TW200405611A - Fuel cell reactant and byproduct systems - Google Patents

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200405611 玖、發明說明： 【發明所屬技術領域】 發明領域 本發明有關燃料電池和燃料電池反應物及副產物系統。 I[先前 j 發明背景 10 用於將燃料及氧化劑轉換成電力及反應副產物之燃料 电池的優點在於擁有較高的能量密度且不受冗長的再充電 週』所古(相於可充電電池而言）、體積較小且重量較輕而 且成乎不產生壞境排放物。然而，發明人已經決定可對於 2統燃料電池作出改良。更具體言之，發明人已判定如果 匕夠提tw過改良的用於將反應物輸送至燃料電池電極及 從電極移除副產物之系統將是有利的方式。 另 15 方面’譬如’傳統的燃料電池燃料輸送系統將液 體燃料連續地泵送至陽極絲陽極浸人燃料。發明人已妹 衫，此翻於使_輪送至陽極之方法料致燃料㈣ 極跨接至陰極，而降低了燃料電池的整體效率。燃料跨接 (fuel⑽贿er)亦必須使用較低濃度的燃料，導致—種 來燃料更佔體積且更重之车矫。剎田作^ 认… 糸、、先利用傳統的燃料電池燃料

輸送系統亦難以在陽極卜古、去4、认A g 劳枝上方達成均勻的燃料配送。相對於 =上的反應副產物而言’發明人已經決定，更有效率的 I! 副^^移除將可改善燃料電池反應速率及增加功率密度。 ^ —明内容】 一種燃料電池系統，包含： 20 200405611 一電極，其界定一表面； 一毛細反應物配送結構，其與該電極相聯結且構成為可將 反應物配送於該電極表面的至少一顯著部分上方·及， 一反應物供應裝置，其在壓力下將反應物供應至該毛 5 細反應物配送結構。 一種燃料電池，包含： 一陽極；及一陰極； 該陽極及陰極的至少一者包括一反應層及一電流集 器，其構成為將毛細力施加至一反應物以將該反應物配送 10 至該反應層上方及傳導電流。 一種燃料電池系統，包含： 一電極’其界定一表面； 一毛細反應物配送結構，其與該電極相聯結，而界定 一周邊且構成為可將反應物配送於該電極表面的至少一顯 15 著部分上方；及 一反應物供應裝置，其包括至少一中空構件且該至少 一中空構件將反應物傳送至該毛細反應物配送結構周邊内 的至少一區。 一種燃料電池系統，包含： 20 一電極； 一多孔反應物配送結構，其與該電極相聯結且構成為可 將反應物配送於該電極表面的至少一顯著部分上方；及 一大致氣體可穿透性、大致液體不可穿透性的副產物 移除裝置，其與該多孔反應物配送結構相聯結。 6 200405611 圖式簡單說明 參照圖式詳細描述本發明的較佳實施例。 第1圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池系 統的示意圖； 5 第1A圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池配 置的平面圖； 第2圖為可供圖示實施例配合使用之一燃料電池的分 解剖視圖； 第3圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 10 積體的侧剖視圖； 第4圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的側剖視圖； 第5圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池的 部分側剖視圖； 15 第6圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 第7圖為沿第6圖的線7-7所取之剖視圖； 第7A圖為沿第6圖的線7A-7A所取之剖視圖； 