專利名稱：燃料電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池。
背景技術：
近年來，隨著信息社會的到來，由于通過諸如個人計算機等電子裝置處理的信息量顯著增加，電子裝置的功耗也顯著增加。特別是，便攜式電子裝置具有伴隨處理能力增加的功耗增加的問題。目前，在這些便攜式電子裝置中，通常用鋰離子電池作為電源，但是鋰離子電池的能量密度正接近理論極限。因此，為了增加便攜式電子裝置的持續(xù)使用周期，在通過控制CPU驅動頻率降低功耗方面進行了限制。
在這些情況下，期望使用燃料電池來代替鋰離子電池，燃料電池具有高能量密度和熱交換效率，用它作為電子裝置的電源提高了便攜式電子裝置的使用期限。
燃料電池由燃料電極和氧化劑電極(在下文中，它們也稱為“催化劑電極”)以及在其間提供的電解質構成。將燃料供給到燃料電極，將氧化劑供給到氧化劑電極，由此通過電化學反應產(chǎn)生電。盡管通常使用氫作為燃料，但也使用容易處理并能以低價購得的甲醇。近年來，已經(jīng)很好地開發(fā)了通過重整甲醇來產(chǎn)生氫的甲醇重整型燃料電池，以及直接使用甲醇作為燃料的直接型燃料電池。
當使用氫作為燃料時，在燃料電極處的反應由下式(1)給出(1)當使用甲醇作為燃料時，在燃料電極處的反應由下式(2)給出
(2)此外，在每一種情況中，氧化劑電極中的反應由下式(3)給出(3)特別是，在直接型燃料電池中，由于能夠從甲醇水溶液獲得氫，因此不需要重整設備，從而直接型燃料電池有利的應用于便攜式裝置。另外，由于甲醇水溶液用作燃料，因此能量密度非常高。
這里，通常存在這樣的問題，即燃料電池在啟動時不如其他電源可靠。尤其是，由于直接型燃料電池的發(fā)電效率隨著溫度的下降而降低，如果溫度低，則不能提供期望的電壓/電流，從而裝置可能不啟動。
為了改善燃料電池啟動時的不良性能，例如，提出了一種通過給燃料電池添加熱電加熱器來將溫度強制提升至預定溫度的方法(日本專利申請公開No.1-187776專利文獻1)。此外，提出了一種在短時間內將燃料電池的溫度提升至最佳工作溫度的方法，例如，在啟動燃料電池后，直接將甲醇供給到空氣室，并且甲醇通過空氣電極直接燃燒，由此迅速提升燃料電池的溫度(日本專利申請公開No.5-307970專利文獻2)。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題然而，在添加電加熱器的常規(guī)方法中，存在這樣的問題，即添加有電加熱器的設備變大了，并且電加熱器單獨需要電源。另外，在通過空氣電極直接燃燒甲醇的方法中，由于需要向空氣電極供給甲醇的導管，因此，當將該方法應用于燃料電池的包括多個單元電池的電池堆時，其結構變得復雜并且設備變大了。
同時，當燃料電池用于諸如蜂窩電話等便攜式裝置時，由于燃料電池經(jīng)常用在戶外，因此燃料電池需要在大約0℃的低溫環(huán)境下工作。因此，如果燃料電池用于便攜式裝置，進一步優(yōu)選的是提供一種便攜式燃料電池，其具有簡便的機構，用于在盡管處于低的環(huán)境溫度時也能通過在短時間內提升燃料電池的溫度而將輸出提到正常水平。
鑒于上述情形，本發(fā)明的目標是提供一種技術，其通過提供利用簡便的機構來提升燃料電池的溫度的加熱單元，即使外界空氣溫度不高，也能夠提高可用性。
解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明，提供一種燃料電池，其包括單元電池，包括固體電解質隔膜、布置在所述固體電解質隔膜上的燃料電極和氧化劑電極；加熱裝置，對所述單元電池進行加熱；以及燃料供給系統(tǒng)，向所述燃料電極供給燃料，其中，所述燃料中的一部分從燃料供給系統(tǒng)供給到加熱裝置，并且供給到加熱裝置的燃料通過加熱裝置燃燒時產(chǎn)生的熱量傳導到所述單元電池，從而加熱所述單元電池。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置的熱量傳導到單元電池，由此加熱所述單元電池。此外，供給到燃料電極的燃料的一部分供給到所述加熱裝置來燃燒。因此，通過使用該燃料的燃燒熱能夠確實地加熱所述單元電池。因此，即使使用燃料電池的外界空氣的溫度很低，也能通過簡單的機構來改善電池的啟動特性。
