專利名稱：用于直接甲醇燃料電池系統(tǒng)的甲醇感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，并且更特別地，涉及含有集成甲醇濃度感應(yīng)器的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)及制造該系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)通過消耗氣體或液體燃料而產(chǎn)生電能。
背景技術(shù)：
通常，燃料電池是“電池替代品”，且與電池類似，通過沒有燃燒的電化學過程而產(chǎn)生電力。所利用的電化學過程提供氫質(zhì)子和來自空氣的或是作為純氣體的氧的化合。該過程通過利用夾在兩個電極——即正極和負極——之間的質(zhì)子交換膜(PEM)來完成。眾所周知，燃料電池能夠提供永久的電力。氫是典型的用作產(chǎn)生電力的燃料，且其可以通過處理甲醇、天然氣、石油而獲得，也可以以純氫的形式儲存。直接甲醇燃料電池(DMFC)利用氣態(tài)或液態(tài)的甲醇作為燃料，這樣就無需昂貴的重整工序。DMFCs提供了更簡單的PEM電池系統(tǒng)，重量更輕、可流水線生產(chǎn)，從而成本更低。
在標準DMFC中，在正極側(cè)(第一電極)加入稀釋的甲醇水溶液作為燃料，而負極側(cè)(第二電極)則暴露在強迫通風或環(huán)境空氣(或O2)中。典型地用Nafion型質(zhì)子導(dǎo)電膜分隔正極和負極。根據(jù)電源的需要，可以將幾個這樣的燃料電池串聯(lián)或并聯(lián)使用。
典型地，DMFC設(shè)計是在大約為60-80℃的高溫下強迫氣流的大堆疊。更小的通氣DMFC設(shè)計需要使所有的系統(tǒng)元件小型化因而更加復(fù)雜。在傳統(tǒng)的PEM燃料電池中，堆疊連接是在具有導(dǎo)電板的燃料電池組件之間制作的，并與用于氣體分布的溝道和凹槽一起加工形成。典型的傳統(tǒng)燃料電池由下面幾部分組成正極(H2或甲醇側(cè))集電器、正極支架、膜電極組件(正極電催化劑/離子導(dǎo)電膜/負極電催化劑)負極支架、負極集電器。直接甲醇燃料電池加栽負載時的典型開路電壓大約為0.3-0.5V。為獲得更高的電壓，典型地將燃料電池一個一個串連堆疊起來(雙極方式——正的連負的)，或者將不同的電池串聯(lián)成一個平面陣列。傳統(tǒng)的燃料電池也可以并聯(lián)堆疊(正的連正的)以獲得更高的電流，但通常情況下，只是簡單地使用更大的燃料電池。
在直接甲醇燃料電池工作期間，在正極側(cè)使用稀釋的甲醇水溶液(常為3-4vol％的甲醇)作為燃料。電流DMFC設(shè)計是為了獲得更大的強迫電流的堆疊。更小的通氣DMFC設(shè)計很難實現(xiàn)，因為要使全部的必需系統(tǒng)元件小型化并將其集成在一個小單元內(nèi)以便使其可用于便攜設(shè)備是很復(fù)雜的。要以很稀的甲醇混合液的形式攜帶燃料將需要攜帶大量燃料，這對于用于便攜設(shè)備的小型化電源設(shè)計來說是不實際的。使DMFC系統(tǒng)小型化需要將甲醇和水分開攜帶，并在原位將其混合從而使燃料電池反應(yīng)發(fā)生。如果甲醇濃度太高，那么就會出現(xiàn)甲醇交迭問題，這將降低燃料電池的效率。如果甲醇濃度太低，那么在正極側(cè)將沒有足夠的燃料用于燃料電池反應(yīng)。