第8圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 20 積體的一部分之部分平面剖視圖； 第9圖為根據本發明的一較佳實施例之一副產物移除 管的剖視圖； 第10圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 7 200405611 第11圖為沿第10圖的線11-11所取之剖視圖； 第12圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之剖視圖； 第13圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 5 積體的一部分之剖視圖； 第14圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 第15圖為沿第14圖的線15-15所取之剖視圖； 第16圖為沿第14圖的線16-16所取之剖視圖。 10 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 下文詳細描述本發明的目前已知最佳實行模式。此描 述不具限制性質而只供示範本發明的一般原理。請注意為 求簡單已經省略了與本發明無關之燃料電池結構的詳細論 15 述。 本發明亦適用於廣泛不同的燃料電池技術，包括目前 研發或尚未研發之燃料電池技術。因此，雖然下文就一種 直接曱醇燃料電池(“DMFC”）來描述多項示範性燃料電池 系統，諸如乙醇及酵素性燃料電池等包含液體反應物的其 20 他類型燃料電池同樣亦適用於本發明。此外，圖中示範性 實施例之燃料電池係成對排列而具有彼此面對的陽極（有 時稱為一種“共用陽極室”配置）。連續的燃料電池對可垂直 堆積（第1圖中堆積兩對）或平面式放置在彼此旁邊（第1A圖 顯示四對）。亦可由其本身使用單對。或者，個別的燃料電 8 池可以傳統的雙極組態加以堆積、平面式放置在彼此旁邊 或是簡單地供本身使用。 例如第1至3圖所示，根據本發明的一實施例之一燃料 黾池系、、’充100係包括排列在一堆積體中之複數個燃料電 池102。各燃料電池1〇2包括被一薄離子傳導膜ιι〇所分離之 -陽極106及-陰極1()8。位於膜㈣相對面上之陽極ι〇6及 陰極1〇8係形成一膜電極總成(“MEA”）。在示範性實行方式 中，陽極106由-觸媒層1〇6a及一多孔電流集器1〇处所組成 。示範性陰極108由-觸媒層108a及一多孔電流集器職所 組成。示範性離子傳導膜110具有電解質的功能。在可供本 發明配合使用之一替代性MEA中，觸媒層购及驗可由 膜承載，或在另一替代性配置中，陽極、陰極及膜可各 設有觸媒層。並且，可放置額外的金屬電流集器使其接觸 可旎為金屬或不為金屬之多孔電流集器。 不範性系統100中的個別電池102堆積方式可使得相鄰 電池的陽極106面對彼此且其間具有約0.05公厘至約5公厘 的一空間，相鄰電池的陰極1〇8面對彼此且其間具有約^」 公厘至約10公厘的一空間。陰極1〇8係在堆積體1〇4端點上 面對壁114。依照此排列，相鄰陽極106之間的空間係界定 燃料區112，而相鄰陰極108(或一陰極與一壁114)之間的空 間係界疋氧化劑區i 16。依據負荷的功率需求而定，可以串 恥並聯或是串聯與並聯的部分組合來連接陽極及陰極。 在共用陽極室配置中，兩相鄰陽極1〇6可以彼此並聯連接， 且其各別的陰極108亦可並聯連接，且此對並聯的陽極係串 200405611 聯式連接至下對並聯的陰極。 在示範性DMFC 102中，將一種諸如甲醇/水混合物等 液體燃料供應至燃料區112，且將氧氣或空氣供應至氧化劑 區116。燃料在陽極106產生電化性氧化，藉此產生一副產 5物（不範性實施例中為二氧化碳）以及移徙橫越傳導膜110且 在陰極108與氧起反應之質子，以產生_副產物（示範性實 施例中為水蒸氣）。 