本發(fā)明的燃料電池可以具有一個單元電池或多個單元電池。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置可以設置成與單元電池接觸。此外，在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置可以具有加熱元件以及與加熱元件接觸設置的熱導體。通過該構造，加熱元件可以設置成與單元電池直接或經(jīng)由熱導體接觸。因此，在加熱元件中產(chǎn)生的燃燒熱經(jīng)由與加熱元件接觸設置的熱導體有效地傳導到與熱導體接觸布置的單元電池，由此加熱單元電池。因此，即使使用燃料電池的環(huán)境溫度低時，燃料電池被確實地加熱，由此能夠改善燃料電池的啟動特性。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置可以包括用于燃燒所述燃料的加熱催化劑。通過該構造，通過使用加熱裝置中的催化劑，燃料能夠確實地燃燒。因此，能夠確實地加熱燃料電池。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱元件可以包括加熱催化劑。通過該構造，與加熱元件直接或經(jīng)由熱導體接觸設置的單元電池能夠被容易地加熱。
在本發(fā)明的燃料電池中，液體燃料可以直接供給到燃料電極。當直接供給液體燃料時，盡管在低溫下尤其需要改善啟動特性，根據(jù)本發(fā)明在簡單的構造中滿足了該要求。即使液體燃料直接供給到燃料電極時，也能夠用該簡單的構造容易地加熱單元電池。因此，即使外界空氣處于低溫，燃料電池也表現(xiàn)出滿意的輸出特性。
本發(fā)明的燃料電池包括多個單元電池；多個第一電極，它們設置在固體電解質隔膜的一側；以及多個第二電極，它們設置在所述固體電解質隔膜的另一側，第二電極與第一電極相對布置，其中，單元電池可由彼此相對的第一電極和第二電極對、以及固體電解質隔膜構成，并且所述加熱裝置可對多個所述單元電池進行加熱。
在本發(fā)明的燃料電池中，所述多個單元電池構造成共享固體電解質隔膜。通過該構造，在平面上穩(wěn)定地布置多個單元電池。另外，在本發(fā)明的燃料電池中，通過加熱裝置加熱多個單元電池。因此，構成燃料電池的每個單元電池能夠被確定無誤地加熱。因此，即使在低溫下使用燃料電池時也能確保良好的啟動特性。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置可以設置成與固體電解質隔膜接觸。當固體電解質隔膜設置成與加熱裝置接觸時，加熱固體電解質隔膜，由此能夠同時迅速加熱共享該隔膜的多個單元電池。因此，即使在二維布置多個單元電池的燃料電池中，每個單元電池都能被確定無誤地加熱。因此，即使在低溫使用燃料電池時也能獲得良好的啟動特性。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置可以設置成與多個第一電極接觸。通過該構造，能夠從一個電極側同時加熱多個單元電池。
在本發(fā)明的燃料電池中，加熱裝置可以設置成與氧化劑電極接觸。此外，在本發(fā)明中，第一電極可以是氧化劑電極。通過該構造，即使在液體燃料直接供給到燃料電極的燃料電池中，也能更快地加熱具有低熱容并容易加熱的氧化劑電極，由此有效地加熱整個電池。
本發(fā)明的燃料電池可以具有燃料回收裝置，其將已經(jīng)通過燃料電極的燃料回收到加熱裝置。通過該構造，在已經(jīng)通過燃料電極的燃料中包含的未使用的燃料可用于在燃燒裝置中的燃燒。因此，能夠提高燃料利用效率。
本發(fā)明的燃料電池可以具有氧化劑供給裝置，其將氧化劑供給到加熱裝置。通過該構造，能夠在加熱裝置中更快速地進行燃料的燃燒反應。因此，能夠更快速地加熱燃料電池。
本發(fā)明的燃料電池可以具有冷卻水供給裝置，其將冷卻水供給到加熱裝置。通過該構造，在燃料電池加熱后，加熱裝置能夠被確實地冷卻。因此，避免了加熱裝置過度加熱，由此燃料電池能夠安全地工作。
