CN1830112A - 测量醇浓度的方法、醇浓度测量装置和包括该装置的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统(660)包括：燃料电池主体(100)，其具有固体聚合物电解质隔膜(114)、附着到固体电解质隔膜(114)的燃料电极(102)和氧化剂电极(108)；燃料存储单元(664)，其存储液体燃料(124)；聚合物隔膜(665)，其具有质子导电性并设置在燃料存储单元(664)中；包括第一电极端子(666)和第二电极端子(667)的浓度检测单元，其根据所述聚合物隔膜(665)的质子导电性的变化来检测燃料存储单元(664)中的液体燃料(124)的醇浓度；以及浓度测量单元(670)。

Description

测量醇浓度的方法、醇浓度测量装置和 包括该装置的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及测量醇浓度的方法、醇浓度测量装置和包括该装置的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池由燃料电极、氧化剂电极和布置在电极之间的电解质构成。将燃料提供给燃料电极并将氧化剂提供给氧化剂电极，以进行电化学反应从而产生电能。通常，已经使用氢气作为燃料，但是近年来，已经深入研究直接型燃料电池，其直接使用便宜且更容易控制的诸如甲醇的醇作为燃料。
当氢气用作燃料时，用下述公式(1)表示燃料电极上的反应：
                   (1)
当甲醇用作燃料时，用下述公式(2)表示燃料电极上的反应：
      (2)
在任何一种情况中，用下述公式(3)表示氧化剂电极上的反应：
         (3)
特别地，直接型燃料电池，其可以从含水的甲醇溶液产生质子，因此不需要变换器等，可以实现小型化和重量轻。它们的特征还在于当它们使用液体的含水甲醇溶液作为燃料时，其能量密度非常高。
然而，对于直接型燃料电池，燃料中的醇浓度根据发电状态而变化。为了保持燃料电池的电能稳定，需要将燃料中的醇浓度保持在适当的范围。因此，燃料电池系统需要用于检测燃料中的醇浓度的装置。
例如，专利文献1公开了测量液体中的醇浓度的传感器。通过在电极之间设置涂覆聚噻吩型导电聚合物并使得对应于醇浓度的电阻变化来构成该传感器。
另外，专利文献2和3公开了使用燃料电池状的电池来测量液体中的甲醇浓度的传感器，该电池包括夹着电解质隔膜的阳极和阴极(参见专利文献2的图15和专利文献3的图6)。在这些电池中，使用诸如Pt-Ru的催化电极作为阳极并使用Pt作为阴极。通过在如上构成的电池的阳极和阴极之间施加恒定电压，产生了将甲醇转换成阳极上的二氧化碳和质子转换成阴极上的氢气的反应，由此电流在阳极和阴极之间流动。通过测量该电流值可以测量液体中的甲醇的浓度。
[专利文献1]日本特开专利公开No.H6-265503
[专利文献2]美国专利No.6,254,748
[专利文献3]美国专利No.6,306,285
发明内容
然而，至于具有上述专利文献1所述的结构的传感器，根据传感器被放置在诸如己烷或者汽油这样的良好溶剂中的情况中和传感器被放置在诸如甲醇和水这样的不良溶剂中的情况之间侧链的结构不同的事实，来检测液体中的醇浓度。因此，很难精确地检测作为不良溶剂的醇水溶液中的醇浓度。
在具有上述专利文献2和3所述的结构的传感器的情况中，需要制备燃料电池状电池用于测量甲醇浓度，而且，还需要使用昂贵的金属催化剂，诸如Pt作为阳极和阴极。另外，由于在阴极中产生氢气，所以需要去除氢气气体。
考虑到上述的情况，本发明的目的是提供能够用简单的结构来检测醇浓度的醇浓度测量装置、包括该装置的燃料电池系统和测量醇浓度的方法。
根据本发明，提供了一种使用含醇的液体燃料的燃料电池系统，包括：燃料电池主体，其包括固体聚合物电解质隔膜以及附着到固体聚合物电解质隔膜的燃料电极和氧化剂电极；容纳液体燃料的容器；聚合物隔膜，具有质子导电性并设置在容器的内部或者容器的壁部；以及浓度检测单元，当用液体燃料浸入或者浸渍聚合物隔膜时，其根据聚合物隔膜的质子导电性的改变来检测容器中液体燃料的醇浓度。
燃料电池主体可以是将液体燃料直接提供给燃料电极的直接型，或者可以是使用通过重整液体燃料而获得的氢气作为燃料的类型。容纳液体燃料的容器包括：设置在燃料电池主体的燃料电极处的燃料电极槽；存储提供给燃料电极槽的燃料的缓冲槽；燃料盒；以及连接它们的管道，如果聚合物隔膜可以浸渍在液体燃料中，则管道可以具有任何结构。
聚合物隔膜被构造成浸渍在容器中的液体燃料中，并由具有随液体燃料的醇浓度可改变的质子导电性的材料构成。含质子酸基团的材料可以用作聚合物隔膜。
本发明的燃料电池系统可以用简单的结构检测液体燃料中的醇浓度。由于本发明的燃料电池系统可以根据聚合物隔膜的质子导电性的改变来检测液体燃料中的醇浓度，所以甚至在作为不良溶剂的含水的醇溶液中也能以高精度来检测醇浓度。
在本发明的燃料电池系统中，浓度检测单元可以包括：附着到聚合物隔膜的一对电极端子；测量该电极端子之间的电阻值的电阻测量单元；以及根据由电阻测量单元测量的电阻值来计算液体燃料的醇浓度的浓度计算单元。
这里，由于聚合物隔膜由具有随醇浓度可改变的质子导电性的材料构成，所以在通过聚合物隔膜将电流施加在电极端子之间的情况中，电极端子之间的电阻值随液体燃料中的醇浓度改变。浓度检测单元可以存储表示电极端子之间的电阻值和醇浓度的相互关系的参考数据，并且浓度计算单元可以基于该参考数据来计算液体燃料的醇浓度。
浓度检测单元可以包括三个或者多个电极端子，例如，可以包括四个电极端子。在这种情况中，一对电极端子可以用于电流测量，另一对电极端子可以用于电压测量。电极端子可以形成在聚合物隔膜的表面上或者聚合物隔膜中。电极端子可以设置在液体燃料中或者可以放置为不与液体燃料直接接触。通过保持电极端子不与液体燃料直接接触，可以阻止电极端子受到液体燃料的腐蚀。因此，可以保持电极端子稳定。电极端子可以由具有导电性的任何材料制成。电极端子可以由例如金、银、铂、铝或者不锈钢制成。
根据本发明，与专利文献2和专利文献3公开的传感器不同，由于不需要电极催化剂，所以可以通过简单的工艺来制造浓度检测单元。此外，由于在浓度检测单元中不需要金属催化剂，所以能够以低成本制造燃料电池系统。另外，在专利文献2和专利文献3公开的传感器中，根据电极反应的输出来检测液体燃料中的醇浓度，然而在本发明的燃料电池系统中，只测量流过聚合物隔膜的电流的电阻值，并因此在氧化剂电极中不放出氢气气体，因此能够使结构简单。另外，在上述的专利文献2和专利文献3中，由于基于电极反应的输出来检测液体燃料的醇浓度，所以由于催化剂电极的退化引起的电极反应的输出的波动，导致了不能够精确地测量醇浓度。在本发明的燃料电池系统中，由于没有利用催化反应，所以不会发生由催化剂的退化带来的问题。
在本发明的燃料电池系统中，浓度检测单元的电极端子可以放置在容器的外部。而且，浓度检测单元可以包括覆盖电极端子的憎水隔膜。
在本发明的燃料电池系统中，固体聚合物电解质隔膜的一部分可以用作聚合物隔膜。在这种情况中，在固体电解质隔膜中，电极端子可以形成在没有形成催化剂层的区域中。
在本发明的燃料电池系统中，燃料电池系统还可以包括：不同浓度燃料存储单元，其存储与容器中的液体燃料具有不同醇浓度的液体燃料；供给单元，其从不同浓度燃料存储单元向容器提供液体燃料；以及控制单元，其根据浓度检测单元检测的容器中的液体燃料的醇浓度来调整由供给单元提供的液体燃料的供给量。包含在不同浓度燃料存储单元中的液体燃料可以具有比容器中的液体燃料高的或者低的浓度。本发明的燃料电池系统可以包括多个不同浓度燃料存储单元。不同浓度燃料存储单元可以包含不含醇的水。在这种情况中，在液体燃料提供给燃料电池主体之后，燃料电极中产生的水被可以回收到不同浓度燃料存储单元中并被循环。本发明的燃料电池系统可以检测容器中液体燃料的浓度改变，并且具有适当醇浓度的的液体燃料可以被提供给燃料电池主体。
在本发明的燃料电池系统中，容器设置在与燃料电池主体可分离的燃料盒中。
本发明的燃料电池系统还可以包括燃料电极槽，其具有燃料注入口并且向燃料电极提供液体燃料；以及燃料盒，其具有与燃料电极槽的燃料注入口适配的适配单元，并与燃料电极槽是可以分离的，其中容器可以设置在燃料盒中。
本发明的燃料电池系统还可以包括具有燃料注入口并且向燃料电池主体提供液体燃料的燃料电极槽，该容器可以具有与燃料电极槽的燃料注入口适配的适配单元和用于连接供给单元的第一连接单元，并可以与燃料电极槽可分离，并不同浓度燃料存储单元可以具有第二连接单元，该第二连接单元连接到供给单元并与供给单元可分离。容器和不同浓度燃料存储单元可以设置在燃料盒中。容器和不同浓度燃料存储单元可以组合在一个燃料盒中。
本发明的燃料电池系统还可以包括测量容器中的液体燃料的温度的温度传感器，其中浓度检测单元可以基于由温度传感器测量的温度来校正液体燃料的醇浓度。
本发明的燃料电池系统还可以包括检测容器中的液体燃料的pH的pH测量单元，其中浓度检测单元可以基于由pH测量单元测量的pH来校正容器中液体燃料的醇浓度。
本发明的燃料电池系统还可以包括发出警报的报警单元和控制单元，当由浓度检测单元检测的容器中的液体燃料的醇浓度不在预定的范围内时，控制单元控制报警单元发出警报。当容器中的液体燃料的醇浓度到达预定的值或者低于预定值时，控制单元控制报警单元发出警报。以这种方式，容器中的液体燃料中的燃料的用完可以被通知给正使用安装了燃料电池系统的电子设备的用户。
