃料槽的设计的图；

图8是说明用在图3所示的燃料槽中的隔板的形状的透视图；

图9是说明依据本发明的另一个实施方式的燃料电池的截面图；

图10是结合在图9所示的燃料电池中的燃料槽的设计；

图11是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的设计例子的图；

图12是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的另一个设计例子的图；和

图13是说明结合在本发明的燃料电池中的燃料槽的另一个设计例子的图。

本发明的最佳实施方式

图1(截面图)显示依据本发明的一个实施方式的燃料电池。在该图中，附图标记1表示固体电解质膜，附图标记2表示燃料电极，附图标记3表示空气电极，附图标记11表示燃料槽。

作为起电部分的膜电极组件(MEA)包括固体电解质膜1和堆叠在该膜两侧的燃料电极2(阳极)和空气电极3(阴极)。燃料电极2包括阳极催化剂层4和燃料电极集电器6。空气电极3包括阴极催化剂层5和空气电极集电器7。

阳极和阴极催化剂层4和5由涂布了催化剂的复写纸形成。复写纸的催化剂涂布表面与固体电解质膜1经过热压粘合在一起。例如，按照以下方法得到催化剂层：向负载了阳极或阴极催化剂颗粒的炭黑中加入用作质子传导树脂的全氟碳磺酸溶液和用作分散介质的水和甲氧基丙醇，从而制得其中分散有负载了催化剂的炭黑的糊料。用该糊料涂布作为阴极气体分散层的多孔复写纸，从而提供催化剂层。

在阳极催化剂层4的背面(离固体催化性膜1较远的表面)，堆叠了用于将电流提取到外部的燃料电极集电器6。类似地，在阴极催化剂层5的背面(离固体催化性膜1较远的表面)，堆叠了用于将电流提取到外部的空气电极集电器7。为了向阳极催化剂层4提供燃料，向阴极催化剂层5提供空气，在燃料电极集电器6和空气电极集电器7中形成大量通孔。例如，使用镀金铜板作为阳极和阴极催化剂层4和5。因此，固体电解质膜1、燃料电极2和空气电极3作为整体在膜电极组件中形成。

膜电极组件位于塑料(例如PPS)外壳10a和10b之间，在两者之间设置有橡胶密封部件9，通过例如螺丝钉固定。橡胶密封部件9与伸出阳极催化剂层4和阴极催化剂层5的固体电解质膜1的部分接触，从而在接触部位将外壳10a和10b的内部密封。

在燃料电极集电器6的背面(离阳极催化剂层4较远的表面)，进一步附着由无纺布形成的燃料保持膜8，在两者之间设置有用于气化液体燃料的气化膜(气液分离膜)(未示出)。在外壳10a的燃料电极2一侧和燃料保持膜8之间形成燃料槽11。燃料槽11中的液体燃料(甲醇)被吸收在燃料保持膜8中。一部分燃料临时保留在燃料保持膜8中，并通过燃料保持膜8。此外，通过气化膜(气液分离膜)气化的液体燃料的气化部分到达燃料电极2的各元件。

在此说明书中，“使用燃料电极作为限定燃料槽的一个壁表面”的表述还指使用最接近燃料槽11的层作为这一个壁表面，而其它层位于燃料槽和燃料电极之间。

在接近于燃料电极2的外壳10a的侧壁中形成用于向液体槽11中补充液体燃料的燃料注入孔12。接近空气电极3的外壳10b具有大量用于从外部引入空气的小孔。

图2是说明图1所示的燃料电池的燃料槽11的平面图。在该例子中，燃料槽11包括三个分区11a至11c。分区11a中具有燃料注入孔12，分区11a和11b、分区11b和11c分别通过各自的隔板中形成的开口互相连通。

通过燃料注入孔12注入的液体燃料从分区11a通过隔板中形成的开口流入分区11b和11c中。此外，例如，根据燃料电池姿态的变化和液体燃料的剩余部分在分区11a至11c中的平衡，液体燃料在分区11a至11c之间移动。结果，液体燃料在燃料槽11中的非均衡分布得到抑制。

如上所述，在本发明的燃料电池中，为了将液体燃料均匀地提供给燃料电极2，将燃料槽11分为多个分区。图3至图6显示了燃料槽11的其它设计例子。

在图3的例子中，燃料槽11由两个分区11d和11e形成。分区11d中具有燃料注入孔12。两个分区11d和11e通过隔板中形成的开口相互连通。液体燃料通过燃料注入孔12进入分区11d，从分区11d通过开口流入另一个分区11e中。