因此，將化學感應(yīng)器，例如甲醇感應(yīng)器，集成到DMFC系統(tǒng)中用以監(jiān)視由甲醇和去離子水混合物構(gòu)成的燃料的濃度證實是有利的?；瘜W感應(yīng)器可定義為利用化學反應(yīng)檢測和量化特定分析物或過程的測量器件。在DMFC系統(tǒng)中，分析物是去離子水中的甲醇。已經(jīng)開發(fā)出了多種化學感應(yīng)器，例如電化學感應(yīng)器、光度計感應(yīng)器、量熱式感應(yīng)器、聲學感應(yīng)器或機械感應(yīng)器。其中，如果將之集成在DMFC系統(tǒng)中以監(jiān)視燃料濃度，那么基于光度計或安培計原理工作的電化學感應(yīng)器證實是有利的。
因此，本發(fā)明的一個目的是給出包括用于監(jiān)視燃料供應(yīng)的集成感應(yīng)器的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)設(shè)計。
本發(fā)明的一個目的是給出包括微溝道和空腔的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)和集成感應(yīng)器，并給出用以混合、抽泵和再循環(huán)燃料支承液的微流技術(shù)。
本發(fā)明進一步的目的是給出一種直接甲醇燃料電池系統(tǒng)和集成感應(yīng)器，其中所有的系統(tǒng)元件都埋置在像陶瓷基座這樣的基座內(nèi)。
本發(fā)明還有更進一步的目的是給出制造直接甲醇燃料電池系統(tǒng)和集成感應(yīng)器的方法，包括給出微溝道和空腔的步驟，其中微流技術(shù)是混合、抽泵和再循環(huán)燃料支承液的基礎(chǔ)。
發(fā)明概述在燃料電池系統(tǒng)和形成該燃料電池系統(tǒng)，其包括一個由單個個體形成的并具有主表面的基座，的方法中，上面的和其它的問題至少會部分地加以解決，并且上面的和其它的目的也會實現(xiàn)。在基座的主表面上至少形成一個膜電極組件。供流溝道被限定在基座內(nèi)并與至少一個膜電極組件相通，為至少一個膜電極組件供應(yīng)燃料支承液。集成甲醇濃度感應(yīng)器與供流溝道和膜電極組件液體相通以控制對膜電極組件的燃料供應(yīng)。排放溝道被限定在基座內(nèi)并與至少一個膜電極組件相通。排放溝道與供流溝道分隔開，用來從至少一個膜電極組件中排出流體。膜電極組件以及協(xié)同工作的供流溝道和協(xié)同工作的排放溝道形成了單個燃料電池組件。
附圖簡述從下面結(jié)合附圖的優(yōu)選實施例詳細說明中，本發(fā)明上述的和其它更特殊的目的和優(yōu)點，對于熟悉本技術(shù)的人員而言將顯而易見。


圖1是許多根據(jù)本發(fā)明的包括集成感應(yīng)器的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)的簡化剖面圖，其形成在單個基座上，包括許多微流溝道；圖2為根據(jù)本發(fā)明形成的包括集成感應(yīng)器的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)另一實施例的簡化剖面圖；圖3為圖解本發(fā)明的系統(tǒng)的簡化示意圖；以及圖4-6是集成在本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的甲醇感應(yīng)器的簡化部分剖面圖。