如第1及3圖所示，示範性燃料電池系統1〇〇中的燃料藉 由一燃料供應裝置118以較低壓力供應至燃料區ιΐ2的入口 10 ’然:後藉由-燃料配送元件12〇以_薄層配送至陽極1〇6表 面上方。燃料供應裝置118較佳包括-主動裝置m，諸如 從-貯槽或加壓貯槽(諸如蓄壓囊)抽取燃料之泵、及具有類 似泵的功能之閥配置、以及一包括燃料供應通路124之歧管 或其他配送配置。燃料供應通路124將燃料供應至燃料配送 元件120。雖然本發日月不限於任何特定驗將㈣從燃料供 應通路124傳送至燃料配送元件12〇之方法，第3圖所示的示 範性燃料供應通路係包括抵靠住相聯結的燃料配送元件之 縱向延伸槽126。或者，可將燃料配送元件120邊緣的-部 分插入相聯結的槽126内。槽126的長度大致對應於 燃料配 20送元件120的長度。可依需要提供密封材料。 。可藉ά ^化劑供應t置128將氧化劑供應至氧化劑 區116。氧化劑供應裝置128較佳只是一適當的通口 13〇(依 而要具有風扇）且其可藉由_包括附有槽133的氧化劑供應 通路132之歧管或其他輯配置讓周遭氧化劑區 10 116及前往陰極1〇8表面。 第4圖顯示一燃料配送元件與一燃料供應通路之間的 示範曰代連接方式。此處，一示範性燃料供應通路 124’係被一可能利用與燃料配送元件120具有相同性質的 材料形成之簡配送元件134所圍繞。簡輯元件m利 用形成於簡供應料巾的開㈣6來純_。在示範性 燃料供應通路124,為管狀結構之示範性實行方式中，開孔 136形成於管狀結構的侧壁中。開孔136較佳係位於一縱向 延伸區（諸如與相㈣的燃料配送元件120邊緣共同延伸之 區）内，且較佳位於此區周邊的不同點上。或者，可使用一 夕孔官（諸如多孔金屬管）或一非金屬多孔渡器來取代燃料 供應通路124,。一附有一用於燃料配送元件120的開口 140 之蓋138係圍繞燃料配送元件134。燃料配送元件12〇及134 可為一體(如圖所示）或兩個彼此導通的分離元件。 第1至3圖所示的示範性燃料電池系統1〇〇亦包括一陽 極側副產物移除裝置142及一陰極側副產物移除裝置144。 如上述，位於示範性DMFC的陽極側上之副產物將是二氧化 碳，而位於陰極側上的副產物將是水蒸氣及未使用的空氣 。陽極側副產物移除裝置丨42較佳包括一歧管或其他配送配 置且其具有與燃料區112出口邊緣導通之副產物出口通路 146。抵靠住燃料配送元件120邊緣之縱向延伸槽148可形成 於副產物出口通路146中。或者，燃料配送元件12〇邊緣的 部分可插入槽148内。可將一液氣分離膜併入槽148或通 口開口内，且可經由此膜釋放氣態副產物。除了通口開口 200405611 以外，可利用一低壓为屙 一產生真空力的文參照糊所詳述之 146射出副產物卞 （產物出口通路 物移料〖置144可能只是 = Γ152(依需要具有風扇），且其藉由—包括附有样hi =物出口通路154之歧管或其他配送配置將副產:從 平'&U6通住大氣。或者，氧化劑區116可能夠寬而 =利用_氣對流來補充空氣及移除副產物; 在一平面性燃料電池配置中尤然。 得別 ίο 庫、雨雖然示範性燃料供應通路124、氧化劑供 應通路132、·物^通路職副產物”通路154的横 剖面形狀為正方形，可能依需要改變其形狀以適靡特定憤 況:其他適當橫剖面形狀係包括但不限於諸如圓形及長方 形寺幾何形狀。 不範性燃料配送元件12 G較佳係生成毛細力（用於‘‘必 15吸(―)，，)並使燃料從燃料配送元件-端驅迫及神取多 另-端(從側邊至側邊)且將燃料配送至陽極1〇6表面上方。 易言之’燃料配送元件12〇利用毛細力從燃料區入口神取擦 料及將燃料被動配送至陽極1〇6表面上方。生成毛細力么結 構應該與只是多孔性而未在所消耗的液體燃料上生成释何 20顯著毛細力之結構作出區分。毛細力係為毛細結構的尺十 及接觸角（其本身為液體燃料與毛細材料表面之間的炙彡 作用之一函數)之一函數。