在图4的例子中，与图3的例子相似，燃料槽11由两个分区11f和11g形成。但是，燃料注入孔12位于分区11f和11g的交界处，液体燃料通过燃料注入孔12直接补充到分区11f和11g中。两个分区11f和11g通过在邻近于燃料注入孔12的前端的位置形成的开口相互连通。

在图5的例子中，与图4的例子相似，燃料槽11由两个分区11h和11i形成。但是，燃料注入孔12沿着分区11h和11i的界线延伸至燃料槽11的中心，在隔板的中心位置开口。结果，液体燃料通过燃料注入孔12直接补充到两个分区11h和11i中。两个分区11h和11i通过在隔板中心形成的开口相互连通。

在图6的例子中，燃料槽11包括四个分区11j、11k、11m和11n。也就是说，燃料槽11的内部被垂直和水平的隔板分隔为4个分区。燃料注入孔12沿着分区11j和11k的界线延伸至燃料槽11的中心，在接近隔板的交叉位置开口。结果，液体燃料通过燃料注入孔12直接补充到四个分区11j、11k、11m和11n中。四个分区11j、11k、11m和11n通过在接近隔板交叉位置形成的开口互相连通。

燃料注入孔的位置不限定在外壳的侧壁的中心，而是可以在其它位置，例如侧壁一端，前提是它与燃料电池相符合。

将燃料槽分隔为多个分区的隔板可以与燃料槽作为整体形成，或者作为单独的元件形成，然后再与燃料槽组合。特别地，从液体燃料在隔板开口处的移动的效率来看，或者从制造的简易性来看，优选隔板与燃料槽作为整体形成。

可以根据燃料电池，适当改变将燃料槽内部分隔为多个分区的隔板中形成的开口的形状和/或数目。

如果在同一个平面上具有多个膜电极组件，优选在这些组件之间设置将燃料槽内部分隔为多个分区的隔板。但是，根据具体情况，隔板可以设置在组件的下方。

尽管在上述说明中，提供给阳极催化剂层的燃料组分是气体，但是不限于是气体，可以是液体。根据燃料电池的构造，可使用各种材料。

此外，燃料槽11中含有的液体燃料不限于是甲醇燃料，可以是其它液体燃料，例如，乙醇燃料，诸如乙醇水溶液或纯乙醇；丙醇燃料，诸如丙醇水溶液或纯丙醇；乙二醇燃料，诸如乙二醇水溶液或纯乙二醇；二甲基乙基或甲酸。在任何情况下，含有符合各燃料电池要求的液体燃料。

现在将给出评估本发明的燃料电池的性能的测试结果。在测试中，固体电解质膜1是边长70毫米的正方形，阳极和阴极催化剂层4和5是边长60毫米的正方形。因此，阳极和阴极催化剂层4和5比固体电解质膜1的各边突出5毫米。燃料槽11是边长60毫米的正方形，深3毫米。

(样品1)

制备具有图3所示的燃料槽设计的燃料电池。图8显示了隔板的形状。隔板的中心具有一个凹槽，能够使燃料在由隔板限定的分区之间移动。该凹槽或开口的长度为5毫米，高度为1.5毫米，它的设计应该使隔板中有高度为1.5毫米的部分突出(stand from)燃料槽11的底部。

(样品2)

制备具有图4所示的燃料槽设计的燃料电池。在该实施例中，供燃料移动的开口在对应于燃料注入孔的前端的隔板的末端形成，开口的尺寸与实施例1中相同。

(样品3)

制备具有图5所示的燃料槽设计的燃料电池。在该实施例中，供燃料移动的开口在对应于燃料槽中心的隔板部分形成，开口的尺寸与实施例1中相同。

(样品4)

制备具有图6所示的燃料槽设计的燃料电池。在该实施例中，供燃料移动的开口在对应于燃料槽中心的隔板的交叉部位形成，开口的尺寸与实施例1中相同。

(样品5)