本发明的燃料电池系统可以包括根据温度和pH而具有不同质子导电性的多个聚合物隔膜，并且在考虑容器中的液体燃料的温度或者pH的情况下，基于多个聚合物隔膜的质子导电性的各改变，浓度检测单元可以检测液体燃料中的醇浓度。
根据本发明，提供了一种醇浓度测量装置，包括：具有质子导电性的聚合物隔膜，当用含醇的液体浸入或者浸渍时，质子导电性根据液体的醇浓度而改变；以及浓度检测单元，其基于聚合物隔膜的质子导电性的改变来检测液体的醇浓度。
在本发明的醇浓度测量装置中，浓度检测单元可以包括：附着到聚合物隔膜的一对电极端子；测量电极端子之间的电阻值的电阻测量单元；以及浓度计算单元，其将由电阻测量单元测量的电阻值转换成液体的醇浓度。
根据本发明，提供了一种测量醇浓度的方法，包括：用作为要测量的目标的含醇的液体浸渍具有质子导电性的聚合物隔膜；检测聚合物隔膜的质子导电性的变化；以及基于质子导电性的变化来检测液体中的醇浓度。
在本发明的测量醇浓度的方法中，质子导电性变化的检测可以包括测量附着到聚合物隔膜的一对电极端子的电阻值，并且其中检测醇浓度可以包括基于电阻值计算液体的醇浓度。
本发明的测量醇浓度的方法还可以包括在检测聚合物隔膜的质子导电性的改变之前用二氧化碳气体使该液体饱和。
根据本发明，提供了一种与燃料电池系统可分离并储备提供给燃料电池主体的液体燃料的燃料存储容器，该燃料电池系统包括燃料电池主体、第一电极端子、第二电极端子以及在第一电极端子和第二电极端子之间施加电压的电压施加单元，该燃料存储容器包括：具有质子导电性的聚合物隔膜；以及附着到聚合物隔膜并分别电连接到第一电极端子和第二电极端子的第三电极端子和第四电极端子。
根据本发明，提供了一种使用含醇的液体燃料的燃料电池系统，包括：燃料电池主体，其包括固体聚合物电解质隔膜以及附着到固体电解质隔膜的燃料电极和氧化剂电极；容纳液体燃料的容器；聚合物隔膜，其设置在容器的内部或者容器的壁部，并且当浸渍在液体燃料中时，其尺寸能随液体燃料的醇浓度的浓度改变；以及浓度检测单元，其检测聚合物隔膜的尺寸的变化程度和基于尺寸的变化程度来检测容器中的液体燃料的醇浓度。
燃料电池主体可以是液体燃料直接提供给燃料电极的直接型，或者可以是使用通过重整液体燃料而获得的氢气作为燃料的类型。容纳液体燃料的容器包括设置在燃料电池主体的燃料电极处的燃料电极槽、存储提供给燃料电极槽的燃料的缓冲槽、燃料盒以及连接它们的管道，并且如果聚合物隔膜可以被液体燃料浸渍，则可以具有任何结构。
聚合物隔膜被构造成浸渍在容器中的液体燃料中并由其尺寸随液体燃料中的醇浓度和水浓度变化的材料构成。聚合物隔膜由其尺寸随液体燃料中的醇浓度和水浓度膨胀或者收缩而变化的材料构成。
本发明的燃料电池系统可以用简单的结构来检测液体燃料中的醇浓度。由于本发明的燃料电池系统可以基于液体燃料中的聚合物隔膜的尺寸变化来检测液体燃料中的醇浓度，所以即使在作为不良溶剂的含水的醇溶液中，也能够以高精度来检测醇浓度。
在本发明的燃料电池系统中，浓度检测单元可以包括：附着到聚合物隔膜的应变仪；测量应变仪的电阻变化的电阻测量单元；以及浓度计算单元，其将电阻测量单元测量的电阻变化转换成液体燃料的醇浓度。
在本发明的燃料电池系统中，聚合物隔膜可以包含质子酸基团。
在本发明的燃料电池系统中，固体聚合物电解质膜的一部分可以用作聚合物隔膜。
在本发明的燃料电池系统中，浓度检测单元可以包括：夹着聚合物隔膜的电容器；测量电容器的电容的电容测量单元；以及醇浓度计算单元，其基于电容测量单元测量的电容的变化来检测聚合物隔膜的尺寸变化，并将尺寸变化程度转换成液体燃料的醇浓度。在这种情况中，绝缘材料可以用作聚合物隔膜。作为这种材料，在聚合物隔膜通过电子束、UV或者x射线的照射或者浸渍在盐中而展示出绝缘性能之后，可以使用该聚合物隔膜，所述聚合物隔膜具有可用于燃料电池主体的固体电解质隔膜的磺酸基。
在本发明的燃料电池系统中，浓度检测单元可以包括：附着到聚合物隔膜的石英振荡器；谐振频率特性测量单元，其检测石英振荡器的谐振频率的变化；以及浓度计算单元，其将由谐振频率特性测量单元测量的谐振频率特性转换成液体燃料的醇浓度。
在本发明的燃料电池系统中，聚合物隔膜可以是交联的。因此，即使聚合物隔膜由于液体燃料中的醇浓度的变化而重复地膨胀和收缩，也可以抑制材料的退化。
本发明的燃料电池系统还可以包括：不同浓度燃料存储单元，其存储具有与容器中的液体燃料的醇浓度不同的醇浓度的液体燃料；供给单元，其从不同浓度燃料存储单元向容器提供液体燃料；以及控制单元，其根据由浓度检测单元检测的容器中的液体燃料的醇浓度来调整由供给单元提供的液体燃料的供给量。包含在不同浓度燃料存储单元中的液体燃料可以具有比容器中的液体燃料高的浓度或者低的浓度。燃料电池系统可以包括多个不同浓度燃料存储单元。不同浓度燃料存储单元可以包括不含醇的水。在这种情况中，当液体燃料被提供给燃料电池主体之后，燃料电极中产生的水可以被回收到不同浓度燃料存储单元中并被循环。本发明的燃料电池系统可以检测容器中的液体燃料的浓度变化，并且具有适当醇浓度的的液体燃料可以被提供给燃料电池主体。
在本发明的燃料电池系统中，容器可以设置在与燃料电池主体可分离的燃料盒中。
本发明的燃料电池系统还可以包括：燃料电极槽，其具有燃料注入口并向燃料电极提供液体燃料；以及燃料盒，其具有与燃料电极槽的燃料注入口适配的适配单元并且与燃料电极槽可分离，其中容器可以设置在燃料盒中。
本发明的燃料电池系统还可以包括燃料电极槽，其具有燃料注入口并且向燃料电池主体提供液体燃料，容器可以具有与燃料电极槽的燃料注入口适配的适配单元和连接到供给单元的第一连接单元，该容器与燃料电极槽和供给单元可分离，并且不同浓度燃料存储单元可以具有第二连接单元，其连接到供给单元并与供给单元可分离。容器和不同浓度燃料存储单元可以设置在燃料盒中。容器和不同浓度燃料存储单元可以结合在一个燃料盒中。
本发明的燃料电池系统还可以包括温度传感器，其测量容器中的液体燃料中的温度，其中浓度检测单元可以基于由温度传感器测量的温度来校正容器中的液体燃料的醇浓度。
本发明的燃料电池系统还可以包括pH测量单元，其测量容器中的液体燃料的pH，其中浓度检测单元可以基于由pH测量单元测量的pH来校正容器中的液体燃料的醇浓度。
本发明的燃料电池系统还可以包括：发出警报的报警单元；以及控制单元，当由浓度检测单元检测的容器中的液体燃料的醇浓度不在预定的范围内时，其通知报警单元发出警报。当容器中的液体燃料的醇浓度到达预定的值或者低于预定值时，控制单元控制可以控制报警单元发出警报。以这种方式，容器中的液体燃料中的燃料的用完可以被通知给正使用安装了燃料电池系统的电子设备的用户。
本发明的燃料电池系统还可以包括相对于温度和pH具有不同尺寸改变程度的多个聚合物隔膜，其中考虑到容器中的液体燃料的温度或者pH，根据多个聚合物隔膜的各尺寸变化程度，浓度检测单元可以检测液体燃料中的醇浓度。
根据本发明，提供了一种醇浓度测量装置，包括：聚合物隔膜，当用含醇的液体浸渍时，其根据液体中的醇浓度的浓度而表现出尺寸变化；以及浓度检测单元，其基于尺寸的变化程度，来检测聚合物隔膜的尺寸的变化程度并检测液体的醇浓度。
在本发明的醇浓度测量装置中，浓度检测单元可以包括：附着到聚合物隔膜的应变仪；电阻测量单元，其测量应变仪的电阻变化；以及浓度计算单元，其将由电阻测量单元测量的电阻变化转换成液体燃料的醇浓度。
根据本发明，提供了一种测量醇浓度的方法，包括：用作为要测量的目标的含醇的液体浸渍聚合物隔膜，当进入该液体使，其表现出尺寸变化；检测聚合物隔膜的尺寸变化；以及基于聚合物隔膜的尺寸变化来检测液体的醇浓度。
在本发明的测量醇浓度的方法中，检测尺寸变化可以包括测量附着到聚合物隔膜的应变仪的电阻变化，并且检测醇浓度可以包括将测量电阻中测量的电阻变化转换成液体的醇浓度。
在本发明的测量醇浓度的方法中，检测尺寸变化可以包括测量夹着聚合物隔膜的电容器的电容，并且检测醇浓度可以包括基于在测量电容中测量的电容的变化来检测聚合物隔膜的尺寸变化，并将尺寸变化程度转换成液体燃料的醇浓度。
在本发明的醇浓度的测量方法中，检测尺寸变化可以包括测量附着到聚合物隔膜的石英振荡器的谐振频率的变化，并且检测醇浓度可以包括基于在测量谐振频率中测量的谐振频率的变化来测量聚合物隔膜的尺寸变化，并将尺寸变化程度转换成液体燃料的醇浓度。
根据本发明，提供了一种燃料存储容器，其与燃料电池系统可分离并储备提供给燃料电池主体的液体燃料，其中燃料电池系统包括燃料电池主体、第一电极端子、第二电极端子以及在第一电极端子和第二电极端子之间施加电压的电压施加单元，该燃料存储容器包括：当被浸渍在含醇的液体中时尺寸变化的聚合物隔膜；附着到聚合物隔膜的应变仪；以及第三电极端子和第四电极端子，其电连接到第一电极端子和第二电极端子，以分别输出应变仪的电阻变化。
因此，组成元件、构成元件的金属替代物、关于方法和工艺的表示、以及系统的任何组合，所有这些都有效地作为本发明的优选实施例。
根据本发明，提供了能够用简单的结构来检测醇浓度的醇浓度测量装置、包括该装置的燃料电池系统、测量醇浓度的方法。
附图说明
从下述的优选实施例和附图，本发明的上述目的及其它目的、特征的优点将更加显而易见。
图1是本发明的实施例的燃料电池系统的一个例子的图。
图2是详细地示出了传感器的图。
图3是示出了另一个传感器的图。
图4是示出了再一个传感器的图。
图5是示出了实施例的燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图6是详细地示出了图1所示的浓度测量单元的结构的图。
图7是示出了还包括pH传感器和温度传感器的燃料电池系统的结构的图。
图8是示出了包括相对于温度和pH具有不同电阻的三个或者更多个类型的聚合物隔膜组合的浓度测量单元的图。
