TWI299923B - - Google Patents

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Description

1299923 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一濃度計，其特別係關於一種用於直 接液態燃料電池的燃料濃度控制方法。 、【先前技術】 , 用來量測直接液態燃料電池，例如直接甲醇燃料電 池，其燃料濃度所採行的習知手段，乃僅係揭露到利用 濃度感測器作為量測燃料濃度的技藝程度而已。雖然此 習知手段可以解決燃料濃度之量測問題，但是對於輕、 薄、短、小的直接液態燃料電池而言，濃度感測器的體 I丨積規模亦必須緊密地配合改變，否則愈來愈微型化的直 接液態燃料電池，將無法在其内部來設置濃度感測器； 此外，習知手段經過較長時間使用會面臨電化學特性變 異而造成量測誤差的限制。 本發明發明人有鑑於上述習知手段的缺失，乃亟思 發明而發明出一種用於直接液態燃料電池的燃料濃度控 制方法，本發明方法乃利用直接液態燃料電池的膜電極 組來作為濃度感測元件來使用。 【發明内容】 本發明主要目的係提供一種用於直接液態燃料電池 礓►的陽極液態燃料濃度感測方法，能夠用來量測進行電化 學反應中的直接液態燃料電池，其當時所使用的燃料其 濃度為何。
1299923 五、發明說明（2) 為達成本發明上述目的，本發明提供一種用於直接 液態燃料電池的燃料濃度控制方法，包括下列步驟：步 驟（1 0 1 )提供一直接液態燃料電池，其中該直接液態燃料 電池至少包含第一組膜電極組以及第二組膜電極組，且 、 該第一組膜電極組係用於產生電流以供應一負載，以及 4 該第二組膜電極組係用於作為感測陽極液態燃料濃度的 感測元件；步驟（1 0 3 )注入一已知預定低門檻濃度的陽極 液態燃料至該第二組膜電極組，並且使得該第二組膜電 極組在定電壓輸出條件下，發生電化學反應而產生一第 一電流，然後等待至該第一電流穩定後，記錄該第一電 流值；步驟（1 0 5 )注入一待測濃度的陽極液態燃料至該第 一組膜電極組與該第二組膜電極組，使得該第二組膜電 極組在該定電壓輸出條件下，發生電化學反應而產生一 第三電流，其中注入於該第二組膜電極組的該待測濃度 陽極液態燃料的溫度係相同於步驟（1 0 3 )的已知預定低門 檻濃度陽極液態燃料的溫度；步驟（1 0 7 )當I 3 ^ II + ε 時，則將步驟（1 0 5 )的陽極液態燃料的濃度調高，並且使 得濃度調高後的該待測濃度陽極液態燃料再予注入至該 第一組膜電極組與該第二組膜電極組，其中該I 1係該第 一電流值，該I 3係該第三電流值，該ε係一濃度容忍值。 為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及 功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附之圖式，對 本發明詳加說明如后。
第6頁 1299923 五、發明說明（3) 【實施方式】 第一圖顯示本發明用於直接液態燃料電池系統的燃 料濃度控制方法的流程圖，以及第二圖顯示實施本發明 燃料濃度控制方法的直接液態燃料電池系統的示意圖。 . 本發明係藉由第二組膜電極組2 0 1當作為感測陽極液態燃 _ 料濃度的感測元件，燃料濃度控制方法1能夠用來控制當 時位於直接液態燃料電池2 0的陽極液態燃料的燃料濃 度，方法1包括下列步驟（1 0 1 )至步驟（1 0 7 )，分別說明如 下内文。 在第二圖中，氣液分離機制的功能乃是收集第一組 β 膜電極組2 0 3以及第二組膜電極組2 0 1的陽極反應生成 ® 物，並且將陽極反應生成物所包含的氣體排除，而僅留 下陽極液態燃料，本發明能夠再將回收的陽極液態燃料 予以再利用。