为了比较，制备包括图7所示的不具有分区的燃料槽的燃料电池。

制备50个类似于上述图3至图7所示的样品的燃料电池，进行以下评估测试：

首先，将燃料电池分别水平地放置在平桌上，测量它们的原始输出。使用20重量％的甲醇水溶液作为液体燃料，各燃料电池在进行1A放电时得到的输出设定为初始输出。

在确定了初始输出后，将基本上占据燃料槽一半体积的5cc液体燃料注入到燃料槽中，在1A的恒电流下继续放电，直到电压达到0.2伏。此时，在燃料电池的主体倾斜15°的情况下进行发电。50个燃料电池中的25个燃料电池的主体都偏离垂直轴倾斜第一方向，这样从燃料进口的角度看燃料电池的左边比右边低。此外，另外25个燃料电池，各主体偏离水平轴倾斜第二方向，这样燃料进口的相对一侧较低。当电压达到0.2伏时，停止放电。然后，再次注入5cc的液体燃料，在相同的条件下重复放电，直到总放电时间达到500小时。

在共发电500小时后，确定输出，各燃料电池按照与确定初始输出时相同的方式水平放置。表1显示了各样品在500小时放电后的输出与初始输出的比值(平均值)。

表1(在500小时放电后的输出保持率)

	第一方向倾斜	第二方向倾斜
			样品1样品2样品3样品4样品5	76.0％88.8％92.8％93.5％76.2％	86.5％77.1％77.8％92.8％75.9％

从表1中可以看出，不考虑姿态的影响，燃料槽内部没有分区的样品5(图7)的输出保持率约为76％。相反，在燃料槽内部被隔板分为两个相同的分区的样品1至样品3(图3至图5)中，可以确定在主体倾斜，从而隔板的表面偏离表面内的水平轴倾斜时，可以获得优点，也就是确定在500小时放电后输出保持率提高。这些结果似乎意味着在样品5中，当燃料电池倾斜时，液体燃料容易移动，因此导致液体燃料的分布非常不均衡，从而导致输出的明显下降。相反，在隔板将液体燃料的移动限制在某种程度的样品1至样品3中，燃料分布的不均衡受到抑制，从而与样品5相比，抑制了输出的降低。

此外，与样品1相比，样品2和样品3的输出降低较小。这可能是因为燃料分布的不均衡程度进一步降低，因此输出保持率进一步提高，因为燃料是同时注入到燃料槽的多个分区中，或者注入到接近电极中心的部分。而且，在燃料槽内部被均匀分隔为4个分区的样品4中，燃料分布的不均衡程度进一步降低，因为燃料是从燃料槽的中心分布到各分区中，结果在第一方向倾斜和第二方向倾斜的情况中输出降低都得到抑制。

图9(截面图)显示了依据本发明的另一个实施方式的燃料电池。在该图中，附图标记1表示固体电解质膜，附图标记2表示燃料电极，附图标记3表示空气电极，附图标记21表示燃料槽。

作为起电部分的膜电极组件(MEA)包括由高分子聚合材料形成的固体电解质膜1和堆叠在该膜两侧的燃料电极2(阳极)和空气电极3(阴极)。燃料电极2包括阳极催化剂层4和燃料电极集电器6。空气电极3包括阴极催化剂层5和空气电极集电器7。

阳极和阴极催化剂层4和5由涂布了催化剂的复写纸形成。涂布了催化剂的复写纸表面与固体电解质膜1经过热压粘合在一起。例如，按照以下方法得到催化剂层：向负载了阳极或阴极催化剂颗粒的炭黑中加入用作质子传导树脂的全氟碳磺酸溶液和用作分散介质的水和甲氧基丙醇，从而制得其中分散有负载了催化剂的炭黑的糊料。用该糊料涂布作为阴极气体分散层的多孔复写纸，从而提供催化剂层。

在阳极催化剂层4的背面(离固体催化性膜1较远的表面)，堆叠了用于将电流提取到外部的燃料电极集电器6。类似地，在阴极催化剂层5的背面(离固体催化性膜1较远的表面)，堆叠了用于将电流提取到外部的空气电极集电器7。为了向阳极催化剂层4提供燃料，向阴极催化剂层5提供空气，在燃料电极集电器6和空气电极集电器7中形成大量通孔。例如，使用镀金铜板作为阳极和阴极催化剂层4和5。因此，固体电解质膜1、燃料电极2和空气电极3作为整体在膜电极组件中形成。

膜电极组件位于塑料(例如PPS)外壳10a和10b之间，在两者之间设置有橡胶密封部件9，通过例如螺丝钉固定。橡胶密封部件9与伸出阳极催化剂层4和阴极催化剂层5的固体电解质膜1的部分接触，从而在接触部位将外壳10a和10b的内部密封。