優(yōu)選實施例描述現(xiàn)在看附圖，圖1以簡化剖面圖示出根據(jù)本發(fā)明制造的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)。更特別地，形成了平面堆疊列陣10，其包括兩個直接甲醇燃料電池，一般以12表示。燃料電池12在基座14上形成，每個燃料電池12與相鄰燃料電池12之間相隔至少1mm。應(yīng)當理解，取決于所需的功率輸出，可制造任意數(shù)目的燃料電池12以形成燃料電池的平面列陣，從一個燃料電池到無數(shù)個燃料電池?；?4由不能透過用以驅(qū)動燃料電池12的燃料和氧化劑材料的材料構(gòu)成。通常利用含氫燃料來驅(qū)動燃料電池12。由燃料電池12消耗以產(chǎn)生電能的合適的燃料為含氫材料，例如氫氣、甲烷和甲醇。在這些特定實施例中，燃料電池12使用的是甲醇水溶液。基座14通常由玻璃、塑料、硅、石墨、陶瓷或其它任何合適的材料形成。在該特定實施例中，平面堆疊列陣10由至少兩個直接甲醇燃料電池12組成，每個都由一個燃料電池膜電極組件(MEA)(在圖2中馬上要討論)來確定，因此，平面堆疊列陣10包括兩個燃料電池膜電極組件。
基座14中形成了許多微流溝道，如圖所示。更特定地，基座14形成了第一流體入口30和第二流體入口31，與供流溝道32流體相通。供流溝道32利用眾所周知的標準技術(shù)，例如多層陶瓷技術(shù)、微機械或注入成型，在基座14中形成。供流溝道32向至少兩個互相分離的燃料電池12中的每一個供應(yīng)燃料支承液34。在該特定實施例中，燃料支承液34由直接來自甲醇箱35和水箱37或再循環(huán)溝道53的甲醇和水組成。在基座14中形成與供流溝道32微流相通的混合室36，如圖所示。在一個具體實施例中，燃料支承液34優(yōu)選地為0.5％-4.0％的甲醇在水(99.5％-96％)中的溶液。目的是將甲醇以大約0.002ml/min的速率泵入整個組件10并將水以大約0.098ml/min(2％-98％)的速率泵入組件10。該燃料電池組件10也可使用其它燃料，例如氫氣或乙醇，但是應(yīng)當理解，與使用甲醇相比，使用乙醇既不會更高效，也不能提供更多能量。在該特定實施例中，利用分離的甲醇箱35和水箱37來供應(yīng)燃料支承液34。甲醇和水將受甲醇濃度感應(yīng)器38控制并按需要添加。在檢測燃料供應(yīng)中甲醇濃度的過程中，甲醇濃度感應(yīng)器39與入口30和31通過饋給回路40相通。甲醇濃度感應(yīng)器39幫助保持混合液中的甲醇比率。在進入每個單獨的燃料電池12之前，甲醇和水在混合室36中均勻混合。應(yīng)當理解，供流溝道32等量、同步地向每個單獨形成的燃料電池12供應(yīng)燃料支承液34。
另外，在基座14上形成排放溝道38，它與至少兩個互相分離的燃料電池12中的每一個都相通。排放溝道38用以從燃料電池12中排出無用產(chǎn)物42，即二氧化碳和水/甲醇混合物。在工作時，在二氧化碳分離室44內(nèi)將無用產(chǎn)物分離成水/甲醇混合物46和二氧化碳氣體48。接著，通過排放出口52——例如透氣膜——將氣體48排出，而水/甲醇混合物46則通過再循環(huán)溝道53進行再循環(huán)，在背對混合室36處，再循環(huán)溝道53具有作為其一部分的泵54，例如MEMS泵，或單向閥型的組件。
對于小型化系統(tǒng)來說，燃料電池中的反應(yīng)之后水/甲醇混合物的再循環(huán)以及擴散通過負極的水的循環(huán)是必要的?？梢灶A(yù)期，燃料傳輸系統(tǒng)包括甲醇和水，以甲醇箱35和水箱37的形式，這個系統(tǒng)要裝在便攜式一次性盒狀器件中，通過管子與基底部14相連。
燃料電池器件10通常具有作為其一部分的四個單獨的燃料電池12，基座14的總尺寸大約為5.5cm×5.5cm×.5cm，而單個燃料電池12的面積為4×1.5-2.0cm2。每個單獨的燃料電池12能產(chǎn)生大約0.5V和22.5mA/cm2的能量。