燃料液位感測機制的功能乃是偵測位於主 儲存槽2 1的陽極液態燃料的液位高低。 步驟（1 0 1 )是提供直接液態燃料電池2 0，而所提供的 直接液態燃料電池2 0乃至少包含第一組膜電極組2 0 3以及 第二組膜電極組2 0 1 。構成第一組膜電極組2 0 3的膜電極 組數量可以採行一個或是一個以上，例如第一組膜電極 組2 0 3係採用堆疊式（S t a c k )或平面式（Ρ 1 a n a r )燃料電池 的架構。構成第二組膜電極組2 Ο 1的膜電極組數量可以採 Φ行一個或是一個以上。當構成第二組膜電極組2 Ο 1的膜電 極組係超過二個（含）以上時，則可將該些膜電極組的 該些正、負電極端採行串聯或是並聯一起。然而，為了
第7頁 1299923 五、發明說明（4) 說明本發明的方便起見，本發明採以單個膜電極組的第 二組膜電極組2 0 1來作為範例。
在第二圖的直接液態燃料電池系統2中，第一組膜電 極組2 0 3在獲得空氣以及來自於主儲存槽2 1的陽極液態燃 料之後，第一組膜電極組2 0 3立即發生電化學反應而產生 電流以供應外界負載。注入第二組膜電極組2 0 1在獲得空 氣，來自於特定儲存槽2 3的陽極液態燃料或是主儲存槽 2 1的陽極液態燃料，會經過溫度控制機制2 5的溫度處理 以保持在預定溫度之後，才會注入至第二組膜電極組 2 0 1 。當第二組膜電極組2 0 1在獲得空氣與陽極液態燃 料，則立即發生電化學反應而產生第一電流與第三電 流0 步驟（1 0 3 )是注入已知預定低門檻濃度的陽極液態燃 料至第二組膜電極組2 0 1 ，並且使得第二組膜電極組2 0 1 在定電壓輸出條件下，發生電化學反應而產生第一電 流，然後等待至第一電流穩定後記錄第一電流值I 1。請 參見第三圖的直接液態燃料電池系統實行步驟（1 0 3 )的運 作示意圖。首先，混合機制2 7將儲水槽2 9的水與附儲存 槽3 1的高濃度陽極液態燃料混合，使得混合後的陽極液 態燃料溶液的濃度係在已知預定低門檻濃度值，例如， 陽極液態燃料溶液的具體例採為曱醇溶液，然後則將3 v °/〇 甲醇燃料輸入至特定儲存槽2 3。當直接液態燃料電池系 統2須執行步驟（1 0 3 )時，來自於特定儲存槽2 3的已知預 定低門檻濃度陽極液態燃料，且該陽極液態燃料並經過 1299923 五、發明說明（5) 溫度控制機制2 5的溫度處理以保持在預定溫度，例如 4 0 °C ，將該4 0 t的已知預定低門檻濃度陽極液態燃料注 入至第二組膜電極組2 0 1 ，同時，將第二組膜電極組2 0 1 的正、負極電壓端的輸出電壓固定在一個定電壓值，例 . 如0 . 3伏特（V )，也就是說，第二組膜電極組2 0 1是在定電 . 壓輸出條件下來輸出固定電壓的第一電流，待所產生的 第一電流穩定後，直接液態燃料電池系統2會記錄第一電 流值I 1。 步驟（1 0 5 )是注入待測濃度的陽極液態燃料至第一組 膜電極組2 0 3與第二組膜電極組2 0 1，並且使得第一組膜 電極組2 0 3發生電化學反應而產生第二電流，以及使得第 ® 二組膜電極組2 0 1在該定電壓輸出條件下，發生電化學反 應而產生第三電流，其中該待測濃度陽極液態燃料的溫 度係相同於步驟（1 0 3 )的已知預定低門檻濃度陽極液態燃 料的溫度。請參見第四圖的直接液態燃料電池系統實行 步驟（1 0 5 )的運作示意圖。主儲存槽2 1係儲存待測濃度的 陽極液態燃料，主儲存槽2 1的陽極液態燃料分別注入至 第一組膜電極組2 0 3與溫度控制機制2 5。接著，溫度控制 機制2 5將陽極液態燃料的溫度保持在相同於已知預定低 門檻濃度陽極液態燃料的溫度，例如4 0 °C，然後將同樣 4 0 °C的待測濃度陽極液態燃料注入至第二組膜電極組 4 2 0 1 。同時，將第二組膜電極組2 0 1的正、負極電壓端的 輸出電壓固定在相同的定電壓值，例如0.3伏特（V)，也 就是說，第二組膜電極組2 0 1是在相同定電壓輸出條件下