图9是详细地示出了图1所示的燃料供给处理单元的结构的图。
图10是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图11是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图12是示出了传感器的变形例子的图。
图13是示意性地示出了燃料电池主体的单元电池的横截面图。
图14是示出了本发明的实施例的燃料电池系统的结构的一个例子的图。
图15是图14所示的燃料盒中的缓冲槽和主体侧中的燃料电极槽的图。
图16是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图17是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图18是图15所示的燃料盒的另一个例子的图。
图19是示出了甲醇浓度和电阻值之间的关系的曲线。
图20是本发明的实施例的燃料电池系统的结构的一个例子的图。
图21是详细地示出了传感器的图。
图22是本发明的实施例的燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图23是详细示出了图20所示的浓度测量单元的结构的图。
图24是示出了还包括pH传感器和温度传感器的燃料电池系统的结构的图。
图25是示出了包括相对于温度和pH具有不同电阻的三个或者更多个类型的聚合物隔膜组合的浓度测量单元的图。
图26是详细地示出了图20所示的燃料供给处理单元的结构的图。
图27是示出了燃料电池系统的结构另一个例子的图。
图28是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图29是示出了传感器的变形例子的图。
图30是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图31是详细地示出了传感器的图。
图32是本发明的实施例的燃料电池系统的结构的一个例子的图。
图33是图32中所示的燃料盒中的缓冲槽和主体侧中的燃料电极槽的示意图。
图34是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图35是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图36是示出图33所示的燃料盒的另一个例子的图。
图37是示出了燃料供给处理单元的另一个例子的图。
图38是示出了燃料电池系统的结构的另一个例子的图。
图39是示出了传感器的另一个例子的图。
图40是示出了传感器的另一个例子的图。
图41是示出了传感器的另一个例子的图。
图42是示出了燃料电池系统的另一个例子的图。
图43是示出了燃料电池系统的另一个例子的图。
具体实施方式
不特别限定下述实施例中所述的燃料电池系统的应用，然而燃料电池系统可以适当地用于小型的电子设备中，诸如移动电话、笔记本型便携式个人计算机、PDA(个人数字助理)、各种照相机、导航系统、便携式音乐播放器等。
(第一实施例)
图1是示出本发明第一实施例的燃料电池系统的结构的一个例子的图。在图1中，燃料电池系统660包括燃料电池主体100、燃料电极槽662、缓冲槽664、传感器668、浓度测量单元670、控制单元672、燃料供给处理单元674、燃料存储单元676和报警单元680。
在该实施例中，有机液体燃料，诸如甲醇、乙醇、二甲醚或者其它醇可以用作燃料124。有机液体燃料可以是水溶液的形式。
燃料电池主体100包括固体电解质隔膜114以及附着到固体电解质隔膜114的燃料电极102和氧化剂电极108。作为提供给氧化剂电极108的氧化剂，通常，可以使用空气，然而，也可以提供氧气。燃料电池主体100的具体结构将在下面描述。
此外在该实施例中，燃料存储单元676包含具有高于提供给燃料电极102的燃料124的醇浓度的燃料124。
将提供给燃料电极662的燃料124引入到缓冲槽664中。使用传感器668检测缓冲槽664中的燃料124的醇浓度。传感器668包括聚合物隔膜665、第一电极端子666和第二电极端子667。聚合物隔膜665是具有质子导电性的聚合物隔膜。构成聚合物隔膜665，使其用缓冲槽664中的燃料124浸渍隔膜，并由其质子导电性随燃料124中的醇浓度改变的材料构成。该实施例的燃料电池系统660可以基于聚合物隔膜665的质子导电性的变化来检测缓冲槽664中的燃料124中的甲醇浓度。
聚合物665可以由任何材料制成，只要其质子导电性随燃料124中的醇浓度是可变的。例如，其可以由与用于燃料电池主体100的固体电解质隔膜114相同的材料制成。合适材料的典型例子包括具有极性基的有机聚合物，极性基是诸如砜基(sulfone group)、磷酸基(phosphorus acid group)、膦酸基(phosphonic group)和膦基(phosphinegroup)这样的强酸基，或者诸如羧基(carboxyl group)这样的弱酸基。这样的有机聚合物的典型例子包括：
包含芳族的聚合物，诸如磺化聚(4-苯氧基苯甲酰基-1，4-亚苯基)(sulfonated poly(4-phenoxybenzoyl-1，4-phenylene))和烷基磺化的聚苯并咪唑(alkyl-sulfonated polybenzoimidazole)；
共聚物，诸如聚苯乙烯磺酸(polystyrenesulfonic acid)共聚物、聚乙烯基磺酸(polyvinylsulfonic acid)共聚物、交联(crosslinked)的烷基磺酸(alkylsulfonic acid)衍生物、以及具有氟塑料(fiuoroplastic)结构和磺酸的含氟聚合物的共聚物；
诸如丙烯酰胺(acrylamide)-2-甲基丙烷磺酸(methylpropanesulfoicacid)的丙烯酰胺和诸如n-甲基丙烯酸丁酯(butyl methacrylate)的丙烯酸酯(acrylate)的共聚物；
含磺酸基的全氟碳(perfluorocarbon)(Nafion(注册商标；由E.I.duPont de Nemours and Company制造)，Aciplex(由Asahi Kasei公司制造))；
含羧基的全氟碳(Flemion(注册商标)S膜(由Asahi Glass Co.，LTD.制造))；
芳族聚醚(aromatic polyether)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚酰亚胺、聚膦腈(Polyphosphazene)、三氟苯乙烯(trifiuorostyrene)聚合物(BAM3G，由Ballard Advanced Materials Corporation制造)等。
在熔融状态下，用可交联的取代基进一步取代的上面例举的聚合物可以按原样使用或者通过照射射线、紫外线、电子射线等进行交联之后使用，所述可交联的取代基诸如乙烯基、环氧基、丙烯基、异丁烯基(methacryl group)、肉桂酰基(cinnamoyl group)、羟甲基(methylolgroup)、叠氮基(azide group)或者萘醌二叠氮基(naphthoquinonediazidegroup)。
第一电极端子666和第二电极端子667彼此间隔地放置在聚合物隔膜665的表面上或者聚合物隔膜665中。由于聚合物隔膜665由其质子导电性随醇浓度可变的材料构成，所以当电流通过聚合物隔膜665施加在第一电极端子666和第二电极端子667之间时，第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值随缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度变化。浓度测量单元670基于第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值来测量缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度。将在后面描述浓度测量单元670的详细结构。
图2是详细地示出了传感器668的图。图2(a)是示出形成第一电极端子666和第二电极端子667的传感器668的一个面的图。图2(b)是图2(a)的侧视图。第一电极端子666和第二电极端子667由任何材料构成，只要该材料可以稳定地存在于燃料124中并具有导电性。第一电极端子666和第二电极端子667可以通过导电胶粘接到聚合物隔膜665。作为导电胶，可以使用包含诸如金和银的材料的聚合物胶。第一电极端子666和第二电极端子667通过导线710a和710b分别电连接到图1所示的浓度测量单元670。
如图39所示，传感器668具有这样的结构，其中第一电极端子666和第二电极端子667的表面被憎水隔膜720覆盖，诸如Teflon(注册商标)。具有这种结构，即使传感器668插入到缓冲槽664中，也能阻止第一电极端子666和第二电极端子667与缓冲槽664中的燃料直接接触。因此，避免了第一电极端子666和第二电极端子667受到燃料的腐蚀。因此，可以保持第一电极端子666和第二电极端子667稳定。
图3是示出传感器668的另一个例子的图。如图3(a)所示，通过围绕聚合物隔膜665形成的导线710a和导线710b可以构成第一电极端子666和第二电极端子667。而且，如图3(b)所示，通过使导线710a和导线710b在聚合物隔膜665的厚度方向上穿透聚合物隔膜665和使通过导线710a和导线710b的穿透部分形成锚定件(anchor)，可以形成第一电极端子666和第二电极端子667。