在燃料电极集电器6的背面(离阳极催化剂层4较远的表面)，进一步附着由无纺布形成的燃料保持膜8，在两者之间设置有用于气化液体燃料的气化膜(气液分离膜)(未示出)。在外壳10a的燃料电极2一侧和燃料保持膜8之间形成燃料槽21。燃料槽21中的液体燃料(甲醇)被吸收在燃料保持膜8中。一部分燃料临时保留在燃料保持膜8中，并通过燃料保持膜8。此外，通过气化膜(气液分离膜)气化的液体燃料的气化部分到达燃料电极2的各元件。

在此说明书中，“使用燃料电极作为限定燃料槽的一个壁表面”的表述还指使用最接近燃料槽21的层作为这一个壁表面，而其它层位于燃料槽和燃料电极之间。

在接近于燃料电极2的外壳10a的侧壁中形成用于向液体槽21中补充液体燃料的燃料注入孔22。接近空气电极3的外壳10b具有大量用于从外部引入空气的小孔。

图10是说明图1所示的燃料电池的燃料槽21的平面图。在该例子中，燃料槽21包括两个燃料通道21a和21b。两个燃料通道21a和21b具有共用的燃料注入孔22。两个燃料通道21a和21b在进口处互相连通。在该图中，燃料通道21a从进口向上延伸，到达燃料槽21的上部，在此向左转折，到达燃料槽21的右侧，在此向下转折，到达燃料槽21的下侧，向右转折，并向上延伸，到达略微偏离上侧和左侧的位置。燃料通道21b按照燃料通道21a的转折方式相对于中心线形成，在略微偏离上侧和右侧的位置终止。因此，燃料通道21a和21b平行地延伸至燃料电极2，在四个位置转折，这样它们各覆盖燃料电极2的一半部分。

燃料槽21中的液体燃料随着燃料电池姿态和留在燃料通道21a和21b中的燃料量的变化而移动，并且分布到多个在燃料槽21中形成的分区中。结果，燃料在燃料槽21中分布的不均衡得到抑制，从而防止了电池输出的减少/电池寿命的缩短。

燃料注入孔的位置不限定在外壳侧壁的中心，而是可以根据燃料电池的设计而变化。

限定燃料通道的隔板可以与燃料槽作为整体形成，或者作为单独的元件形成，然后与燃料槽组装。特别地，从液体燃料移动的效率来看，或者从制造的简易性来看，优选隔板与燃料槽作为整体形成。

如果在同一个平面上具有多个膜电极组件，优选在这些组件之间设置限定燃料槽中燃料通道的隔板。但是，根据具体情况，隔板可以设置在组件的下方。

此外，包括图2所示的多个分区的燃料槽和包括图10所示的燃料通道的燃料槽可以如上所述单独使用，或者组合使用。

尽管在上述说明中，提供给阳极催化剂层的燃料组分是气体，但是不限于是气体，可以是液体。根据燃料电池的构造，可使用各种材料。

此外，燃料槽11中含有的液体燃料不限于是甲醇燃料，可以是其它液体燃料，例如，乙醇燃料，诸如乙醇水溶液或纯乙醇；丙醇燃料，诸如丙醇水溶液或纯丙醇；乙二醇燃料，诸如乙二醇水溶液或纯乙二醇；二甲基乙基或甲酸。在任何情况下，含有符合各燃料电池要求的液体燃料。

现在将给出评估本发明的被动燃料电池的性能的测试结果。在测试中，固体电解质膜1是边长70毫米的正方形，阳极和阴极催化剂层4和5是边长60毫米的正方形。因此，阳极和阴极催化剂层4和5比固体电解质膜1的各边突出5毫米。燃料槽21是边长60毫米的正方形，深3毫米。

(样品6)

制备具有图11所示的设计的燃料槽21的燃料电池。该设计基本与图10所示相同。两个燃料通道21a和21b具有不变的宽度10毫米。

(样品7)

制备具有图12所示的设计的燃料槽21的燃料电池。如图12所示，两个燃料通道21c和21d的宽度从液体燃料的进口至它们的末端阶梯状地增加。更具体地，通道21c和21d的宽度在它们的进口、中间位置和末端分别为5毫米、10毫米和15毫米。

(样品8)