只是多孔的結構係需* —系（成其 他主動元件）來驅迫液體燃料通過多孔材料，而圖系赏施 例中的燃料供應裝置118只需輸送至燃料配送元^牛丨2〇的 12 200405611 邊緣。 可利用廣泛不同的毛細結構來整體地或部份地形成燃 料配送元件120。藉由範例而非限制性質，可能採用廣泛不 同的不導電材料，諸如浮雕有微通路的薄膜（示範性共用陽 5 極室實施例中，在兩侧上）、多孔中空纖維、多孔膜、泡綿 、絲線束及織造或不織布。在示範性燃料配送元件120的實 施例中，可採用諸如金屬泡綿、碳或石墨泡綿、金屬渡器 、碳渡器、金屬化泡綿、金屬化膜、浮雕有微通路的金屬 化薄膜及多孔中空金屬管等導電材料[下文參照第13圖詳 10 細地描述浮雕有微通路之薄膜]。或者，可採用不導電毛細 材料（諸如多孔中空纖維）與導電金屬纖維/絲線之一組合。 導電材料可作為一併入燃料配送結構中之電流集器。或者 ，電流集器只簡單地併入相聯結的電極内，如下文參照第5 圖所述。 15 上述的示範性陽極及燃料配送元件係為可在燃料電池 系統組裝期間彼此合併之分開的結構性元件。或者，燃料 配送元件可併入燃料電池陽極本身中。如同譬如第5圖所示 ，一原本與燃料電池102相同之燃料電池102’可設有一陽極 106’，陽極106’具有一觸媒層106a及一電流集器106b’且其 20 兩者皆可導電並構成為可生成毛細力。更具體言之，除了 收集電流以外，電流集器l〇6b’生成毛細力以將燃料被動地 配送至觸媒層106a上方。此電流集器106b’可由先前段落所 述的一或多種導電燃料配送材料形成。示範性燃料電池 102’中的燃料配送電流集器106b’可構成為使電流集器的縱 13 200405611 向端點延伸至通路124及146中的槽126内及148。或者，示 範性燃料電池102’可使用在諸如下文參照第6至11圖所述 包括燃料配送管之燃料電池系統中以及其他系統中。 可利用一控制器156(見第1圖）來控制燃料電池系統1〇〇 5 的操作，譬如包括對於燃料供應裝置118的輸出之控制，藉 以利用與電流抽取成正比的速率來供應燃料。在穩態時， 燃料將以燃料供應至燃料配送元件12 〇相同的速率受到消 耗，藉以降低燃料跨接。或者，燃料可能以時基單元 (time-based units)予以計量。此處，控制器156譬如將控制 10燃料供應裝置118以對於系統供應足夠燃料來運轉一段預 定時間間隔（譬如1分鐘），且在此間隔終點如果仍抽取電流 的治則供應下個間隔的燃料量。亦可利用控制器156及燃料 供應裝置118藉由簡單地關閉主動裝置122(亦即藉由關閉 泵或疋關閉與畜壓囊相聯結之閥）來關閉燃料電池。可 田系、、先關閉時留在陽極106上的較少量燃料來充電一 : 氧池或電谷為等機載式（〇n-board)能量儲存裝置158。

可免用控制态156，而由示範性燃料電池系統1〇〇供 應動力之Φ# π I

本燃料電 土錢衣置來提供控制功能。在任一例中，應注意 …衣置118的組態以適應特定狀況。譬如，可 使堆積體104中的所有燃料供應通路124直接 主動I置122。或者，可將各燃料供應通路124 的主動裝置122,或可將特定部分的燃料供應 譬如，燃 池系統具有多種不同的相關優點。 14 200405611 料配达7L件將燃料以一薄均勻層輸送至陽極，故相較於傳 統系統將有利於精密地控制燃料輸送處理、降低燃料跨接 及增高效率。降低的燃料跨接將有利於使用更高濃度的燃 料，藉以降低系統的整體重量。目前的燃料電池系統亦與 5疋向獨立然關，因為不論系統具有何種定向，燃料封或其 他主動元件）及燃料配送元件皆可將燃料輸送至燃料區及 將燃料配送至陽極表面上方。目前的燃料電池系統亦在陽 極上提供改良的燃料配送且利於改善燃料輸送處理的控制 ’藉以進-步改善燃料的利用率。