图4是表示传感器668的另一个例子的图。如图4(a)所示，通过用导电胶711将导线710a和导线710b固定在聚合物隔膜665上可以构成第一电极端子666和第二电极端子667。作为导电胶，和上述的一样，可以使用包含诸如金和银的金属的聚合物胶。图4(b)是图4(a)所示的传感器668的侧视图。对于前面所述的图3(a)和3(b)所示的第一电极端子666和第二电极端子667，通过类似的导电胶也可以将导线710a和导线710b牢固地固定到聚合物隔膜665。
此外，如图4(c)和4(d)所示，传感器668可以形成为包括电极端子666a、电极端子666b、电极端子667a和电极端子667b的四个电极。各个电极端子666a、666b、667a和667b通过导线710a、导线710b、导线710c和导线710d分别电连接到浓度测量单元670(参见图1)。例如，浓度测量单元670可以用于测量在电极端子666a和电极端子667a之间流动的电流和用于测量在电极端子666b和电极端子667b之间的电压。
回过来参考图1，由浓度测量单元670测量的缓冲槽664中的燃料124的醇浓度被传输到控制单元672。燃料供给处理单元674进行用于从燃料存储单元676向缓冲槽664提供燃料124的处理。控制单元672确定浓度测量单元670测量的醇浓度是否在适当的范围内，并控制燃料供给处理单元674以便使缓冲槽664中的燃料124的醇浓度在适当的范围内。根据控制单元672的控制，燃料供给处理单元674控制从燃料存储单元676提供给缓冲槽664的燃料124的供给量。在后面还将描述燃料供给处理单元674的详细结构。
当甚至在重复燃料供给处理单元674的控制之后缓冲槽664中的燃料124的醇浓度也没有校正为在适当范围内时，控制单元672使报警单元680产生警报。
如图5所示，燃料电池系统660可以不包括燃料存储单元676和燃料供给处理单元674。在这种情况中，当由浓度测量单元670测量的醇浓度不在适当的范围内时，控制单元672使得报警单元680发出警报。由于燃料124中的醇的含量(摩尔比)通常低于水的含量(摩尔比)，所以当通过使缓冲槽664中的燃料124循环到燃料电极662来在燃料电池主体100中产生电化学反应时，燃料124中的醇被消耗，从而缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度逐渐降低。具有图5所示的结构，当缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度降低到预定的浓度或者更低时，报警单元680工作以发出警报，从而可以检测缓冲槽664中的燃料124的使用极限。
图6是详细地示出浓度测量单元670的结构的图。
浓度测量单元670包括：电阻测量单元(R/O)682，用于测量第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值；浓度计算单元(S/O)684，用于基于由电阻测量单元682测量的电阻值来计算缓冲槽664中的醇浓度；以及参考数据存储单元685，用于存储表示第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值与甲醇浓度之间的关系的参考数据。对于电阻测量单元682，可以采用具有电桥的交流阻抗计。通过使用具有20mV或者更低的低振幅的交流可以测量第一电极端子666和第二电极端子667的电阻值。浓度计算单元684访问参考数据存储单元685并基于参考数据从由浓度计算单元684测量的电阻值来计算甲醇浓度。
而且，如图7所示，燃料电池系统660还可以包括pH传感器686和温度传感器688。如上述公式(2)所示，在燃料电极102上产生二氧化碳。因此，当通过燃料电极槽662时，二氧化碳溶解在燃料124中，燃料124的pH值可能改变。由于聚合物隔膜665的质子导电性可以依赖于温度或者pH值，所以浓度测量单元670优选在考虑燃料124的温度和pH值的情况下来测量燃料124中的甲醇浓度。pH传感器686和温度传感器688分别测量缓冲槽664中的燃料124的pH值和温度。参考数据存储单元685(图6)可以存储第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值与各温度值和pH值的甲醇浓度之间的关系。此外，参考数据存储单元685可以存储用于第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值与各温度值和pH值的甲醇浓度之间的关系的校正公式。以这种方式，浓度测量单元670可以在考虑缓冲槽664中的燃料124的温度和pH值的情况下来测量燃料124中的甲醇浓度，因而精确地测量甲醇浓度。
在当pH传感器686不包括在燃料电池系统660中的情况中，参考数据存储单元685(图6)可以存储第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值与燃料124被二氧化碳气体饱和的状态中的甲醇浓度之间的关系。在这种情况中，在缓冲槽664中的燃料124被二氧化碳气体饱和之后可以启动由浓度测量单元670对醇浓度的测量。以这种方式，在不考虑由于燃料电池主体100的电极反应中产生的二氧化碳导致的燃料124中的pH值变化时，可以测量燃料124中的醇浓度。
可以采用热电偶、金属温度测量电阻、热敏电阻、IC温度传感器、磁温度传感器、热电堆或者热电型温度传感器作为温度传感器688。而且，可以采用市场上可得到的pH计作为pH传感器686。当使用具有温度测量功能的pH计时，可以将pH传感器686和温度传感器688结合为一体。
图40示出了温度传感器688(或者PH传感器686)和传感器668结合为一体的结构。如图40(a)所示，可以通过将温度传感器688(或者pH传感器686)堆叠到聚合物隔膜665的表面来构成传感器668，并还如图40(b)所示，可以通过将温度传感器688嵌入聚合物隔膜665中来构成传感器668。另外，如图40(c)所示，通过将薄膜状浓度测量单元670粘接到聚合物隔膜665来构成传感器668。
另外，如图8所示，可以通过采用多个传感器668a、668b和668c测量缓冲槽664中的燃料124的醇浓度、温度和pH值，根据混合物中的温度和PH值，每个传感器包括具有不同质子导电性的三种或者多种聚合物隔膜。至于聚合物隔膜的组合，可以采用例如(1)含磺酸基的聚全氟碳，诸如Nafion，(2)含磺酸基的聚醚酮(polyetherketones)，诸如聚醚酮(PEEK)，和(3)含磺酸基的聚苯乙烯共聚物。在这种情况中，浓度测量单元670可以包括分别用于测量传感器668a、668b和668c中的电阻值的多个电阻测量单元682a、682b和682c。考虑到温度和pH值，根据由多个电阻测量单元682a、682b和682c测量的电阻值，浓度计算单元684可以检测燃料124中的醇浓度。
另外，如图7所示，可以通过使用温度传感器688以及根据pH值而具有不同质子导电性的两种或者多种聚合物隔膜来测量缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度和pH值。
图9是详细示出燃料供给处理单元674的结构的图。
燃料供给处理单元674包括逆变器461和燃料供给单元465。燃料供给单元465改变从燃料存储单元676提供给缓冲槽664的燃料124的量。作为燃料供给单元465，可以使用压电泵。当压电泵用作燃料供给单元465时，控制单元672通过改变逆变器461的频率或者电压来控制来自燃料存储单元676的燃料124的供给量。
与使用常规电磁泵的情况相比，使用压电泵作为燃料供给单元465使得能够小型化泵和使得泵的重量变轻。而且，改善了耐用性。也可以降低用于运行泵所需的电功率。另外，通过改变逆变器461中的频率或者电压还可以控制来自泵的燃料124的供给量。当改变逆变器461的频率时，可以改变单位时间泵的释放频率。另外，当改变电压时，通过改变压电元件的位移量可以改变每一次释放操作的释放量。因此，在改变任何一项的任何情况中，可以调节燃料124的供给量。
作为压电泵，例如优选采用双压电晶体型压电泵。作为双压电晶体型压电泵，可以采用Bimorph Pump(注册商标；由Kyokko公司制造)和由FDK公司制造的双压电晶体型压电设备。尽管没有在图中示出，但是通过来自燃料电池主体100的输出的ac/dc转换，逆变器461可以获得用于双压电晶体型压电泵的工作电源。作为逆变器461，可以使用Matsushita Electric Industrial有限公司制造的EXCF系列。
尽管图中未示出，但是可以以如下结构构成缓冲槽664和燃料电极槽662，其中通过具有和燃料供给单元465类似结构的压电泵可以循环燃料124。以这种方式，当液体燃料用作燃料124时，可以从燃料电极102有效地去除燃料电池102中产生的诸如二氧化碳的气体。因此，可以改善燃料电极102中的催化剂的利用率并且可以改善燃料电池主体100的输出。
而且，如图10所示，传感器668可以具有如下结构，其中它附着在缓冲槽664的壁部。另外，如图11所示，传感器668可以放置在燃料电极槽662中。在这种情况中，燃料电池主体100的固体电解质隔膜114的一部分可以用作如图1所示的聚合物隔膜665。
而且，如图42所示，传感器668可以附着在燃料电极槽662的壁部。另外，尽管在图中没有示出，传感器668可以放置在燃料电极槽662中。