在本發(fā)明中，燃料電池還可包括溫度傳感器，其測量加熱裝置中的加熱溫度或燃料電池的溫度；以及控制單元，其基于通過溫度傳感器測量的溫度來控制從燃料供給系統(tǒng)到加熱裝置的燃料供給。通過該構造，能夠響應燃料電池的溫度來驅動加熱裝置。這里，燃料電池的溫度可以指燃料電池的內部、表面、廢液、排氣或燃料電池周圍的外界空氣的溫度。可以選擇特定數(shù)量的這些種類的溫度并適當?shù)乩谩?br> 在本發(fā)明的燃料電池中，燃料供給系統(tǒng)可以包括可拆卸燃料盒(fuel cartridge)。通過該構造，即使當燃料耗盡的情況下，能夠更換燃料盒，從而能夠重新填充燃料。在本發(fā)明的燃料電池中，在燃料盒中保持的燃料可以供給到加熱裝置。
在本發(fā)明的燃料電池中，燃料盒可以具有保持第一液體燃料的第一室，以及保持第二液體燃料的第二室，其中第一室可具有用于將第一液體燃料排放到加熱裝置的燃料排放出口，第二室可具有用于將第二液體燃料排放到燃料電池本體的燃料排放出口。
由于燃料盒具有第一室和第二室，因此除低濃度燃料外，燃料盒還可包括高濃度燃料，用于供給。由于高濃度燃料供給到加熱裝置，能夠快速加熱燃料電池，因此更加改善了低溫啟動特性。在本發(fā)明中，燃料電池可以具有混合箱，用于混合第一液體燃料和第二液體燃料。
此外，作為本發(fā)明的一個方面，有用的是，上述組成部分的任意組合，或本發(fā)明的組成部分或表示可以在方法和設備之間互相替換。例如，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供安裝有燃料電池系統(tǒng)的電子設備。
本發(fā)明的效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使外界空氣溫度低，也能夠提升燃料電池的溫度并提高設備的可用性。


圖1是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖2是示出具有圖1所示構造的燃料電池的例子的截面圖。
圖3是示出根據(jù)本實施例的燃料電池中的燃燒單元的構造的示意圖。
圖4是示出根據(jù)本實施例的燃料電池中的燃燒單元的構造的示意圖。
圖5是示出根據(jù)本實施例的燃料電池中的燃燒單元的構造的示意圖。
圖6是示出具有圖1所示構造的燃料電池的例子的平面圖。
圖7是沿圖6中所示的線A-A’截取的燃料電池的截面圖。
圖8是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖9是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖10是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的例子的截面圖。
圖11是沿圖10中所示的線A-A’截取的截面圖。
圖12是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的平面圖。
圖13是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖14是示出具有圖13所示構造的燃料電池的例子的截面圖。
圖15是示出具有圖13所示構造的燃料電池的例子的平面圖。
圖16是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖17是示出具有圖16所示構造的燃料電池的例子的截面圖。
圖18是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖19是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖20是示出具有圖19所示構造的燃料電池的構造的例子的截面圖。
圖21是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖22是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖23是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
圖24是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。
參考標記說明101 單元電池結構