並且，除了供應燃料以 10外，當燃料電池上不具有負荷時，可使用燃料果（或其他 主動元件）來阻止燃料流或甚至使之逆行，藉以改善整體 效率。 除了燃料配送元件120提供的毛細力以外，可藉由第6 至7A圖所示的燃料供應裝置118，來增強一燃料電池系統（ 15諸如第1圖所示的系統100)中的燃料配送。燃料供應裝置 ⑽大致類似於燃料供應裝置118。然而，此處，燃料㈣ 料供應通路124”傳送至燃料配送元件12〇側邊緣之間（亦即 周邊以外）的各區，而非以第3圖所示的方式供應至燃料配 (元件的邊緣。此配置因為燃料更快且更平均配送而改呈 20 了回應速率，且在具有較大表面積的陽極之燃料電池中將 斗寸別有用。在第6至7A圖所示的示範性實行方式中，燃料從 燃料供應通路124”經由複數個分隔的燃料配送管16〇傳送 至燃料配送元件120内的各不同點。燃料供應通路Η#，，包括 用於燃料配送管160的入口端164之複數個開孔162。燃料配 15 送官160的下游端166可能開啟或關閉。 不範性燃料配送管160係由液體不可穿透性材料形成 且其包括開孔168以供燃料通過流入燃料配送元件120内 。或者’燃料配送管160可由多孔材料形成而具有或不具有 頟外開孔，或為多孔與非多孔材料之一組合。配送管160亦 可為多孔中空纖維的形式，且其生成本身的毛細力並沿其 長度具有液體可穿透性以讓燃料跑出。在此處所述的示範 性燃料電池中，此等多孔中空纖維較佳為親水性。 10 對於示範性實施例中的燃料配送管160及燃料配送元 件120之相對定位而言，各燃料區1Π包括一對燃料配送元 件，且將複數個燃料配送管160定位在其間。燃料配送管開 孔168抵靠住燃料配送元件12〇。概以編號161代表之燃料配 笞160之間的空間可讓氣態副產物流至副產物出口通路 146’中的開孔163。或者，依據相鄰燃料電池1〇2排列方式 15 而定，燃料配送管160可定位在各燃料區112内的單一燃料 配送元件120頂上、底下或嵌入其内。 20 較佳從燃料供應通路m”延伸至副產物出口通路⑽， 的位置或附近之燃料配送管16G的橫剖面形狀可依需要改 變以適應特定狀況。適當的橫剖面形狀包括但不限^諸如 圓形、_正方形及長方形等幾何形狀。燃料配送管⑽的數量 及間隔亦可依需要改變。在示範性實施例中，管對於開放 面積的比率較佳$1 〇 幵 根據本發明之燃料電池系統可設有利於 產物而不移除未使用的燃料或與燃料配送元件 移除陽極側副 12 0的毛細 16 200405611 作用產生干擾之副產物移除裝置。如同譬如第8及9圖所示 ，一燃料電池系統(諸如第1圖所示的系統1〇〇)可設有一包括 複數個副產物移除管170之示範性副產物移除裝置142，。圖 示實施例中，副產物移除裝置142，位於一亦包括一具有燃 5料配送管160的燃料供應裝置Π8,之系統中，副產物移除管 170散佈於燃料配送管160之間。然而，應注意，副產物移 除衣置142亦可使用在包括一不具有燃料配送管的燃料供 應裝置諸如第3圖所示的燃料供應裝置118之燃料電池系統 中。來自陽極側反應之副產物係沿著長度進入示範性副產 10物移除管170。副產物移除管17〇的出口端172連接至副產物 出口通路146’中的開孔163。利用此方式移除副產物可將反 應驅往產物，藉以改善燃料電池的反應速率，且較快的反 應、速率將提高功率密度。此外，從反應室移除氣態副產物 將可增加有效表面積及功率密度。在一具有一諸如壓力釋 放闊等控制元件的封閉系統中，可移除副產物而不導入氧 氣。 圖不貫施例中的燃料為一液體（甲醇/水混合物），且陽 極側田彳產物為一氣體（二氧化碳）。為了移除副產物而不移除 燃料’不範性副產物移除管170具有液體不可穿透性及氣體 2〇 可牙透性。譬如’副產物移除管170可由液體可穿透性材料 形成且其包含開孔176及一氣體可穿透性、液體不可穿透性 概塾 8 $如由諸如具有適當孔尺寸的Gore-Tex®或聚丙 稀等膜材料製成之氣體可穿透性、液體不可穿透性襯墊178 係可能位於副產物移除管170内部（如圖所示）或外部。