現(xiàn)在參看圖2，所示出的是燃料電池系統(tǒng)，一般地以10’表示，它包括單個燃料電池組件12’。應(yīng)當指出，圖1所示的第一實施例中所有與圖2所示的該特定實施例中的元件相類似的元件都用類似的數(shù)字示出，只是加上一個撇號表示不同的實施例。燃料電池12’由燃料電池膜電極組件16組成，而后者由下列部分組成第一電極18，包括碳布支架19；膜20，例如質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)膜；以及第二電極22，包括碳布支架23。第一和第二電極18和22由下列的任何金屬構(gòu)成鉑、鈀、金、鎳、鎢、釕、鉬、鋨、銥、銅、鈷、鐵，以及鉑、鈀、金、鎳、鎢、鉬、鋨、銥、銅、鈷、鐵和釕的合金。電極18和22中可能含有的其它元件是質(zhì)子導(dǎo)電聚合體、電子導(dǎo)電聚合體和無機支撐物如碳和金屬氧化物。膜20進一步由Nafion型材料形成，它可防止燃料從燃料電池12’的正極側(cè)(第一電極18)向負極側(cè)(第二電極22)的透過。
在該特定實施例中的膜電極組件16位于形成在基座14’最上層主表面26中的凹口24中。本公開預(yù)計，膜電極組件16可位于基座14’的主表面26上，而無需形成凹口24。在這種情況下，要利用墊層(未示出)來避免膜電極組件16的完全壓縮。
平面堆疊10’進一步包括覆蓋膜電極組件16的頂部，更特別地，在該特定實施例中，為集電器28。集電器28作為通常用27表示的頂蓋部分的一部分而形成。頂蓋部分27給出了第二電極22向環(huán)境氣體的暴露。
在制造過程中，利用熱壓法或任何其它眾所周知的方法形成單個燃料電池膜電極組件16。更特別地，多個第一電極18形成或放置于與基座14’的主表面26相接觸的位置。如前所述的各種材料都適用于形成電極18。
在該特定實施例中，為示意起見，多個第一電極18中的每一個的尺寸都大約為2.0cm×2.0cm。當平面堆疊10’包括多個燃料電池12’——例如像前面對圖1的討論那樣——時，這就包括相鄰燃料電池12之間的大約為0.5mm-1mm的間距。
由質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)形成的膜20——也稱作質(zhì)子交換膜(PEM)——典型地由Nafion型材料構(gòu)成。如前所述，膜20限制了燃料從燃料電池12的正極18向燃料電池12的負極22的透過。
接著，在膜電極組件16的制造過程中，形成多個第二電極22，對應(yīng)于多個第一電極18。每個第二電極22的尺寸與相應(yīng)的第一電極18的尺寸大致相等。應(yīng)當理解，正如所描述的，燃料電池膜電極組件16每個都由第一電極18、膜20和第二電極22組成。
最后，集電器28相對于第二電極22放置。集電器28的厚度至少為0.1mm，而長度取決于每個燃料電池12’上的接觸點。在替代方案中，當器件包括多個燃料電池12’時，該多個燃料電池12’可使用通過蒸發(fā)或濺射而沉積上的銀導(dǎo)電漆來進行電互聯(lián)。適用的材料有金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)，或其它任何低電阻材料。電極材料的體電阻率和電極的面積將支配集電設(shè)計的類型，以使歐姆損耗降至最小。另外，為獲得多個直接甲醇燃料電池12’之間的電互聯(lián)，本公開預(yù)期的是圖形導(dǎo)電環(huán)氧樹脂以及壓片、線焊、接焊、簧片觸點、柔性帶或彈簧夾。應(yīng)當理解，可以預(yù)期，燃料電池12’既可串連互聯(lián)，也可并連互聯(lián)，這取決于所期待的最終電壓。為獲得多個燃料電池12’之間的電互聯(lián)(未示出)，第二電極22中的每一個都要與相鄰第一電極18電連接，從而以串聯(lián)電接觸相連接，以提高燃料電池列陣設(shè)備10’的輸出電壓，或者第一電極18中的每一個都與相鄰第一電極18電連接，而第二電極22中的每一個都與相鄰第二電極22電連接，從而以并聯(lián)電接觸相連接，以提高燃料電池列陣設(shè)備10’的輸出電壓。