1299923 五、發明說明（6) 來輸出固定電壓的第三電流，此時的直接液態燃料電池 系統2會隨時記錄第三電流值I 3。 在步驟（1 0 5 )中，第一組膜電極組2 0 3發生電化學反 應而產生第二電流，這第二電流是用來對負載提供電 力。 .步驟（1 0 7 )是當I 3 S I 1 + ε時，則將步驟（1 0 5 )的陽 極液感燃料的？農度調南^並且使得濃度調南後的該待測 濃度陽極液態燃料再予注入至第一組膜電極組2 0 3與第二 組膜電極組2 0 1 ，上述I 1係第一電流值，I 3係該第三電流 值，該ε係濃度容忍值，且ε值係大於等於0。請參見第五 圖的直接液態燃料電池系統實行步驟（1 0 7 )的運作示意 圖。混合機制2 7將儲水槽2 9的水與附儲存槽3 1的高濃度 陽極液態燃料混合，使得混合後的陽極液態燃料溶液的 濃度係高於位於主儲存槽2 1内的待測濃度陽極液態燃 料，然後，將混合機制2 7的高濃度陽極液態燃料輸入至 主儲存槽2 1内，如此達成調高待測的陽極液態燃料的濃 度。 第六圖顯示本發明直接液態燃料電池系統在平時的 運作示意圖。當直接液態燃料電池系統2不執行本發明方 法1時，來自於主儲存槽2 1的陽極液態燃料注入至第一組 膜電極組2 0 3，使得第一組膜電極組2 0 3在獲得空氣以及 钃►直接液態燃料之後，第一組膜電極組2 0 3立即發生電化學 反應而產生電流以供應外界負載。由於直接液態燃料電 池系統2不執行本發明方法1 ，第二組膜電極組2 0 1可以採
Vi〆 1299923 五、發明說明（7) 行不發生電化學反應的處理方式。 上述之陽極液態燃料能夠自曱醇、乙醇、二曱氧曱 烷（DMM)等選擇其中一種。當然，凡熟悉本發明精神原理 後，本發明所適用的陽極液態燃料的具體範例，並不以 上述所揭範例為揭限。 本發明的燃料濃度控制方法1乃是將膜電極組來作為 濃度感測元件，並透過電流變化來獲知陽極液態燃料的 濃度變化，同時藉由低門檻燃料之第一電流作為參考基 準，排除因膜電極組2 0 1效能變異而導致的量測誤差，確 保濃度控制不受影響，本發明可謂是一種創新的發明。 雖然本發明已較佳實施例揭露如上，然並非用以限 定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做些許更動與潤飾，所作更動與潤飾 仍屬於本發明後附之申請專利範圍之内。
第11頁 1299923 圖式簡單說明 【圖式簡 第一圖顯 度控制方 第二圖顯 料電池系 第三圖顯 料電池系 第四圖顯 料電池系 第五圖顯 料電池系 第六圖顯 料電池系 單說明】 示本發明用於直接液態燃料電池系統的燃料濃 法的流程圖。 示實施本發明燃料濃度控制方法的直接液態燃 統的示意圖。 示實施本發明燃料濃度控制方法的直接液態燃 統實行步驟（1 0 3 )的運作示意圖。 示實施本發明燃料濃度控制方法的直接液態燃 統實行步驟（1 0 5 )的運作示意圖。 示實施本發明燃料濃度控制方法的直接液態燃 統實行步驟（1 0 7 )的運作示意圖。 示實施本發明燃料濃度控制方法的直接液態燃 統在平時的運作示意圖。 【主要元件符號說明】 1 燃料濃度控制方法 2 直接液態燃料電池系統 20 直接液態燃料電池 2 1 主儲存槽 23 特定儲存槽 25 溫度控制機制 2 7 混合機制 29 儲水槽 3 1 附儲存槽
第12頁 1299923 圖式簡單說明 2 0 1 第二組膜電極組 2 0 3 第一組膜電極組 鄱
第13頁

Claims (1)