下文 17 200405611 芩照第10及11圖描述其他替代性副產物移除管 較佳從一靠近燃料供應通路丨2 4，，的位 出口通路146’之副產物移除管ι7〇的橫 置延伸至副產物 剖面形狀可依需要 改變以適應特定狀況。適當的橫剖面形狀包括但不限於圓 形、正方形及長㈣㈣觸狀。副產物移除管㈣的數量 及間隔亦可依f要改變。在以1:1比率散佈在燃料配送管 160之間的示紐實施例中，_配送管對於開放面積或副 產物移除管的㈣較佳U。在不具有_配送管⑽的宰例 中，副產物移除们獨數量可增加。至於副產物移除管17〇 ίο 15 相對於燃料配送元件120的定位而言，副產物移除管可定位 在燃料配送元件的頂上、底下或嵌入其内（如圖所示）。 此外’如上文參照第1圖所示，一用於加強從示範性燃 料電池102陽極側移除副產物之選擇性機構係為上述的主' 動襄置15G，諸如-|。主動裝置15G亦可與—包括複數個 田1J產物移除管之副產物移除裝置（諸如副產物移除裝置1 ， 及142” (如上述）的一者）合併使用。 第10及11圖綠示本發明的另一示範性實施例。此處， 燃料笔池糸統G者如弟1圖所示的系統1 〇〇)設有一燃料供 應裝置及一副產物移除裝置且兩者皆包括中空多孔纖維形 20式之管。更具體言之，在示範性燃料供應裝置118”中，纖 維配送管160’係為親水性多孔中空纖維的形式且其當燃料 從管的一端（亦即插入燃料供應通路開孔162之端點）抽至另 一端時可讓液體燃料跑入燃料配送元件12〇内。至於副產物 移除而言，示範性副產物移除裝置142”中的副產物移除管 18 200405611 no,係為不可使液體燃料穿透且沿其長度可供氣態副產物 穿透之斥水性多孔中空纖維的形式。進入副產物移除管 170’之後，副產物將藉由副產物出口通路146，離開燃料電池 糸統。 5 第10及11圖所示的示範性實施例中，燃料配送管160, 及副產物移除管170’彼此緊鄰散佈。間隔可依需要增大以 適應特定狀況。雖然副產物移除管17〇，略小於燃料配送管 160’的橫剖面積（此處及第12圖所示的示範性實行方式中皆 然），管數的比率為1 : 1。此比率可依需要改變以適應特定 1〇狀況。或者，副產物移除管170,可具有與燃料配送管160, 相同的尺寸或是比燃料配送管更大。對於定位而言，燃料 配送管160,及副產物移除管170,可位於燃料配送元件的頂 上、底下或嵌入其内（如圖所示）。 亦應注思，如第12圖的範例所示，用於燃料配送之親 15水性多孔中空纖維160,及用於副產物移除之斥水性多孔中 卫纖維170’可能簡單地放置成為與燃料電池1〇2表面相鄰 而無燃料配送元件120。 參照第13圖，一塑膠膜180可經過浮雕具有小的相等半 杈且生成毛細力之極細微的通路182。部分的膜可能需受到 2〇表面處理以利與液體燃料呈適當接觸角。譬如，在— DMFC 中，表面較佳與一甲醇與水混合物形成了低到極低的接觸 角。表面處理亦應對於其上液體燃料的重覆運送及陽極室 環境呈現穩定狀。電漿塗層及部分金屬或金屬氧化物沉積 可能適合DMFC燃料或其他極性燃料(p〇lar fud)。 19 200405611 譬如第14至16圖所示，可將氣體可穿透性、液體不可 穿透性條184放置在分隔的燃料配送管160’之間。氣體可穿 透性、液體不可穿透性條184顯著地降低了設法進入副產物 移除空間161之液體燃料量，且因此降低了陽極附近的副產 5 物氣體量。適當的氣體可穿透性、液體不可穿透性材料包 括諸如具有適當尺寸的孔隙之Gore-Tex®或聚丙烯等膜材 料。 雖然已經就上述較佳實施例來描述本發明，熟悉此技 術者瞭解可對於上述較佳實施例作出許多修改及/或添 10 加。藉由範例而非限制，在陰極側反應物為一液體或者反 應副產物為一液體(諸如水）且反應物為氣體（諸如空氣或〇2) 之案例中，此處揭露的反應物及副產物系統可使用在一燃 料電池的陰極側上。