現(xiàn)在參看圖3，所示為詳述根據(jù)本發(fā)明的燃料傳遞系統(tǒng)60的簡化示意圖。所示為與混合室36微流相通的甲醇箱35和水箱37。箱體35和37與混合室36共同形成了系統(tǒng)60的燃料傳遞部分62。如前所述，混合室36用于獲得甲醇對水的合適比例。在適當混合之后，燃料支承液將通過供流溝道流入燃料電池12中。選擇某種MEMs型泵40來輔助該流動。濃度感應(yīng)器39用于輔助監(jiān)視甲醇濃度和燃料支承液的溫度。此外，給出溫度感應(yīng)器和流動感應(yīng)器。在工作過程中，用過的流體通過排放溝道排入二氧化碳分離室和二氧化碳出口，一般地以44表示。另外，從燃料電池12的負極側(cè)和分離室44排出的水被回收，并通過再循環(huán)溝道53送回混合室36進行再循環(huán)。流體的再循環(huán)可使水箱37的水消耗更少，從而減少對水箱37的補充。正如所描述的，這些元件共同構(gòu)成了系統(tǒng)60的微流部分64。
正如所描述的，當燃料支承液到達燃料電池堆疊12時便會產(chǎn)生功率。所產(chǎn)生的功率提供到DC-DC轉(zhuǎn)換器68，其將產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動便攜電子器件——例如移動電話70——的可用電壓，并作為便攜電子器件的可充電電池72和控制回路74部分。這些元件共同構(gòu)成了系統(tǒng)60的電子部分66。
現(xiàn)在參看圖4-6，簡化剖面圖中所示出的是各種類型的甲醇濃度感應(yīng)器80、80’和80”，其分別用作本發(fā)明圖1和2中的甲醇感應(yīng)器39和39’。如前所述，在該特定發(fā)明中，感應(yīng)器39測量由電化學反應(yīng)產(chǎn)生的電流或電壓信號。該電流或電壓信號與去離子水中的甲醇濃度成比例。全部圖4、圖5和圖6中，每一個感應(yīng)器80、80’和80”都包括施加在基片14上的金集電層88和蓋層92。膜電極組件82由于其具有質(zhì)子導(dǎo)電性能而施加，并且含有多個電極84和85以及膜層87。電極84和85由用于氫氣析出的鉑和用于甲醇電氧化的鉑/銥構(gòu)成，可以有也可以沒有質(zhì)子導(dǎo)電聚合體和無機支撐物。在高電壓下(超過0.8V)，鉑用于甲醇的電氧化。
更特定地參考圖4，所示的是作為電勢測定感應(yīng)器的甲醇感應(yīng)器80。正如所圖解的，甲醇水溶液86通過底部的陶瓷基片或集電器88進入感應(yīng)器80。溶液86與組件82的鉑/銥電極84相接觸，在該處甲醇被氧化。然后，通過流動系統(tǒng)(如箭頭所示)將產(chǎn)物攜帶到鉑電極85上，在該處氫根據(jù)化學方程90而被還原。電子的流動通過電流而測量，其與甲醇的濃度成比例。感應(yīng)器80受電極84處被氧化甲醇的數(shù)量擴散限制(diffusion limited)。使用該用于圖1-2中感應(yīng)器39的感應(yīng)器設(shè)計，發(fā)現(xiàn)了電流與濃度之間的非線性關(guān)系。