图12示出了具有图10和11所示的结构的传感器的668的例子。图12(a)示出了图10所示的传感器668的变形例子。对于传感器668，第一电极端子666和第二电极端子667可以附着在缓冲槽664的外面，以便于使它们不和缓冲槽664中的燃料直接接触。如果聚合物隔膜665被缓冲槽664中的燃料浸渍，那么即使第一电极端子666和第二电极端子667没有放置在缓冲槽664中，也能检测第一电极端子666和第二电极端子667之间的电阻值。具有这种结构，由于第一电极端子666和第二电极端子667没有恒定地放置在燃料中，所以避免了第一电极端子666和第二电极端子667受到燃料的腐蚀。因此，可以稳定地保持第一电极端子666和第二电极端子667。
图12(b)示出了图11所示的传感器668的变形例子。这里，对于传感器668，第一电极端子666和第二电极端子667可以附着在固体电解质隔膜114的氧化剂电极108侧，以便不和燃料电极槽662中的燃料直接接触。因此，可以稳定地保持第一电极端子666和第二电极端子667。
接下来，参考图13，将描述图1所示的燃料电池主体100的结构。燃料电池主体100具有单个或者多个单元电池101。图13是示意性地示出单元电池101的横截面图。每个单元电池101包括燃料电极102、氧化剂电极108和固体电解质隔膜114。在燃料电池主体100中，通过燃料电极侧隔板120向燃料电极102提供燃料124。而且，通过氧化电极侧隔板122向每个单元电池101的氧化剂电极108提供氧化剂126。
除了分隔燃料电极102和氧化剂电极108之外，固体电解质隔膜114还具有在它们之间传输氢离子(质子)的功能。因此，固体电解质隔膜114可以优选是具有高质子导电性的隔膜。另外，该隔膜可以优选是化学稳定的并可以具有高的机械强度。
燃料电极102和氧化剂电极108可以分别具有如下结构，其中每一个都包括催化剂支撑碳颗粒和固体电解质精细颗粒的燃料电极侧催化剂层106和氧化剂电极侧催化剂层112分别形成在基底部件104和基底部件110上。作为催化剂，可以例举铂以及铂和钌的合金。用于燃料电极102和氧化剂电极108的催化剂可以相同或者不同。当燃料电池系统660具有图11所示的结构时，没有形成燃料电极侧催化剂层106和氧化剂侧催化剂层112的固体电解质隔膜114中的区域用作聚合物隔膜665。
基底部件104和基底部件110的表面可以经受防处理。如上所述，当甲醇用作燃料124时，在燃料电极102处产生二氧化碳。如果在燃料电极102处产生的二氧化碳的气泡停滞在燃料电极102的附近，那么抑制了向燃料124提供燃料124并导致发电效率的较低。因此，优选对具有亲水涂覆材料或憎水涂覆材料的基底部件104的表面进行表面处理。通过对具有亲水涂覆材料的表面处理可以增加基底部件104的表面处的燃料的流动性。因此，二氧化碳的气泡很容易和燃料124一起移动。而且，通过处理憎水涂覆材料可以减少附着到基底部件104的表面的水，这种水附着是气泡形成的原因。因此，可以减少基底部件104的表面上的气泡形成。另外，由于通过上述表面处理方式的表面处理和对燃料电池主体100的振动处理的共同作用，还可以从燃料电极102有效地去除二氧化碳，从而可以获得高的发电效率。氧化钛、氧化硅等可以例举为亲水涂覆材料。另一方面，聚四氟乙烯、硅烷等可以例举为憎水涂覆材料。
堆叠具有上述结构的单元电池101，以便获得包括燃料电池堆(fuelcell stack)的燃料电池主体100，其中多个单元电池101串联连接。
根据本实施例的燃料电池系统660，对于将第一电极端子666和第二电极端子667附着于聚合物隔膜665构成的简单结构，可以检测液体燃料的醇浓度。
(第二实施例)
图14是示出了本发明的第二实施例的燃料电池系统的结构的一个例子的图。在本实施例中，燃料盒(cartridge)678附着到燃料电池系统660。
燃料盒678包括缓冲槽664和燃料存储单元676。燃料电池系统660的主体侧679包括燃料电池主体100、燃料电极槽662、燃料供给处理单元674、浓度测量单元670和控制单元672。相同的标记指定给和图1的第一实施例中解释的元件组件相同的元件组件，并且将适当地省略对它们的解释。
这里，构成燃料供给处理单元674，使得当燃料盒678附着时，向缓冲槽664提供包含在燃料盒678的燃料存储单元676中的燃料124。在燃料盒678中，缓冲槽664包含传感器668。主体侧679包括当燃料盒附着到浓度测量单元670时与传感器668的第一电极端子666和第二电极端子667电连接的端子(图中未示出)。构成燃料电极槽662，使得从缓冲槽664引入燃料124。
图15是示出燃料盒678中的缓冲槽664和主体侧679中的燃料电极槽662的示意图。燃料供给端口643设置在燃料电极槽662中，并且缓冲槽664具有和燃料电极槽662的燃料供给端口643适配的适配单元647。分别和传感器668的第一电极端子666和第二电极端子667电连接的电极端子666a和电极端子667a位于燃料盒主体645的侧壁。这里，除了图14所示的结构之外，燃料电池主体100还包括绝缘板130、燃料电极侧集电器(collector)132和氧化剂电极侧集电器134。
如图16所示，传感器668可以设置在主体侧679的燃料电极槽662中。另外，如图17所示，可以构成燃料电池系统660，使得只包含燃料存储单元676的燃料盒678与它是可分离的。而且，尽管图中未示出，但燃料盒678可以包括阀。传感器668可以附着到燃料盒678的壁部。在这种情况中，使燃料盒678具有如下结构，即用密封物覆盖暴露在外部的传感器668的露出部分，并在将它附着到主体侧679之前去除密封物。因此，可以阻止在将燃料盒678附着到主体侧679之前从燃料盒678的液体燃料的泄漏。
图18是示出了图15所示的燃料盒678的另一个例子的图。这里，燃料盒678的缓冲槽664包括燃料供给部件637。在这个例子中，燃料电池主体100不包括燃料电极槽662，并将包含在缓冲槽664中的燃料通过燃料供给部件637提供给燃料电池主体100的燃料电极102。燃料供给部件637由能够吸收燃料124并将吸收的燃料提供给燃料电池主体100的材料构成。例如，燃料供给部件637可以由尿烷(urethane)构成。另外，燃料供给部件637可以由陶瓷的多孔体构成，例如硅石多孔体(silica porous body)和氧化铝多孔体(aluminaporous body)和氟树脂(fluoro resin)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚硫化物(polysulide)和聚苯并咪唑的多孔膜。
当燃料盒678具有这样的结构时，如果由浓度测量单元670测量的缓冲槽664中的醇浓度不再适当的范围内，那么控制单元672可以使报警单元680产生警报。
根据本实施例的燃料电池系统660，可以用简单的结构检测液体燃料的醇浓度。
(例1)
Nafion N112隔膜(E.I.du Pont de Nemours and Co.制造，厚度大约是50μm，宽度大约是5mm，长度大约是60mm)用作聚合物隔膜665，以及金端子(其宽度大约是6mm2)附着到聚合物隔膜665的纵向方向的两端以提供给传感器668。将具有已知浓度的甲醇水溶液引入到容器中，通过改变具有10mV或者更低幅值的电流、通过采用具有电桥的交流阻抗计来测量电极之间的电阻值。图19示出了甲醇浓度和电阻值之间的关系。如所述的，通过利用聚合物隔膜665的质子导电性的变化可以精确地检测醇浓度。
(第三实施例)
图20是示出了本发明第三实施例的燃料电池系统的结构的一个例子的图。图20所示的燃料电池系统692包括燃料电池主体100、燃料电极槽662、缓冲槽664、传感器698、浓度测量单元670、控制单元672、燃料供给处理单元674、燃料存储单元676和报警单元680。
在本实施例中，作为燃料124，可以使用有机液体燃料，例如甲醇、乙醇、二甲醚或者其它醇。有机液体燃料可以是水溶液的形式。
燃料电池主体100包括固体电解质隔膜114、和附着到固体电解质隔膜114上的燃料电极102和氧化剂电极108。作为提供给氧化剂电极108的氧化剂，通常使用空气或者可以提供氧气。燃料电池主体100具有和在第一实施例中参考图13所述的相同结构。
在本实施例中，燃料存储单元676包括具有比提供给燃料电极102的燃料124的醇浓度高的燃料124。
提供给燃料电极槽662的燃料124被引入到缓冲槽664中。传感器698用于检测缓冲槽664中的燃料124的醇浓度。传感器698包括聚合物隔膜694、应变仪695、第一端子696和第二端子697。聚合物隔膜694构造成浸渍在醇中并由如下材料构成，即其尺寸随燃料124的醇浓度可以变化。本实施例的燃料电池系统692可以基于聚合物隔膜694的尺寸变化来检测缓冲槽664中的燃料124中的甲醇浓度。
聚合物隔膜694由任何材料构成，只要该材料的尺寸随燃料124的醇浓度是可以变化的。例如，它可以由和固体电解质隔膜114的材料相同的材料构成。合适材料的典型例子包括具有极性基的有机聚合物，诸如砜基、磷酸基、膦酸基和膦基这样的强酸基，或者诸如羧基这样的弱酸基。这样的有机聚合物的典型例子包括：
包含芳族的聚合物，诸如磺化聚(4-苯氧基苯甲酰基-1，4-亚苯基)和烷基磺化的聚苯并咪唑；
共聚物，诸如聚苯乙烯磺酸共聚物、聚乙烯基磺酸共聚物、交联的烷基磺酸衍生物、以及具有氟塑料结构和磺酸的含氟聚合物的共聚物；
诸如丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的丙烯酰胺和诸如n-甲基丙烯酸丁酯的丙烯酸酯的共聚物；