1299923 六、申請專利範圍 1 . 一種用於直接液態燃料電池的燃料濃度控制方法，包 括下列步驟： (A) 提供一直接液態燃料電池，其中該直接液態燃 料電池至少包含第一組膜電極組以及第二組膜電極組， 且該第一組膜電極組係用於產生電流以供應一負載，以 及該第二組膜電極組係用於作為感測一陽極液態燃料濃 度的感測元件； (B )注入一已知預定低門檻濃度的陽極液態燃料至該 第二組膜電極組，並且使得該第二組膜電極組在定電壓 輸出條件下，發生電化學反應而產生一第一電流，然後 等待至該第一電流穩定後，記錄該第一電流值； (C) 注入一待測濃度的陽極液態燃料至該第一組膜 電極組與該第二組膜電極組’使得該第二組膜電極組在 該定電壓輸出條件下，發生電化學反應而產生一第三電 流，其中注入於該第二組膜電極組的該待測濃度陽極液 態燃料的溫度係相同於步驟（B)的已知預定低門檻濃度陽 極液悲燃料的溫度； (D )當I 3 $ I 1 + ε時，則將步驟（C )的陽極液態燃料 的濃度調高，並且使得濃度調高後的該待測濃度陽極液 態燃料再予注入至該第一組膜電極組與該第二組膜電極 組，其中該I 1係該第一電流值，該I 3係該第三電流值， 該ε係一濃度容忍值。 2.如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 該第一組膜電極組的膜電極組數量，係至少一個以上。
1299923 六、申請專利範圍 3. 如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 該第二組膜電極組的膜電極組數量，係為一個。 4. 如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 該第二組膜電極組的膜電極組數量，係為至少一個以 上。 5 .如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 該步驟（B)的陽極液態燃料的已知預定低門檻濃度值，係 從2 v%至8 v%濃度範圍中選擇其中一個濃度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 當該第二組膜電極組在該定電壓輸出條件下，該第二組 膜電極組所產生的電壓，係被固定在一個固定電壓值。 7. 如申請專利範圍第6項所述之燃料濃度控制方法，其中 該固定電壓值，係從0.1伏特（V)至0.6V電壓範圍中選擇 其中一個固定電壓值。 8. 如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 該已知預定低門檻濃度陽極液態燃料的溫度，係從2 0 °C 至80 t溫度範圍中選擇其中一個固定溫度值。 9 .如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其中 該待測濃度陽極液態燃料的溫度，係從2 0 °C至8 0 °C溫度 範圍中選擇其中一個固定溫度值。 1 0 .如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其 中該濃度容忍值ε ，係一大於等於0之值。 1 1.如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其 中該陽極液態燃料，係選擇自甲醇、乙醇、二曱氧曱烷 1299923 六、申請專利範圍 (DMM) 〇 1 2 .如申請專利範圍第1項所述之燃料濃度控制方法，其 中該步驟（C )，係進一步包括··使得該第一組膜電極組發 生電化學反應而產生一第二電流，其中該第二電流係用 來以供應該負載。 #
第16頁
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