102 燃料電極104 基板106 燃料電極的催化劑層108 氧化劑電極110 基板112 氧化劑電極的催化劑層114 固體電解質隔膜124 燃料126 氧化劑725 高濃度燃料811 燃料容器853 隔板1103 燃料盒1105 高濃度燃料箱1107 混合箱1109 燃料電池體1111 燃料排放導管1113 燃料回收導管1117 泵1123 連接器1149 低濃度燃料1155 回收燃料1301 燃料電池1303 燃燒單元1305 燃燒催化劑保持單元1307 燃燒燃料通路1309 燃料箱1311 燃料電池1313 燃燒燃料供給導管1315 燃燒燃料排放導管
1317 傳熱板1319 混合箱1321 高濃度燃料箱1323 高濃度燃料供給導管1327 燃料箱1329 泵1331 流量控制閥1333 低濃度燃料箱1337 燃料排放導管1339 混合箱1341 溫度計1343 燃燒燃料供給導管1345 燃料電池1347 燃料回收導管1349 燃料電池1351 冷卻水箱1353 冷卻水1355 氧化劑保持單元1357 氧化劑具體實施方式
在下文中，將參考附圖來描述本發(fā)明的實施例。在所有附圖中，對相同元件給出相同的參考標記，并且省略了重復說明。
此外，在實施例中所述的燃料電池的應用不受特定限制。例如，燃料電池適當?shù)赜糜谛⌒碗娮友b置，諸如蜂窩電話、便攜式個人計算機(包括筆記本計算機)、PDA(個人數(shù)字助理)、各種照相機、導航系統(tǒng)和便攜式音樂再現(xiàn)播放器。
(第一實施例)
圖1是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。圖1所示的燃料電池1301具有單元電池結構101以及與單元電池結構101接觸設置的燃燒單元1303。單元電池結構101具有燃料電極102、氧化劑電極(圖1中未示出)以及保持它們的固體電解質隔膜(圖1中未示出)。另外，燃料電池1301具有燃料箱1327和泵1329。
在燃料電池1301中，容納在燃料箱1327中的燃料124供給到燃燒單元1303和單元電池結構101。此時，在燃料供給系統(tǒng)中，用于控制燃料124的流量的泵1329設置在燃料箱1327和燃燒單元1303之間。此外，在圖1所示的燃料電池中，盡管在連接燃料箱1327和單元電池結構101的燃料供給線中沒有提供泵1329，但在需要時也可以提供泵1329，這類似地適用于其他實施例。
盡管沒有示出，容納在燃料箱1327中的燃料124可以供給到單元電池結構101，并且從燃料箱1327供給的燃料124的一部分可以供給到燃燒單元1303。此外，在燃料電極102處未使用的燃料124可以返回到燃料箱1327。另外，燃料電極102可以包括燃料箱1327，并且在該情況下，從燃料電極102供給的燃料124中的一部分被供給到燃燒單元1303。
燃燒單元1303具有能夠燃燒燃料124的催化劑。當燃料124和燃燒氧化劑供給到燃燒單元1303時，燃料124燃燒，由此產(chǎn)生燃燒熱。并且與燃燒單元1303接觸的單元電池結構101由燃燒熱加熱。例如，空氣或氧氣可以用作燃燒氧化劑。另外，用于控制燃燒熱的溫度計1341設置在燃燒單元1303中。此外，在其他實施例中，溫度計1341也設置在燃燒單元1303中。
在燃料電池1301中，由于通過燃料124的供給來產(chǎn)生熱的燃燒單元1303與單元電池結構101接觸，因此能夠以簡單的構造來加熱單元電池結構101。因此，即使在低溫使用燃料電池1301，也能容易地加熱單元電池結構101，由此能夠改善啟動特性。
此外，在圖1中示出了一個單元電池結構101，但是可以串聯(lián)連接多個單元電池結構101。另外，該多個單元電池結構101可以布置在平的表面上，或在平面方向中堆疊。
圖2是示出具有圖1所示構造的燃料電池的例子的截面圖。圖2所示的燃料電池1311具有單元電池結構101、燃燒單元1303、燃料箱1309和燃燒燃料供給導管1313以及泵1329。燃燒單元1303設置成與單元電池結構101和燃料箱1309接觸。只要燃燒單元1303與單元電池結構101接觸，燃燒單元1303可以不和燃料箱1309接觸。用于測量燃燒熱的溫度計1341設置在燃燒單元1303中。