含磺酸基的全氟碳(Nafion(注册商标；由E.I.du Pont de Nemoursand Company制造)，Aciplex(由Asahi Kasei公司制造))；
含羧基的全氟碳(Flemion(注册商标)S膜(由Asahi Glass Co.，LTD.制造))；
芳族聚醚、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚膦腈、三氟苯乙烯聚合物(BAM3G，由Ballard Advanced Materials Corporation制造)等。
在熔融状态下，用可交联的取代基进一步取代的上面例举的聚合物可以按原样使用或者通过照射射线、紫外线、电子射线等进行交联之后使用，所述可交联的取代基诸如乙烯基、环氧基、丙烯基、异丁烯基、肉桂酰基、羟甲基、叠氮基或者萘醌二叠氮基。
而且，隔膜可以由任何聚合物构成，甚至是不包括极性基的材料，只要其尺寸随燃料124的醇浓度是可以变化的。
应变仪695粘接到聚合物隔膜694的表面或者嵌入其内部。应变仪695可以和聚合物隔膜694整体构成。应变仪695可以具有任何结构，以及例如可以由四个应变仪构成惠斯登电桥电路，由应力导致的应变仪的电阻变化可以从第一端子696和第二端子697作为电信号输出。浓度测量单元670基于第一端子696和第二端子697之间的电阻值来测量缓冲槽664中的燃料124的醇浓度。将在后面描述浓度测量单元670的详细结构。
图21是详细地示出了传感器698的图。传感器698包括聚合物隔膜694和附着到聚合物隔膜694的应变仪695，并且应变仪695的表面可以被防水膜712覆盖。来自应变仪695的电信号通过导线713a和导线713b传输。
回过来参考图20，由浓度测量单元670测量的缓冲槽664中的燃料124的醇浓度被传输到控制单元672。燃料供给处理单元674进行处理，用于从燃料存储单元676向缓冲槽664提供燃料124。控制单元672确定由浓度测量单元670测量的醇浓度是否在适当的范围内，并控制燃料供给处理单元674，从而使缓冲槽664中的燃料124的醇浓度在适当的范围内。基于控制单元672的控制，燃料供给处理单元674控制从燃料存储单元676提供给缓冲槽664的燃料124的供给量。将在下面描述燃料供给处理单元674的详细结构。
甚至在重复控制燃料供给处理单元674之后，在缓冲槽664中的燃料124的醇浓度也不在适当的范围内的情况中，控制单元672使报警单元680发出警报。
如图22所示，燃料电池系统692可以不包括燃料存储单元676和燃料供给处理单元674。在这种情况中，在发现由浓度测量单元670测量的醇浓度不在适当的范围内的情况中，控制单元672使报警单元680发出警报。当通过使缓冲槽664的燃料124循环到燃料电极662来在燃料电池主体100中引起电化学反应时，燃料124中的醇被消耗，从而缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度逐渐降低。如果采用图22中所示的结构，当缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度降低到预定的浓度或者更低时，操作报警单元680产生警报，从而可以检测缓冲槽664中的燃料124的使用极限。
图23是详细地示出了浓度测量单元670的结构的图。
浓度测量单元670包括：电阻测量单元(R/O)682，用于测量第一端子696和第二端子697之间的电阻值；浓度计算单元(S/O)684，用于基于电阻测量单元682测量的电阻值来计算缓冲槽664中的醇浓度；以及参考数据存储单元685，用于存储表示第一电极端子669和第二电极端子697之间的电阻值与甲醇浓度之间的关系的参考数据。对于电阻测量单元682，可以采用具有电桥的直流电源表。浓度计算单元684访问数据存储单元685，并基于参考数据根据浓度计算单元684测量的电阻值来计算甲醇浓度。
如图24所示，燃料电池系统692还可以包括pH传感器686和温度传感器688。pH传感器686和温度传感器688分别测量缓冲槽664中的燃料124的pH值和温度。参考数据存储单元685可以存储第一端子696和第二端子697之间的电阻值与对于各温度值和pH值的甲醇浓度之间的关系。另外，参考数据存储单元685可以存储用于第一电极端子696和第二电极端子697之间的电阻值与对于各温度值和pH值的甲醇浓度之间的关系的校正公式。这以这种方式，考虑缓冲槽664中的燃料124的温度和pH，浓度测量单元670可以测量燃料124中的甲醇浓度，并由此精确地测量甲醇浓度。
可以使用热电偶、金属温度测量电阻、热敏电阻、IC温度传感器、磁温度传感器、热电堆或者热电型温度传感器作为温度传感器688。而且，可以使用市场上可得到的pH计作为pH传感器686。当使用具有温度测量功能的pH计时，可以将pH传感器686和温度传感器688结合为一体。
另外，如图25所示，通过采用多个传感器698a、698b和698c组合可以测量缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度、温度和pH，其中每个传感器包括具有根据温度和pH值而不同的质子导电性的三种或者多种聚合物隔膜。作为聚合物隔膜的这些组合，可以使用例如(1)含有磺酸基的聚全氟碳，诸如Nafion，(2)含有磺酸基的聚醚酮，诸如PEEK，和(3)含磺酸基的聚苯乙烯共聚物。在这种情况中，浓度测量单元670可以包括分别用于测量聚合物隔膜698a、698b和698c的电阻值的多个电阻测量单元682a、682b和682c。考虑到温度和pH，根据由多个电阻测量单元682a、682b和682c测量的电阻值，浓度计算单元684可以检测燃料124中的醇浓度。
另外，如图25所示，可以使用具有导电性随pH值而不同的两个或者多个聚合物隔膜的温度传感器688，从而测量缓冲槽664中的燃料124中的醇浓度和pH。
如26是详细地示出了燃料供给处理单元674的结构的图。
燃料供给处理单元674包括逆变器461和燃料供给单元465。燃料供给单元465改变从燃料存储单元676到缓冲槽664的燃料124的供给量。作为燃料供给单元465，可以使用压电泵。当压电泵用作燃料供给单元465时，控制单元672通过改变逆变器461的频率或者电压来控制来自燃料存储单元676的燃料124的供给量。
而且，尽管图中未示出，缓冲槽664和燃料电极槽662可以构成这样的结构，通过具有类似于燃料供给单元465的结构的压电泵能够循环燃料124。以这种方式，当液体燃料用作燃料124时，可以从燃料电极102有效地去除在燃料电极102中产生的诸如二氧化碳的气体。因此，可以改善燃料电极102中的催化剂的利用率并可以改善燃料电池主体100的输出。
而且，如图27所示，传感器698可以附着到缓冲槽664的壁部。另外，如图28所示，传感器698可以设置在燃料电极槽662中。在这种情况中，燃料电池主体100的固体电解质隔膜114的一部分可以用作图20所示的聚合物隔膜。
而且，如图43所示，传感器698可以附着到燃料电极槽662的壁部，另外，尽管图中未示出，传感器698可以设置在燃料电极槽662中。
图29示出图27和图28所示的传感器698的变形例子。图29(a)示出图27所示的传感器698的变形例子。对于传感器698，应变仪695、第一端子696和第二端子697可以附着到缓冲槽664的外部，从而不直接和缓冲槽664中的燃料接触。如果聚合物隔膜694浸渍在缓冲槽664中的燃料中，即使应变仪695、第一端子696和第二端子697没有设置在缓冲槽664中，也可以检测第一端子696和第二电极端子697之间的电阻值。具有这种结构，可以不用图21所示的防水膜712构成应变仪695。而且，归因于这种结构，由于第一端子696和第二端子697没有恒定地位于燃料中，所以阻止了第一端子696和第二端子697受到燃料的腐蚀。因此，可以稳定地保持第一端子696和第二端子697。
图29(b)示出图28所示的传感器698的变形例子。这里，应变仪695、第一端子696和第二端子697可以附着到固体电解质114的氧化剂电极108侧，从而不直接和燃料电极槽662中的燃料接触。因此，由于应变仪695、第一端子696和第二端子697没有恒定地位于燃料中，所以可以稳定地保持应变仪695、第一端子696和第二端子697。
根据本实施例中的燃料电池系统692，可以用简单的结构来检测液体燃料的醇浓度。
另外，如图41所示，传感器698可以具有这样的结构，其中第一端子696和第二端子697附着在石英722上，石英722的表面粘接有聚合物隔膜694。在这种情况中，通过改变来自传感器698的第一端子696的振荡频率，浓度测量单元670传输微波并接收来自第二端子697的反射波，并由此根据谐振频率特性来检测聚合物隔膜的尺寸变化。
(第四实施例)
如图30所示，燃料电池系统692可以包括代替传感器698的传感器704。传感器704是包括第一电极701和第二电极702的电容器。在传感器704中，第一电极701和第二电极702夹着聚合物隔膜700。在这种情况中，聚合物隔膜700由绝缘材料构成。聚合物隔膜700可以由任何材料构成，只要它是绝缘体，并且其尺寸随燃料124的醇浓度是可以变化的。作为聚合物隔膜700，例如，可以例举芳族聚醚、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚膦腈、以及三氟苯乙烯聚合物(BAM3G，由Ballard Corporation制造)。另外，用作燃料电池主体100的固体电解质隔膜114的包括磺酸的那些聚合物隔膜在通过照射电子束、UV、x射线或者被浸渍在盐中使之成为绝缘体之后，可以被使用。