为了比较，制备包括图13所示的不具有燃料通道的燃料槽21的燃料电池。

制备50个类似于上述图11至图13所示的样品的燃料电池，进行以下评估测试：

首先，将燃料电池分别水平地放置在平桌上，测量它们的初始输出。使用20重量％的甲醇水溶液作为液体燃料，各燃料电池在进行1A放电时得到的输出设定为初始输出。

在确定了初始输出后，将基本上占据燃料槽一半体积的5cc液体燃料注入到燃料槽中，在1A的恒电流下继续放电，直到电压达到0.2伏。此时，在燃料电池的主体倾斜15°的情况下进行发电。50个燃料电池中的25个燃料电池的主体都偏离垂直轴倾斜第一方向，这样从燃料进口的角度看燃料电池的左边比右边低。此外，另外25个燃料电池，各主体偏离水平轴倾斜第二方向，这样燃料进口的相对一侧较低。当电压达到0.2伏时，停止放电。然后，再次注入5cc的液体燃料，在相同的条件下重复放电，直到总放电时间达到500小时。

在共发电500小时后，确定输出，各燃料电池按照与确定初始输出时相同的方式水平放置。表1显示了各样品在500小时放电后的输出与初始输出的比值(平均值)。

表2(在500小时放电后的输出保持率)

	第一方向倾斜	第二方向倾斜
			样品6样品7样品8	89.8％94.8％76.2％	80.0％88.2％75.9％

从表2中可以看出，不考虑姿态的影响，燃料槽内部没有分区的样品8(图13：对比例)的输出保持率约为76％。相反，在燃料槽内形成在几个位置转折的燃料通道的样品6和样品7(图11和图12)中，可以确定在500小时放电后输出保持率提高。这些结果似乎意味着在样品8中，当燃料电池倾斜时，液体燃料容易移动，因此导致液体燃料的分布非常不均衡，从而导致输出的明显下降。相反，在燃料通道将液体燃料的移动限制在某种程度的样品6和样品7中，燃料分布的不均衡受到抑制，从而与样品8相比，抑制了输出的降低。

此外，与样品6相比，样品7的输出降低较小。这可能是因为在样品7中，借助于较窄的通道进口，燃料甚至能充分分布到燃料通道的末端，否则末端处的燃料是不够的，因为注入的燃料的量约为燃料槽体积的一半。

Claims (11)

1.一种燃料电池，其中液体燃料的燃料组分从燃料槽供应至燃料电极，该燃料电池包括：

具有离子诱导率的固体电解质膜；

堆叠在所述固体电解质膜一侧的燃料电极，其包括被供以液体燃料的燃料组分的阳极催化剂层；

堆叠在所述固体电解质膜另一侧的空气电极，其包括阴极催化剂层；和

与所述固体电解质膜相对的燃料槽，所述燃料电极位于两者之间，所述燃料槽用于容纳液体燃料，

所述燃料槽分为多个分区，各分区有一个由所述燃料电极形成的壁表面。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，面对着燃料槽的燃料电极表面涂布有燃料保持膜，所述燃料保持膜吸收液体燃料并且将液体燃料分散到燃料电极上。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述多个分区的构造使得液体燃料可以通过单一共用的燃料注入孔注入到所述分区中。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述多个分区中的每一个通过在确定所述多个分区的隔板中形成的开口与多个分区中的至少另外一个相互连通。

5.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，燃料电池的内部被至少两个相互交叉的隔板分隔为至少四个分区，四个分区中的每一个通过在所述两个隔板中形成的开口与四个分区中的至少另外一个相互连通。

6.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，供应至阳极催化剂层的燃料组分是液体或气体。

7.一种燃料电池，其中液体燃料的燃料组分从燃料槽供应至燃料电极，该燃料电池包括：

具有离子诱导率的固体电解质膜；

堆叠在所述固体电解质膜一侧的燃料电极，其包括被供以液体燃料的燃料组分的阳极催化剂层；

堆叠在所述固体电解质膜另一侧的空气电极，其包括阴极催化剂层；和

与所述固体电解质膜相对的燃料槽，所述燃料电极位于两者之间，所述燃料槽用于容纳液体燃料，

所述燃料槽由在与燃料电极平行的平面内弯折的通道形成。

8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，面对着燃料槽的燃料电极表面涂布有燃料保持膜，所述燃料保持膜吸收液体燃料并且将液体燃料分散到燃料电极上。

9.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，燃料槽由多个通道形成，各通道包括多个在与燃料电极平行的平面内弯折的部分。

10.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述通道具有从通道的液体燃料进口至通道的末端逐渐或阶梯状增大的截面。

11.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，供应至阳极催化剂层的燃料组分是液体或气体。

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