另外，在燃燒單元1303和單元電池結構101之間可以設置用來傳導在燃燒單元1303中產(chǎn)生的燃燒熱的傳熱部件。通過該構造，燃燒熱能夠有效地傳導到單元電池結構101。例如，具有高熱導率的金屬，如銅、鋁和鈦，能夠用作傳熱部件。
在燃料電池1311中，燃料箱1309設置成與構成單元電池結構101的燃料電極102接觸，由此燃料124能夠直接供給到燃料電極102。在初始狀態(tài)，在燃料箱1309中填充具有適于供給到單元電池結構101的濃度的燃料124。下面將描述單元電池結構101的詳細構造。
在本實施例和下面的實施例中，燃料124是指供給到單元電池結構101的液體燃料，并含有有機溶劑和水作為燃料成分。有機液體燃料，諸如甲醇、乙醇、二甲醚、其他醇，或液體烴類燃料，包括環(huán)烷烴，可以用作燃料124中包含的燃料成分。以下，在下面的說明中使用甲醇。作為氧化劑126，通?？梢允褂每諝猓部商娲毓┙o氧氣。
此外，適當?shù)剡x擇燃料124的濃度。例如，當燃料成分是甲醇時，燃料箱1309可以容納濃度范圍在大于等于3體積％和小于等于50體積％之間的甲醇溶液作為燃料124。
優(yōu)選的是，燃料箱1309由對燃料成分具有抗蝕性的材料形成。例如，燃料箱1309可由聚丙稀、聚乙烯、氯乙烯或硅形成。
燃料124的一部分通過設置在燃料箱1309中的燃燒燃料排放出口1315經(jīng)由燃燒燃料供給導管1313供給到燃燒單元1303的燃燒燃料通路1307。泵1329設置在燃燒燃料供給導管1313上，由此能夠控制供給到燃燒單元1303的燃料124的量。
例如，壓電設備，諸如具有非常低的功耗的小型壓電馬達，可用作泵1329。例如可以使用雙壓電晶片型壓電泵。另外，溫度計可以設置在燃料電池1311中，并且可以提供控制單元(其在圖2中未示出)來基于由溫度計測量的溫度控制泵1329的操作。
對于溫度計，優(yōu)選的是那些能夠測量溫度作為電信號的，諸如熱電偶或熱敏電阻。溫度計可置于燃料電池內的燃燒單元中，或在燃料電池的表面上?？梢允褂萌剂想姵貜U液、燃料電池排氣或外界空氣之一或它們中的多個的溫度。
圖3是示出燃燒單元1303的構造的示意圖。在圖3中，燃燒單元1303是中空圓柱體，并且在圓柱體的外壁和內壁之間的燃燒催化劑保持單元1305中保持使燃料124燃燒的催化劑。另外，沿圓柱體的長度方向延伸的燃燒燃料通路1307的一端與燃燒燃料供給導管1313相通。
在燃燒催化劑保持單元1305的內壁的表面上，具有將燃料124從燃燒燃料供給導管1313引導到燃燒催化劑保持單元1305內部的孔。優(yōu)選的是，這些孔遍布內壁而設置?？卓梢栽谘趸瘎╇姌O108側設置的更多。通過該構造，單元電池結構101的氧化劑電極108能夠被優(yōu)先加熱。由于氧化劑電極108具有比燃料電極102更小的熱容，并能夠容易地加熱，因此當氧化劑電極108被優(yōu)先加熱時，能夠有效地加熱整個單元電池結構101。
例如，金屬網(wǎng)、多孔金屬板和泡沫金屬(foaming metal)材料能夠用作燃燒催化劑保持單元1305的內壁材料。多孔金屬板僅需要具有穿過該板的孔并使燃料124通過?？梢允褂酶鞣N形狀和厚度，而沒有進一步的限制。例如，可以使用多孔薄金屬板。進一步，可以使用金屬纖維板。金屬纖維板僅需是由以板狀形成的一個或多個金屬纖維制成的那些，并且能夠使用金屬纖維的無編織或編織布。
優(yōu)選的是，內壁的材料具有對燃料124的抗腐蝕性。該材料優(yōu)選地是金屬，其作為燃料124燃燒的催化劑。此外，除了金屬，能夠使用聚合物分子、陶瓷或玻璃作為內壁材料。具體地，例如可以使用化學纖維板或玻璃纖維板。
燃燒催化劑保持單元1305的外壁具有導氣孔，其把使燃料124燃燒的燃燒氧化劑126引到燃燒催化劑保持單元1305的內部。優(yōu)選的是，導氣孔遍布燃燒催化劑保持單元1305的外壁的暴露部分而設置。通過該構造，燃料124能夠在整個燃燒催化劑保持單元1305中有效燃燒。例如，供給到電極108的氧化劑126能夠用作燃燒氧化劑126。
燃燒催化劑保持單元1305的外壁可由多孔材料制成。用于燃燒催化劑保持單元1305的內壁的那些能夠用作該多孔材料。另外，在圖2所示的燃料電池1311中，燃燒單元1303的外壁與單元電池結構101接觸。在該情況中，所述外壁由具有極好熱導率的材料制成。通過該構造，在燃燒單元1303中產(chǎn)生的燃燒熱確實地傳導到單元電池結構101，由此加熱單元電池結構101。