現(xiàn)在參看圖5，圖解了感應(yīng)器39的替代實施例——參比感應(yīng)器80’。應(yīng)當注意，圖4所示的第一實施例中所有與圖5和6所示的附加實施例中的元件相類似的元件都用相同的數(shù)字表示，只是分別添加了撇號和雙撇號以表示不同的實施例。感應(yīng)器80’為受驅(qū)動模式的甲醇感應(yīng)器，更特別地，感應(yīng)器80’是作為安培計感應(yīng)器形成的。施加超過0.8V的電壓來驅(qū)動該感應(yīng)器。與第一實施例類似，甲醇水溶液86’通過在陶瓷基片88’上形成的孔穴進入感應(yīng)器80’。然后，該溶液與膜電極組件82’的鉑電極84’相接觸。然后，甲醇通過膜87’到達相對的鉑電極85’上，該處甲醇被氧化。氣體密封由閉合蓋陶瓷基片92’提供。產(chǎn)物通過膜電極組件82’擴散回來，氫在膜電極組件的鉑電極84’上被氧化。電子流動用電流來測量，其與甲醇的濃度成比例。感應(yīng)器80’受通過膜組件82’的甲醇飽和數(shù)量擴散限制。為了完全驅(qū)動感應(yīng)器80’，必須使用飽和電壓驅(qū)動感應(yīng)器80’。該飽和電壓取決于膜87’的厚度和在組件82’的陶瓷基片88’上形成的孔穴尺寸。使用該感應(yīng)器設(shè)計，發(fā)現(xiàn)了電流與濃度之間的線性關(guān)系。
現(xiàn)在參看圖6，示出的是本發(fā)明感應(yīng)器39的附加實施例。如圖6所示，示出的是作為無源模式的甲醇感應(yīng)器而形成的感應(yīng)器80”。更特別地，感應(yīng)器80”是作為電勢測量感應(yīng)器而形成的，不需要電壓驅(qū)動感應(yīng)器80”，感應(yīng)器就會產(chǎn)生電壓信號，因此稱之為以無源模式運轉(zhuǎn)。如先前實施例所述，甲醇水溶液86”通過陶瓷基片88”進入感應(yīng)器80”。然后溶液86”與鉑/銥電極84”相接觸，該處甲醇被氧化。氫離子通過膜87”而擴散，在該處其通過與空氣中的氧氣相接觸而被還原。電子流動通過電流而測量，其與甲醇濃度成比例。感應(yīng)器80”受到空氣數(shù)量的限制，空氣通過蓋層92”而進入并與膜電極組件82”相接觸，因此是電子流動的驅(qū)動因素。感應(yīng)器80”起直接甲醇燃料電池的作用，只是空氣向負極或電極85”的流動受到陶瓷基片通氣層孔穴尺寸的限制。
因此，所公開的是直接甲醇燃料電池系統(tǒng)以及在平坦表面上制造單個燃料電池或多個燃料電池的方法，該電池系統(tǒng)具有用于控制燃料供應(yīng)中甲醇濃度的集成甲醇濃度感應(yīng)器。更特別地，該設(shè)計提供包括集成感應(yīng)器。此外，公開了本發(fā)明的系統(tǒng)為半自持系統(tǒng)，并且對方向不敏感，從而容易地移動該系統(tǒng)，例如在為便攜電子器件提供能量時。
盡管我們示出并描述了本發(fā)明的特殊實施例，但對于熟練的技術(shù)人員來說，還可有進一步的調(diào)整和改進。所以，我們期望這一點被理解本發(fā)明并不局限于所示出的特定形式，在所附的權(quán)利要求中我們打算覆蓋所有的調(diào)整，只要它們不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.燃料電池系統(tǒng)，包括基座，由單個個體形成，具有主表面；至少一個燃料電池膜電極組件，形成在基座的主表面上；供流溝道，限定在基座中，并與至少一個燃料電池膜電極組件相通，供流溝道包括混合室和至少兩個燃料支承流體入口；甲醇濃度感應(yīng)器，位于與供流溝道和至少一個燃料電池膜電極組件相通的位置，從而監(jiān)視膜電極組件的燃料供應(yīng)；排放溝道，限定在基座中，與該至少一個燃料電池膜電極組件相通，排放溝道包括水回收和再循環(huán)系統(tǒng)，排放溝道與供流溝道互相分離，用以從該至少一個燃料電池膜電極組件中排出流體，該至少一個燃料電池膜電極組件和協(xié)同工作的供流溝道和協(xié)同工作的排放溝道形成了單個燃料電池組件；以及多個電學元件，形成在基座中，用于燃料電池組件的電集成。
