JP4284067B2 - 直接メタノール型燃料電池システム用のメタノール・センサ - Google Patents
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Description
在しなくなる。
料電池12から少なくとも1mmだけ離間されて。必要とされる電力出力に依存し、燃料電池の平面配列を形成するためい一個から多数個の燃料電池の任意数の燃料電池12が作製され得ることを理解すべきである。基体部分14の材料は、燃料電池12にエネルギ供給すべく用いられる燃料および酸化剤材料に対して不透過性となるように設計される。典型的には、燃料電池12にエネルギを供給するために水素含有燃料が用いられる。電気エネルギを生成するために燃料電池12により消費されるのに適した燃料は、水素、メタンおよびメタノールなどの水素含有物質である。この特定の例においては、燃料電池12に対してメタノールの水溶液が用いられる。基体部分14は典型的には、ガラス、プラスチック、ケイ素、グラファイト、セラミック、または他の任意の適切な材料で形成される。この特定実施例において平面スタック配列10は燃料電池膜電極アセンブリ(MEA)(現在論じている図2)により各々が画成される少なくとも2個の直接メタノール型燃料電池12を備えることから、平面スタック配列10は2個の燃料電池膜電極アセンブリを有する。
捨てカートリッジ状デバイス内に保持されるべきメタノール・タンク35および水タンク37の形態でメタノールおよび水を含むことが予期される。
気化学的反応により生成された電流もしくは電圧信号を測定する。この電流もしくは電圧信号は、脱イオン水中のメタノールの濃度に比例する。図4、図5および図6を通して、各センサ80,80’,80”は、基材14上に装着された金製集電体層88と、カバー92とを備える。膜電極アセンブリ82はそのプロトン伝導性機能の故に備えられると共に、複数の電極84,85ならびに膜層87を有する。電極84,85は、プロトン伝導性ポリマおよび無機支持体を有するかまたは有さないで、水素放出のためには白金で形成され、メタノール電解酸化のためには白金/ルテニウムで形成される。(0.8Vより高い)高電位においては、メタノール電解酸化のために白金が使用された。
り制限されることを除き、センサ80”は直接メタノール型燃料電池として作用する。
Claims (3)
- 単一体から形成されると共に主要面を有する基体部分と、
前記基体部分の主要面上に第1と第2の電極を備え、同第2の電極は外気にさらされている、少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと、
前記基体部分内に画成されると共に前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連通する流体供給チャネルであって、同流体供給チャネルは混合チャンバと少なくとも第1の燃料担持流体用流入口と第2の燃料担持流体用流入口とを備え、第1の流入口からのメタノールを含む第1の流体と第2の流入口からの水とは混合チャンバ中で混合されて燃料担持流体を形成し、流体供給チャネルは燃料担持流体を、燃料電池膜電極アセンブリの第1の電極に供給する、前記流体供給チャネルと、
前記流体供給チャネルおよび前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連絡するように前記基体部分に配置されるメタノール濃度センサであって、同メタノール濃度センサは第3の電極および第4の電極を有し、その電極間に膜が配置され、同第3の電極と第4の電極の中でのメタノールの電気化学反応によって発生して膜を通過する水素イオン数を、同メタノール濃度センサを駆動する入力電圧に対応する電流として測定し、または、第3の電極と第4の電極の中でのメタノールの電気化学反応によって発生した、膜間の電位差を電圧として測定し、その測定値は、流体供給チャネルによって供給される燃料担持流体中のメタノール濃度に比例し、それによって、前記膜電極アセンブリに対する燃料供給の監視を行なう、前記メタノール濃度センサと、
前記基体部分内に画成されると共に、前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連通する排出チャネルと、該排出チャネルは前記流体供給チャネルから離間されて前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリからの流体を第1電極側から排出し、該排出チャネルは、第1電極側から排出された流体の少なくとも一部を、燃料電池膜電極アセンブリの第1電極側から混合チャンバへ戻すための回収と再循環のシステムを備え、前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと、協働する流体供給チャネルと、協働する排出チャネルとが単一の燃料電池アセンブリを形成することと、
システムが複数の燃料電池膜電極アセンブリを含むときは、前記燃料電池アセンブリ間の電気的接続を行なって前記燃料電池アセンブリからの出力電圧を統合するために、前記基体部分に形成された複数の電気的接続手段と、
を備える燃料電池システム。 - 単一体から形成されると共に主要面を有する基体部分であって、セラミック、プラスチック、ガラスおよびケイ素のうちから選択された材料から形成される基体部分と、
前記基体部分の前記主要面上に形成された少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリであって、第1電極と、該第1電極と接触すると共に水素イオン伝導性電解質から形成された膜と、該膜と接触する第2電極とを備える、前記燃料電池膜電極アセンブリと、