當諸如金屬的傳導部件用于外壁時，燃料電極102和氧化劑電極108彼此絕緣，以防止在其間導電。例如，燃燒單元1303的表面與單元電池結構101能夠經(jīng)由具有熱導率的絕緣板接觸。
燃燒催化劑保持單元1305可在多孔支撐的表面上具有燃燒催化劑。例如，鋼絲絨、泡沫金屬或細金屬線燒結體用作該支撐，并且它們可以填充在內壁和外壁之間。另外，用于在支撐的表面上保持燃燒催化劑的方法包括將燃燒催化劑金屬噴涂到支撐的表面上然后燒結的方法，或者將燃燒催化劑金屬鍍到支撐的表面上的方法。
另外，能夠燃燒燃料124內的燃料成分的催化劑用作燃燒催化劑。具體地，例如，當甲醇溶液用作燃料124時，鉑或鉑與釕合金作為燃燒催化劑的例子。
多孔支撐可由燃燒催化劑金屬構成。通過該構造，能夠簡單地構成燃料催化劑保持單元1305。
此外，在圖3中，盡管燃燒單元1303是中空的，但燃燒單元1303可以是實心的。圖4示出了實心燃燒單元1303。在該情況中，燃燒單元1303的整個容積可填充以燃燒催化劑保持單元1305。在該構造中，已通過燃燒燃料供給導管1313的燃料124也從燃燒單元1303的一端供給到燃燒催化劑保持單元1305。
另外，只要燃燒熱能夠傳導到單元電池結構101，燃燒單元1303的形狀不限于圖3和4中所示的圓柱形。圖5示出燃燒單元1303的另一種構造。由于圖5所示的燃燒單元1303在側面具有平的表面，它與單元電池結構101更好地接觸。因此，熱更有效地從燃燒單元1303傳導到單元電池結構101。
回來參考圖2，將描述單元電池結構101的構造。單元電池結構101包括燃料電極102、氧化劑電極108和固體電解質隔膜114。如上所述，燃料124供給到單元電池結構101的燃料電極102。氧化劑126供給到氧化劑電極108。
到氧化劑電極108的氧化劑126可以通過空氣的自然吸入或通過風扇(未示出)強行吸入來供給。氧化劑還可借助于壓電泵來供給。當使用壓電泵時，從壓電泵供給的氧化劑126的量能夠通過改變逆變器、逆變器的頻率或電壓來有利地控制。當逆變器或逆變器的頻率改變時，能夠改變每單位時間泵的排出量，并且當電壓改變時，每一次排出的排出量隨壓電設備的排量(displacement)的改變而改變。
在圖2所示的單元電池結構101中，基板104和基板110也作為氣體擴散層和收集電極。燃料電極端子和氧化劑電極端子可分別設置在基板104和基板110上(未示出)。例如，金屬網(wǎng)、多孔金屬板或泡沫金屬材料可用于基板104和110。通過該構造，即使未提供大塊(bulk)金屬收集部件，也能有效收集電力。
固體電解質隔膜114用作燃料電極102和氧化劑108的分隔物，并防止其間的氫離子移動。因此，優(yōu)選的是，固體電解質隔膜114對氫離子具有高傳導性。另外，優(yōu)選的是，該隔膜具有化學穩(wěn)定性和高機械強度。
優(yōu)選地，使用具有極性基的有機聚合物分子作為固體電解質隔膜114的材料，所述極性基例如強酸基，包括磺酸基、磷酸基、膦酸基和次膦酸基；或弱酸基，包括羥基。有機聚合物分子包括芳香類聚合物，諸如聚(4-苯氧基苯甲酰基-1，4-亞苯基)磺酸酯和烷基磺酸酯聚苯并咪唑基；共聚物，諸如聚苯乙烯磺酸酯共聚物、聚乙烯磺酸酯共聚物、交聯(lián)烷基磺酸酯衍生物及由含氟樹脂主鏈和磺酸組成的含氟聚合物；通過使諸如丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的丙烯酰胺與諸如n-甲基丙烯酸丁酯的丙烯酸酯共聚獲得的共聚物；含磺酸基的全氟化碳(由Dupont生產(chǎn)的NAFION和由Asahi Kasei公司生產(chǎn)的ACIPLEX)；以及含羧基的全氟化碳(FLEMION S MEMBRANE(由Asahi Glass Co.LTD生產(chǎn)))。當選擇芳香類聚合物，諸如聚(4-苯氧基苯甲?；?1，4-亞苯基)磺酸酯和烷基磺酸酯聚苯并咪唑基時，能夠抑制有機液體燃料的滲透，由此能夠抑制由交叉(crossover)導致的電池效率的降低。