在这种情况中，浓度测量单元670可以包括电容测量单元，其代替图23所示的电阻测量单元来测量传感器704的第一电极701和第二电极702之间的电容。浓度计算单元684根据由电容测量单元测量的电容变化来计算缓冲槽664中的醇浓度。另外，参考数据存储单元685存储表示第一电极701和第二电极702之间的电容与醇浓度之间的关系的参考数据。在这样情况中，其尺寸随燃料124的醇浓度可以变化的材料用于聚合物隔膜700，当传感器704浸渍在燃料124中时，聚合物隔膜700的厚度对应于燃料124的醇浓度变化，以及之后，第一电极701和第二电极702之间的距离变化。由于电容器的电容与第一电极701和第二电极702之间的距离成反比变化，所以通过测量第一电极701和第二电极702之间的电容可以检测聚合物隔膜700的厚度变化。基于聚合物隔膜700的厚度变化的改变可以计算缓冲槽664中的醇浓度。
图31是详细地示出了传感器704的图。图31(a)是聚合物隔膜700的侧视图，第一电极701和第二电极702夹着聚合物隔膜700，图31(b)是从第一电极701侧观察传感器704的顶视图。第一电极701和第二电极702通过导线714a和导线714b分别电连接到图30所示的浓度测量单元670。
而且，尽管图中未示出，通过对聚合物隔膜700辐射微波、改变振荡频率、接收反射波并根据谐振频率特性来检测聚合物隔膜700的尺寸(厚度)变化的方法，可以测量聚合物隔膜700的尺寸变化。
根据本实施例的燃料电池系统692，可以用简单的结构来检测液体燃料的醇浓度。
(第五实施例)
图32是示出了根据本发明的第二实施例的燃料电池系统的结构一个例子的图。在本实施例中，燃料盒678附着到燃料电池系统692上。
燃料盒678包括缓冲槽664和燃料存储单元676。燃料电池系统692的主体侧679包括燃料电池主体100、燃料电极槽662、燃料供给处理单元674、浓度测量单元670和控制单元672。相同的标记被指定给和图20的第三实施例中解释的元件部件相同的元件部件，并将适当地省略对它们的解释。
这里，构成燃料供给处理单元674，使得当燃料盒678附着时将包含在燃料盒678的燃料存储单元676中的燃料124提供给缓冲槽664。在燃料盒678中，缓冲槽664包含传感器698。在主体侧679中，当燃料盒678附着时与传感器698的第一端子696和第二端子697电连接的端子(图中未示出)形成在浓度测量单元670中。构成燃料电极槽662，使得从缓冲槽664引入燃料124。
图33是示出了燃料盒678中的缓冲槽664和主体侧679中的燃料电极槽662的示意图。燃料供给端口643形成在燃料电极槽662中，以及缓冲槽664具有和燃料电极槽662的燃料供给端口643适配的适配单元647。分别和传感器698的第一端子696和第二电极端子697连接的端子696a和端子697a形成在燃料盒主体645的侧壁。
如图34所示，传感器698可以设置在主体侧679的燃料电极槽662中。另外，如图35所示，可以构成燃料电池系统692，从而使只包含燃料存储单元676的燃料盒678与它是可分离的。而且，尽管在图中没有示出，但是燃料盒678可以构成为包含阀。
图36是示出了图33所示的燃料盒678的另一个例子的图。这里，燃料盒678的缓冲槽664包含燃料供给部件637。在这个例子中，在燃料电池主体100中，没有设置燃料电极槽662，并且通过燃料供给部件637将包含在缓冲槽664中的燃料提供给燃料电池主体100的燃料电极102。燃料供给部件637由能够吸收燃料124并将吸收的燃料提供给燃料电池主体100的材料构成。例如，燃料供给部件637由尿烷构成。另外，燃料供给部件637可以由陶瓷的多孔体构成，诸如硅石多孔体和氧化铝多孔体；和氟树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚硫化物和聚苯并咪唑的多孔膜。
第四实施例中所述的包括传感器704的燃料电池系统692也可以包括本实施例中描述的燃料盒。
(例2)
Nafion N117隔膜(由E.I.du Pont de Nemours and Co.制造，厚度大约是50μm，宽度大约是5mm，长度大约是60mm)用作聚合物隔膜694，并且应变仪附着到聚合物隔膜694的表面并提供传感器698。将已知浓度(甲醇浓度0％、20％、40％和60％)的甲醇水溶液引入到容器中，并且通过具有电桥的直流源计测量应变仪的电极之间的电阻值。表1示出了甲醇水溶液中的甲醇浓度和电阻值的变化量之间的关系。以这种方式，通过检测聚合物隔膜694的应力可以精确地检测醇浓度。
表1
  MeOH(％)   电阻变化(％)
  0204060   0.05.01022
尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但是该描述是对本发明的解释并不构成对本发明的限制。在不脱离本发明的精神和范围时，本领域技术人员可以通过在构成元件或者工艺之间进行组合来得到各种改变。
如图37所示，燃料电池系统660可以分别包括两个燃料存储单元和两个燃料供给单元。在这种情况中，如图37(a)所示，燃料电池系统660包括第一燃料存储单元407和第二燃料存储单元409，来代替燃料存储单元676。燃料供给处理单元674包括第一燃料供给单元465a、第二燃料供给单元465b、逆变器461和混合单元485。第一燃料供给单元465a从第一燃料存储单元407向混合单元485提供第一燃料成分481。第二燃料供给单元465b从第二燃料存储单元409向混合单元485提供第二燃料成分483。从第一燃料存储单元407和第二燃料存储单元409提供的第一燃料成分481和第二燃料成分483在混合单元485中混合，并作为燃料124提供给燃料电池主体100。第一燃料供给单元465a和第二燃料供给单元465b都连接到逆变器461，并通过控制单元672分别控制来自二者的供应量。第一燃料成分481和第二燃料成分483可以是，例如水和甲醇。混合单元485可以是节流阀或者压电阀。
如图37(b)所示，燃料电极系统660还可以包括浓度调节单元592。浓度调节单元592调节混合单元485，并由此控制分别从第一燃料存储单元407和第二燃料存储单元409提供的第一燃料成分481和第二燃料成分483的混合比。浓度调节单元592和逆变器461连接并通过控制单元672控制。
以这种方式，在具有图37所示的结构的燃料供给处理单元674中，由于单独控制两个燃料成分的供给量，所以可以适当地调节燃料124的浓度。另外，在通过混合单元485混合之后，将两种燃料成分提供给燃料电池主体100，两种燃料成分最终被混合并提供给燃料电池主体100。
类似地，在第三到第五实施例中所述的燃料电池系统692可以包括两个燃料存储单元和两个燃料供给单元。
燃料供给处理单元674可以包括三个或者更多个燃料供给单元。在这种情况中，燃料电池系统660可以包括三个或者更多个燃料存储单元。
可以构成燃料电池系统660，使其具有如图38所示的结构。如图38所示，燃料盒678包括第一燃料存储单元676a和第二燃料存储单元676b，其中第二燃料存储单元676b包含具有与第一燃料存储单元676a中的醇浓度不同的醇浓度的燃料。第一燃料存储单元676a和第二燃料存储单元676b中的任一个可以存储不含醇的水。尽管在图中没有示出，但是燃料提供给燃料电池主体100之后排出的水可以返回并循环到第一燃料存储单元676a或者第二燃料存储单元676b中的任一个。
图38(a)是示出了第一泵707a和第二泵707b设置在主体侧679中的图。注射器709设置在主体侧679中的第一泵707a和第二泵707b的端部。例如，硅橡胶等制成的帽708设置在燃料盒678的第一燃料存储单元676a和第二燃料存储单元676b。通过用主体侧679的注射器709穿透燃料盒678的帽708，第一泵707a和第二泵707b工作，以从第一燃料存储单元676a和第二燃料存储单元676b向主体侧679提供燃料。尽管图中未示出，但是可以通过控制单元672(例如参见图14)并根据由传感器668测量的缓冲槽664中的燃料的浓度来控制第一泵707a和第二泵707b，可以控制从第一燃料存储单元676a和者第二燃料存储单元676b的燃料的供给量。这里，示出了传感器668设置在缓冲槽664中的例子。传感器668可以设置在燃料电极槽662中，并还可以设置在连接缓冲槽664和燃料电极槽662的管705中，并还可以设置在连接缓冲槽664和第一泵707a及第二泵707b的管706中。
如图38(b)所示，第一泵707a和第二泵707b可以设置在燃料盒678中。而且，在这种情况中，当燃料盒678附着到主体侧679时，在与控制单元672(例如参见图14)电连接时，能够通过控制单元672来控制第一泵707a和第二泵707b。
尽管在图38中示出了缓冲槽664设置在主体侧679中的例子，但是燃料电池系统660可以不包括缓冲槽664，并可以这样构成，即通过管706或者管705直接将从燃料盒678提供的燃料引入到燃料电极槽662中。
传感器668、传感器698和传感器704可以用于测量在燃料电池系统中重整(reforming)之前的醇浓度，其中，在该燃料电池系统中重整甲醇以产生氢气气体并使用氢气作为燃料。