此外，雖然此處利用燃料電池堆積體 及其他多重電極配置來描述本發明，本發明亦適用於單燃 15 料電池配置。上述的反應物供應裝置及副產物移除裝置亦 可適用於只包括不生成毛細力的多孔燃料配送元件之燃料 電池中。本發明的範圍預定可擴充至所有此等修改及/或添 加方式。 L圖式簡單說明2 20 第1圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池系 統的示意圖； 第1A圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池配 置的平面圖； 第2圖為可供圖示實施例配合使用之一燃料電池的分 20 200405611 解剖視圖； 第3圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的侧剖視圖； 第4圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 5 積體的侧剖視圖； 第5圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池的 部分側剖視圖； 第6圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 10 第7圖為沿第6圖的線7-7所取之剖視圖； 第7A圖為沿第6圖的線7A-7A所取之剖視圖； 第8圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 第9圖為根據本發明的一較佳實施例之一副產物移除 15 管的剖視圖； 第10圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 第11圖為沿第10圖的線11-11所取之剖視圖； 第12圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 20 積體的一部分之剖視圖； 第13圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之剖視圖； 第14圖為根據本發明的一較佳實施例之一燃料電池堆 積體的一部分之部分平面剖視圖； 21 200405611 苐15圖為沿第14圖的線i5-l5所取之剖視圖； 第16圖為沿第14圖的線16-16所取之剖視圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 138…蓋 100…燃料電池系統 102,102’…燃料電池 104…堆積體 106，106’…陽極 106a，108a觸媒層 106b，108b…多孔電流集器 106b’···電流集器 108···陰極 110…薄離子傳導膜 112···燃料區 114…壁 116···氧化劑區 118，118’…燃料供應裝置 120，134…燃料配送元件 122,150…主動裝置 124，124’，124”".燃料供應通路 126，133，148，155...槽 128···氧化劑供應裝置 130，152··.通口 13 2…氧化劑供應通路 136，163，168，176...開孔 140···開口 142…陽極側副產物移除裝置 142’，142”…副產物移除裝置 146，146’，154...畐|]產物出口通路 144···陰極側副產物移除裝置 148…縱向延伸槽 156···控制器 15 8…機載式(on-board)能量儲 存裝置 160···燃料配送管 160’…纖維配送管 161···副產物移除空間 162…燃料供應通路開孔 164···入口端 166···下游端 170,170’…副產物移除管 172···出口端 178···氣體可穿透性、液體不 可穿透性襯墊 180···塑膠膜