2.燃料電池列陣設(shè)備，包括基座，由單個個體形成，具有主表面，基座由下列材料之一形成陶瓷、塑料、玻璃、以及硅；至少一個燃料電池膜電極組件，形成在基座的主表面上，該至少一個燃料電池膜電極組件包括第一電極，與第一電極相觸、由質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)形成的膜，以及與該膜相觸的第二電極；供流溝道，限定在基座中，與該至少一個燃料電池膜電極組件相通，用以向該至少一個燃料電池膜電極組件供應(yīng)燃料支承流體，供流溝道進一步包括第一燃料支承流體入口、第二燃料支承流體入口，以及混合室；集成甲醇濃度感應(yīng)器，包括正極和負極，位于與供流溝道相通的位置以供應(yīng)流體到正極，并與該至少一個燃料電池膜電極組件相通，從而調(diào)節(jié)膜電極組件的燃料供應(yīng)；排放溝道，限定在基座中，與該至少一個燃料電池膜電極組件相通，排放溝道與供流溝道互相分離，用以從該至少一個燃料電池膜電極組件中排出流體，排放溝道進一步包括水回收和再循環(huán)系統(tǒng)，與該至少一個燃料電池膜電極組件的第二電極微流相通，該至少一個燃料電池膜電極組件和協(xié)同工作的供流溝道和協(xié)同工作的排放溝道共同形成了單個燃料電池組件；以及頂部，包括多個用于已形成的燃料電池組件的電集成的電學元件。
3.制造燃料電池列陣設(shè)備的方法，包括下列步驟給出基座，它由下列材料之一形成陶瓷、塑料、玻璃、石墨、以及硅；在基座中形成供流溝道，用以向該至少一個燃料電池膜電極組件供應(yīng)燃料支承流體，供流溝道進一步包括混合室和甲醇濃度感應(yīng)器；形成甲醇濃度感應(yīng)器，包括正極和負極，該感應(yīng)器位于與供流溝道相通的位置以供應(yīng)流體到正極，并與至少一個燃料電池膜電極組件相通，從而調(diào)節(jié)膜電極組件的燃料供應(yīng)；在基座中形成排放溝道，排放溝道與供流溝道互相分離，用以從該至少一個燃料電池膜電極組件中排出流體，排放溝道進一步包括水回收和再循環(huán)系統(tǒng)，用于用過的燃料支承流體的回收和再循環(huán)；在基座的主表面上形成至少一個燃料電池膜電極組件，形成至少一個分開的燃料電池膜電極組件的步驟包括下列步驟在基座主表面上給出第一電極，給出由質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)形成的并與第一電極相觸的膜，給出與該膜相觸的第二電極，該至少一個分開的燃料電池膜電極組件和協(xié)同工作的供流溝道和協(xié)同工作的排放溝道形成了單個燃料電池組件；以及形成頂部，包括多個用于已形成的燃料電池組件的電集成的電學元件。
全文摘要
燃料電池系統(tǒng)(10)和形成該包含由單個個體構(gòu)成的并具有主表面(26)的基座(14)的燃料電池系統(tǒng)的方法。在基座主表面上形成至少一個燃料電池膜電極組件(16)。包含混合室(36)的液體供應(yīng)溝道(32)被限定在基座內(nèi)并與燃料電池膜電極組件相通，用以供應(yīng)燃料支承液到該膜電極組件。甲醇濃度感應(yīng)器(38)放置在與燃料電池膜電極組件和燃料供應(yīng)溝道相相通的位置用于控制燃料混合物到電極組件。包含水回收和再循環(huán)系統(tǒng)(53)的排氣管被限定在基座內(nèi)并與膜電極組件相通。
文檔編號H01M8/04GK1486518SQ01820543
公開日2004年3月31日 申請日期2001年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月15日
發(fā)明者約瑟夫·W·博斯坦夫, 約瑟夫 W 博斯坦夫, R 克里派拉, 喬杜里·R·克里派拉, M 費希爾, 阿里森·M·費希爾 申請人:摩托羅拉公司