传感器668、传感器698和传感器704不仅可以用于燃料电池系统660或者燃料电池系统692中的醇浓度测量，而且可以用于各种溶液中的醇浓度测量。例如，它们可以用于测量醇饮料中的醇浓度。

Claims (36)

1.一种使用含醇的液体燃料的燃料电池系统，包括：
燃料电池主体，其包括固体聚合物电解质隔膜以及附着到所述固体聚合物电解质隔膜的燃料电极和氧化剂电极；
容纳所述液体燃料的容器；
聚合物隔膜，其具有质子导电性并设置在所述容器的内部或者所述容器的壁部；以及
浓度检测单元，当用所述液体燃料浸渍所述聚合物隔膜时，其根据所述聚合物隔膜的质子导电性的变化来检测所述容器中的所述液体燃料的醇浓度。
2.根据权利要求1的燃料电池系统，
其中所述浓度检测单元包括：附着到所述聚合物隔膜的一对电极端子；电阻测量单元，其测量所述电极端子之间的电阻值；以及浓度计算单元，其根据由所述电阻测量单元测量的电阻值来计算所述液体燃料的醇浓度。
3.根据权利要求2的燃料电池系统，
其中所述浓度检测单元的所述电极端子放置在所述容器的外部。
4.根据权利要求2或者3的燃料电池系统，
其中所述浓度测量单元包括覆盖所述电极端子的憎水隔膜。
5.根据权利要求1至4的任何一项的燃料电池系统，
其中使用所述固体聚合物电解质隔膜的一部分作为所述聚合物隔膜。
6.根据权利要求1至5的任何一项的燃料电池系统，
还包括相对于温度或者pH具有不同质子导电性的多个聚合物隔膜，
其中考虑到所述容器中的所述液体燃料的温度或者pH，所述浓度检测单元基于所述多个聚合物隔膜的质子导电性的各变化来检测所述液体燃料中的醇浓度。
7.根据权利要求1至6的任何一项的燃料电池系统，
其中所述聚合物隔膜包括质子酸基团。
8.一种使用含醇的液体燃料的燃料电池系统，包括：
燃料电池主体，其包括固体聚合物电解质隔膜以及附着到所述固体聚合物电解质隔膜的燃料电极和氧化剂电极；
容纳所述液体燃料的容器；
聚合物隔膜，其设置在所述容器的内部或者所述容器的壁部，并且当用所述液体燃料浸渍时，其尺寸根据所述液体燃料的醇浓度的浓度是可以变化的；以及
浓度检测单元，其检测所述聚合物隔膜的尺寸的变化程度，并且根据尺寸的变化程度来检测所述容器中的所述液体燃料的醇浓度。
9.根据权利要求8的燃料电池系统，
其中所述浓度检测单元包括：附着到所述聚合物隔膜的应变仪；电阻测量单元，其测量所述应变仪的电阻变化；以及浓度计算单元，其将由所述电阻测量单元测量的电阻变化转换成所述液体燃料的醇浓度。
10.根据权利要求8或者9的燃料电池系统，
其中使用所述固体聚合物电解质隔膜的一部分作为所述聚合物隔膜。
11.根据权利要求8的燃料电池系统，
其中所述浓度检测单元包括：电容器，其夹着所述所述聚合物隔膜；电容测量单元，其测量所述电容器的电容；以及浓度计算单元，其基于由所述电容测量单元测量的电容的变化来检测所述聚合物隔膜的尺寸变化，并将该尺寸变化程度转换成所述液体燃料的醇浓度。
12.根据权利要求8的燃料电池系统，
其中所述浓度检测单元包括：附着到所述聚合物隔膜的石英振荡器；谐振频率特性测量单元，其检测所述石英振荡器的谐振频率的变化；以及浓度计算单元，其将由所述谐振频率特性测量单元测量的谐振频率特性转换成所述液体燃料的醇浓度。
13.根据权利要求8至12的任何一项的燃料电池系统，
其中所述聚合物隔膜包括质子酸基团。
14.根据权利要求6至13的任何一项的燃料电池系统，
还包括相对于温度和pH具有不同尺寸变化程度的多个聚合物隔膜，
其中考虑到所述容器中的所述液体燃料的温度或者pH，所述浓度检测单元基于所述多个聚合物隔膜的各尺寸变化程度来检测所述液体燃料中的醇浓度。
15.根据权利要求1至14的任何一项的燃料电池系统，其中所述聚合物隔膜是交联的。
16.根据权利要求1至15的任何一项的燃料电池系统，还包括与燃料电池主体可分离的燃料盒，
其中所述容器设置在所述燃料盒中。
17.根据权利要求1至16的任何一项的燃料电池系统，还包括：
燃料电极槽，其具有燃料注入口并且向所述燃料电极提供所述液体燃料；以及
燃料盒，其具有和所述燃料电极槽的所述燃料注入口适配的适配单元，并与所述燃料电极槽可分离，
其中所述容器设置在所述燃料盒中。
18.根据权利要求1至17的任何一项的燃料电池系统，还包括：
不同浓度燃料存储单元，其存储具有与所述容器中的所述液体燃料的醇浓度不同的醇浓度的液体燃料；
供给单元，其从所述不同浓度燃料存储单元向所述容器提供所述液体燃料；以及
控制单元，其根据由所述浓度检测单元检测的所述容器中的醇浓度，调节要由所述供给单元提供的所述液体燃料的供给量。
19.根据权利要求18的燃料电池系统，还包括燃料电极槽，其具有燃料注入口并且向所述燃料电池主体提供所述液体燃料；
其中所述容器包括与所述燃料电极槽的所述燃料注入口适配的适配单元和用于连接到所述供给单元的第一连接单元，所述容器与所述燃料电极槽和所述供给单元可分离，并且所述不同浓度燃料存储单元包括用于连接到所述供给单元的第二连接单元，所述不同浓度燃料存储单元与所述供给单元可分离。
20.根据权利要求19的燃料电池系统，
其中所述容器和所述不同浓度燃料存储单元是整体形成的。
21.根据权利要求1至20的任何一项的燃料电池系统，还包括温度传感器，其测量所述容器中的所述液体燃料的温度，
其中所述浓度检测单元基于由所述温度传感器测量的温度，来校正所述容器中的所述液体燃料的醇浓度。
22.根据权利要求1至21的任何一项的燃料电池系统，还包括pH测量单元，其测量所述容器中的所述液体燃料的pH，
其中所述浓度检测单元基于由所述pH测量单元测量的pH，来校正所述容器中的所述液体燃料的醇浓度。
23.根据权利要求1至22的任何一项的燃料电池系统，还包括：
报警单元，其发出警报；以及
控制单元，当由所述浓度检测单元检测的所述容器中的所述液体燃料的醇浓度不在预定范围内时，其通知所述报警单元发出警报。
24.一种醇浓度测量装置，包括：
具有质子导电性的聚合物隔膜，当用含醇的液体浸渍时，所述质子导电性随所述液体的醇浓度是可以变化的；以及
浓度检测单元，其基于所述聚合物隔膜的质子导电性的变化来检测所述液体的醇浓度。
25.根据权利要求24的醇浓度测量装置，
其中所述浓度检测单元包括：附着到所述聚合物隔膜的一对电极端子；电阻测量单元，其测量电极端子之间的电阻值；以及浓度计算单元，其将由所述电阻测量单元测量的电阻值转换成所述液体中的醇浓度。
26.一种醇测量装置，包括：
聚合物隔膜，当用含醇的溶液浸渍之后，其根据所述液体中的醇浓度的浓度显示出尺寸变化；以及
浓度检测单元，其检测所述聚合物隔膜的尺寸的变化程度，并基于尺寸的变化程度来检测所述液体的醇浓度。
27.根据权利要求26的醇浓度测量装置，
其中所述浓度检测单元包括：附着到所述聚合物隔膜的应变仪；电阻测量单元，其测量所述应变仪的电阻变化；以及浓度计算单元，其将由所述电阻测量单元测量的电阻变化转换成所述液体燃料的醇浓度。
28.一种测量醇浓度的方法，包括：
用作为要测量的目标的含醇的液体来浸渍具有质子导电性的聚合物隔膜；
检测所述聚合物隔膜的质子导电性的变化；以及
基于质子导电性的变化来检测所述液体中的醇浓度。
29.根据权利要求28的测量醇浓度的方法，
其中所述检测质子导电性的变化包括测量附着到所述聚合物隔膜的一对电极端子的电阻值，并且
其中所述检测醇浓度包括基于该电阻值来计算所述液体的醇浓度。
30.根据权利要求28或者29的测量醇浓度的方法，还包括在所述检测所述聚合物隔膜的质子导电性的变化之前用二氧化碳气体使所述液体饱和。
31.一种测量醇浓度的方法，包括：
用作为要测量的目标的含醇的液体浸渍聚合物隔膜，其中当用所述液体浸渍该聚合物隔膜时，其显示出尺寸变化；
检测所述聚合物隔膜的尺寸变化；以及
基于聚合物隔膜的尺寸变化来检测所述液体的醇浓度。
32.根据权利要求31的测量醇浓度的方法，
其中所述检测尺寸变化包括测量附着到所述聚合物隔膜的应变仪的电阻变化，并且
所述检测醇浓度包括将在所述测量电阻中测量的电阻变化转换成所述液体的醇浓度。
33.根据权利要求31的测量醇浓度的方法，
其中所述检测尺寸变化包括测量构成为夹着所述聚合物隔膜的电容器的电容，并且
所述检测醇浓度包括基于在所述测量电容中测量的电容的变化来检测所述聚合物隔膜的尺寸变化，并将该尺寸变化程度转换成所述液体燃料的醇浓度。
34.根据权利要求31的测量醇浓度的方法，
其中所述检测尺寸变化包括测量附着到所述聚合物隔膜的石英振荡器的谐振频率的变化，并且
所述检测醇浓度包括基于在所述测量谐振频率中测量的谐振频率的变化来检测所述聚合物隔膜的尺寸变化，并将该尺寸变化程度转换成所述液体燃料的醇浓度。
35.一种燃料存储容器，其与燃料电池系统是可分离的并储备提供到燃料电池主体的液体燃料，其中所述燃料电池系统包括所述燃料电池主体、第一电极端子、第二电极端子和向所述第一电极端子和所述第二电极端子之间施加电压的电压施加单元，该燃料存储容器包括：
具有质子导电性的聚合物隔膜；以及
第三电极端子和第四电极端子，其附着到所述聚合物隔膜并分别电连接到所述第一电极端子和所述第二电极端子。
36.一种燃料存储容器，其与燃料电池系统是可分离的并储备提供到燃料电池主体的液体燃料，其中所述燃料电池系统包括所述燃料电池主体、第一电极端子、第二电极端子和向所述第一电极端子和所述第二电极端子之间施加电压的电压施加单元，该燃料存储容器包括：
聚合物隔膜，当用含醇的液体浸渍时，其尺寸是可变化的；
应变仪，其附着到所述聚合物隔膜；以及
第三电极端子和第四电极端子，其电连接到所述第一电极端子和第二电极端子，以分别输出所述应变仪的电阻变化。
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