前記基体部分内に画成されると共に、前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連通して、前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリの第1の電極に対して燃料担持流体を供給する流体供給チャネルであって、第1の流体用流入口、第2の流体用流入口および混合チャンバを更に備え、第1の流入口からのメタノールを含む第1の流体と第2の流入口からの水とは混合チャンバ中で混合されて、燃料担持流体を形成する、前記流体供給チャネルと、
基体部分に統合された、アノードおよびカソードを有する一体化メタノール濃度センサであって、前記アノードに流体を供給するために前記流体供給チャネルと連通し、かつ前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連絡するように配置され、それによって、同メタノール濃度センサは第3の電極および第4の電極を有し、その電極間に膜が配置され、アノードとカソードの中でのメタノールの電気化学反応によって発生して膜を通過する水素イオン数を、同メタノール濃度センサを駆動する入力電圧に対応する電流として測定し、または、第3の電極と第4の電極の中でのメタノールの電気化学反応によって発生した、膜間の電位差を電圧として測定し、メタノールの電気化学反応は、アノード中での燃料担持流体中に含まれるメタノールの酸化と、その結果起こるカソード中の水素イオンの還元と、を含み、その測定値は、流体供給チャネルによって供給された燃料担持流体のメタノールの濃度に比例する、該膜電極アセンブリに対する燃料供給の調整を提供する、前記一体化メタノール濃度センサと、
前記基体部分内に画成されると共に前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連通する排出チャネルと、同排出チャネルは前記流体供給チャネルから離間されて、少なくとも1個の離間された燃料電池膜電極アセンブリの第1電極側から、燃料電池で使用された後の流体を排出し、該排出チャネルは前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリの第2電極および混合チャンバと流体連通されている、回収と再循環のアセンブリを更に備え、該回収と再循環のアセンブリは、燃料電池膜アセンブリから排出された流体の少なくとも一部を戻し、前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと、協働する流体供給チャネルと、協働する排出チャネルとは組み合わされて単一の燃料電池アセンブリを形成することと、
装置が複数の燃料電池膜電極アセンブリを含むときは燃料電池アセンブリからの出力電圧を統合するために、形成された複数の燃料電池アセンブリを電気的に接続するための複数の電気的接続手段を備え、かつ、燃料電池膜アセンブリの上部に位置する、キャップ部分と、
を備える燃料電池配列装置。 - 燃料電池配列装置を製造する方法であって、
セラミック、プラスチック、ガラス、グラファイトおよびケイ素のうちから選択された材料から形成される基体部分を備える工程と、
少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリに対して燃料担持流体を供給する流体供給チャネルであって、第1の流入口からのメタノールを含む第1の流体と第2の流入口からの水とを混合して燃料担持流体を形成する混合チャンバ、およびメタノール濃度センサを更に備える流体供給チャネルを前記基体部分内に形成する工程と、
アノードおよびカソードを含むメタノール濃度センサを形成する工程であって、前記アノードに流体を供給するために前記流体供給チャネルと連通するように、且つ前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリと連絡するように配置され、同メタノール濃度センサは第3の電極および第4の電極を有し、その電極間に膜が配置され、アノードとカソードの中でのメタノールの電気化学反応によって発生して膜を通過する電子数を、同メタノール濃度センサを駆動する入力電圧に対応する電流として測定し、または、第3の電極と第4の電極の中でのメタノールの電気化学反応によって発生した、膜間の電位差を電圧として測定し、メタノールの電気化学反応は、アノード中での燃料担持流体中に含まれるメタノールの酸化と、その結果起こるカソード中の水素イオンの還元と、を含み、その測定値は、流体供給チャネルによって供給された燃料担持流体のメタノールの濃度に比例する、該膜電極アセンブリに対する燃料供給の調整を提供する、前記メタノール濃度センサを形成する工程と、
前記流体供給チャネルから離間されて前記少なくとも1個の離間された燃料電池膜電極アセンブリから流体を排出する排出チャネルであって、燃料電池膜電極アセンブリ第1電極側から混合チャンバへ排出された流体の一部の回収と再循環のために、少なくとも一つの燃料電池膜電極アセンブリと混合チャンバとを液体連結する、燃料担持流体の回収および再循環のための回収と再循環のシステムを更に備える排出チャネルを前記基体部分内に形成する工程と、
前記少なくとも1個の燃料電池膜電極アセンブリを前記基体部分の前記主要面上に形成する工程であって、前記少なくとも1個の離間された燃料電池膜電極アセンブリを形成する工程は、前記基体部分の主要面上に第1電極を設ける工程であって、第1の電極は流体供給チャネルによって燃料担持流体が供給されることと、
該第1電極に接触すると共に水素イオン伝導性電解質から形成された膜を配備する工程と、該膜と接触する第2電極を配備する工程とを含み、前記少なくとも1個の離間された燃料電池膜電極アセンブリと、協働する流体供給チャネルと、協働する排出チャネルと、が単一の燃料電池アセンブリを形成する、工程と、
第2の電極が外気にさらされるように、燃料電池膜電極アセンブリの上にあって、装置が複数の燃料電池膜電極アセンブリを含むときは燃料電池アセンブリからの出力電圧を統合するために、形成された複数の燃料電池アセンブリ間を電気的に接続するための複数の電気的接続手段を備えるキャップ部分を形成する工程と、
を含む、方法。
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