在燃料電極102和氧化劑電極108中，可分別在基板104和基板110上形成燃料電極的催化劑層106和氧化劑電極的催化劑層112，其包括碳顆粒和固體電解質顆粒并支撐催化劑。鉑或鉑與釕合金作為催化劑的例子。在燃料電極102和氧化劑電極108中可以使用相同的催化劑或不同的催化劑。
在基板104和110的表面上可以進行疏水處理。如上所述，在使用甲醇作為燃料124的情況中，在燃料電極102中產(chǎn)生二氧化碳。如果在燃料電極102中產(chǎn)生的二氧化碳滯留在燃料電極102附近，則阻塞到燃料電極102的燃料124的供給，由此降低發(fā)電效率。這里，優(yōu)選的是，用親水涂層材料或疏水涂層材料對基板104的表面進行表面處理。用親水涂層材料進行表面處理改善了燃料124在基板104的表面上的流動性。這使得二氧化碳氣泡容易隨燃料124一起移動。用疏水涂層材料進行處理降低了在基板104的表面上導致氣泡的濕氣的附著。因此，能夠降低在基板104的表面上的氣泡形成。
親水涂層材料包括例如氧化鈦和氧化硅。另一方面，疏水涂層材料包括聚四氟乙烯和硅烷。
如上所述，獲得了單元電池結構101。如圖2所示，單元電池結構101布置成與燃燒單元1303接觸，從而在燃燒單元1303中產(chǎn)生的燃燒熱能夠傳導到單元電池結構101。
接下來，將描述使用燃料電池1311的方法。當燃料電池1311在例如大約25℃以上使用時，燃料電池1311的啟動特性是有保證的，泵1329不被驅動。在該情況下，燃料箱1309中的燃料124僅供給到燃料電極102。當燃料電池1311在啟動特性良好的溫度使用時，燃料124有選擇地僅供給到燃料電極102，從而降低了燃料電極102的浪費，由此穩(wěn)定地操作燃料電池1311。
另一方面，當在低溫使用燃料電池1311時，泵1329被驅動。通過該構造，燃料箱1309中的燃料124的一部分供給到燃燒單元1303。另外，氧化劑126從外部供給到燃燒單元1303。然后，通過在燃燒催化劑保持單元1305的支撐中保持的燃燒催化劑的作用，燃料124燃燒，從而產(chǎn)生燃燒熱。該燃燒熱傳導到單元電池結構101，由此提升單元電池結構101的溫度。因此，通過簡單的構造，能夠改善單元電池結構101在低溫的啟動特性。
如上所述，即使當在外界空氣具有低溫的條件下使用時，燃料電池1311也能發(fā)揮極好的啟動特性。上面所述的“低溫”是指燃料電池1311的電池電壓不能充分獲得的溫度條件。更具體地，例如能夠改善在0℃至20℃的低溫時的啟動特性。
上述溫度僅是使用燃料電池1311時的例子。能夠適當?shù)乜刂剖欠駥⑷剂?24供給到燃燒單元1303以及供給多少燃料124。另外，本實施例的燃料電池可具有控制單元，其基于由溫度計1341測量的溫度來控制泵1329的操作。
圖6是示出具有圖1所示構造的燃料電池的另一個例子的平面圖。圖6示出了該燃料電池的構造，其中在二維中布置多個單元電池結構101。另外，圖6是從單元電池結構101的氧化劑電極108側的燃料電池的視圖。圖6所示的燃料電池包括燃料電池體1109和燃料盒1103。
燃料電池體1109包括二維布置的多個單元電池結構101、燃料容器811、隔板853、燃料排放導管1111、燃燒燃料供給導管1343、燃料排出導管1337、泵1117、流量控制閥1331、連接器1123和溫度計1341。
圖7是沿圖6的線A-A’截取的截面圖。燃料電極102設置在固體電解質隔膜114的一側，氧化劑電極108設置在另一側。燃燒單元1303與固體電解質隔膜114的端面經(jīng)由傳熱板1317接觸。燃料容器811與燃料電極102接觸。
回來參考圖6，燃料盒1103是可通過連接器1123從燃料電池體1109拆卸的。在初始狀態(tài)，燃料盒1103填充有適于單元電池結構101的特定濃度的燃料124。燃料124的濃度可以適當選擇，像圖2所示的燃料電池1311一樣。
另外，優(yōu)選的是，燃料盒1103由對燃料成分具有抗蝕性的材料制成。例如，燃料盒1103可由聚丙烯、聚乙烯、氯乙烯或硅形成。
燃料124經(jīng)由燃料排放導管1111供給到燃料容器811。燃料容器811中的燃料124沿設置在燃料容器811中的多個隔板853流動，并順序供給到多個單元電池結構101。