22 200405611 182···極細微的通路

Claims (1)

1. 200405611 拾、申請專利範圍： 1. 一種燃料電池系統，包含： 一電極，其界定一表面； 一毛細反應物配送結構，其與該電極相聯結且構成為可 5 將反應物配送於該電極表面的至少一顯著部分上方；及， 一反應物供應裝置，其在壓力下將反應物供應至該 毛細反應物配送結構。 2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池系統，其中該毛細反 應物配送結構界定一周邊且該反應物供應裝置包括至 10 少一中空構件，該至少一中空構件將反應物傳送至該毛 細反應物配送結構周邊内的至少一區。 3. 如申請專利範圍第1項之燃料電池系統，進一步包含： 一用於從該毛細反應物配送結構接收副產物之副產物 移除裝置。 15 4.如申請專利範圍第3項之燃料電池系統，其中該副產物 移除裝置包括至少一大致氣體可穿透性、大致液體不可 穿透性的中空構件。 5.如申請專利範圍第1項之燃料電池系統，其中該毛細 反應物配送結構及該電極為分離的結構性元件。 20 6. —種燃料電池，包含： 一陽極；及一陰極； 該陽極及陰極的至少一者包括一反應層及一電流 集器，其構成為將毛細力施加至一反應物以將該反應物 配送至該反應層上方及傳導電流。 24 入如申請專利範圍第6項之燃料電池，其中該陽極包括該 反應層及該電流集器。 8.如申請專利範圍第6項之燃料電池，其中該電流集器包 括非導電多孔中空構件。 9·如申請專利範圍第6項之燃料電池，其中該電流集器包 括一非導電部及一導電部。 10.如申請專利範圍第6項之燃料電池，其中該電流集器包 括複數個導電纖維。 11· 一種燃料電池系統，包含： 一電極’其界定一表面； 一毛細反應物配送結構，其與該電極相聯結，而界 定一周邊且構成為可將反應物配送於該電極表面的至 少一顯著部分上方；及 一反應物供應裝置，其包括至少一中空構件且該至 少一中空構件將反應物傳送至該毛細反應物配送結構 周邊内的至少一區。 12.如申請專利範圍第U項之燃料電池系統，其中該反應物 供應裝置包括一主動元件。 13·如申請專利範圍第1丨項之燃料電池系統，其中該反應物 供應裝置包括複數個中空構件且該等複數個中空構件 用於將反應物傳送至該毛細反應物配送結構周邊内的 複數個區。 14·如申請專利範圍第π項之燃料電池系統，進_步包含： 位於兩該等反應物供應中空構件之間之至少—大致氣體 200405611 可穿透性、大致液體不可穿透性的副產物移除中空構件。 15. 如申請專利範圍第11項之燃料電池系統，其中該至少一 中空構件嵌入該毛細反應物配送結構内。 16. —種燃料電池系統，包含： 5 一電極； 一多孔反應物配送結構，其與該電極相聯結且構成為 可將反應物配送於該電極表面的至少一顯著部分上方；及 一大致氣體可穿透性、大致液體不可穿透性的副產 物移除裝置，其與該多孔反應物配送結構相聯結。 10 17.如申請專利範圍第16項之燃料電池系統，其中該多孔反 應物配送結構包含一毛細反應物配送結構。 18. 如申請專利範圍第16項之燃料電池系統，其中該多孔反 應物配送結構界定一周邊且該大致氣體可穿透性、大致 液體不可穿透性副產物移除裝置包含位於該多孔反應 15 物配送結構的周邊内之至少一大致氣體可穿透性、大致 液體不可穿透性中空構件。 19. 如申請專利範圍第18項之燃料電池系統，其中該大致氣 體可穿透性、大致液體不可穿透性中空構件嵌入該多孔 反應物配送結構中。 20 20.如申請專利範圍第16項之燃料電池系統，其中該多孔反 應物配送結構界定一周邊且該大致氣體可穿透性、大致 液體不可穿透性副產物移除裝置包含位於該多孔反應 物配送結構的周邊内之複數個大致氣體可穿透性、大致 液體不可穿透性中空構件。 26