泵1117設置在燃料排放導管1111上。另外，燃燒燃料供給導管1343在燃料排放導管1111中泵1117的下游側，即在燃料容器811側分支，由此燃料124的一部分從燃燒燃料供給導管1343供給到燃燒單元1303。流量控制閥1331設置在燃料排放導管1111中燃燒燃料供給導管1343分支的點，由此控制供給到燃燒單元1303的燃料124的量。
如同圖2所示的燃料電池1311，壓電設備，諸如具有非常低的功耗的小型壓電馬達能夠用作泵1117。另外，盡管在圖6中沒有示出，本實施例的燃料電池可以具有控制單元，其基于由溫度計1341測量的溫度來控制泵1117和流量控制閥1331的操作。
使燃料124燃燒的催化劑保持在燃燒單元1303中。燃燒單元1303的一端連接到燃燒燃料供給導管1343。燃燒單元1303的另一端連接到燃燒燃料排出導管1337，并且已通過燃燒單元1303的殘余燃料被引到燃料容器811中。此外，引到燃料容器811中的殘余燃料例如隨燃燒產(chǎn)生的二氧化碳輸入到燃料容器811，其中殘余燃料已經(jīng)通過燃燒單元1303的燃燒熱汽化。
如圖7中所述，在圖6所示的燃料電池中，多個電極和氧化劑設置在一片固體電解質隔膜114的每一側，并且共享固體電解質隔膜114的多個單元電池結構101形成在相同的平面上。由于燃燒單元1303與固體電解質隔膜114的端面經(jīng)由傳熱板1317接觸，在燃燒單元1303中產(chǎn)生的燃燒熱能夠從固體電解質隔膜114傳導到每一個單元電池結構101。因此，共享電解質隔膜114的單元電池結構101能夠被同時加熱。因此，即使外界空氣具有低溫，也能改善燃料電池的啟動特性。
此外，即使在具有多個單元電池結構101的燃料電池中，也能夠在燃燒單元1303和燃料容器811之間提供傳熱部件。
在根據(jù)本實施例的燃料電池中，已通過單元電池結構101的燃料124中未用于電池反應的燃料成分可以供給到燃燒單元1303。圖8是示出該燃料電池的構造的示意圖。圖8所示的燃料電池將圖1所示的燃料電池1301中的單元電池結構101的燃料電極102與燃燒單元1303連接起來。通過該構造，由于從單元電池結構101的燃料電極102排出的殘余燃料能夠供給到燃燒單元1303，由此提高了燃料效率。因此，燃料電池能夠穩(wěn)定地工作很長的時間周期。此外，可以在單元電池結構101和燃燒單元1303之間的燃料通過路徑中提供泵1329。
另外，圖8所示的燃料電池能夠在燃料124通過燃燒單元1303后，將供給到燃燒單元1303的燃料124引導到單元電池結構101的燃料電極102。通過該構造，能夠進一步減少排出到外部的殘余燃料。因此，能夠有效利用燃料。此外，已通過燃燒單元1303的殘余燃料可以以汽化狀態(tài)隨燃料124燃燒產(chǎn)生的氣體供給到單元電池結構101。
圖9是示出本實施例的燃料電池的另一種構造的示意圖。在圖9所示的燃料電池中，燃料供給系統(tǒng)具有燃料箱1327、控制燃料124的流量的泵1329、以及流量控制閥1331，其設置在泵1329的下游，并控制供給到燃燒單元1303和單元電池結構101的燃料的量。
即使在本實施例中，也能通過流量控制閥1331控制供給到燃燒單元1303的燃料124的量。另外，已通過燃燒單元1303的殘余燃料從燃料供給系統(tǒng)被引導到單元電池結構101，所述燃料供給系統(tǒng)連接流量控制閥1331和單元電池結構101。
(第二實施例)在第二實施例中，盡管沒有示出，燃燒單元1303設置在與第一實施例中所述的燃料電池1301(在圖1中示出)的燃料電極102相反的一側，由此加熱在圖1中未示出的氧化劑電極。另外，在第二實施例中，在第一實施例中所述的燃料電池1311(在圖2中示出)加熱單元電池結構101的整個構成部件。這里，通常，當液體燃料供給到燃料電極102時，氧化劑126具有比燃料124更小的熱容。因此，燃料電極102和氧化劑電極108的加熱處理可以是不同的，并且氧化劑電極108可以更加容易地加熱。這里，本實施例示出了有效加熱單元電池結構101的方式。
圖10和圖11示出了本實施例的燃料電池的構造。圖11是沿圖10中所示的線A-A’截取的截面圖。
在圖10和11所示的燃料電池1345中，傳熱板1317設置成與基板110的外圍部分接觸，并且溫度計1341設置在傳熱板1317上。另外，管狀燃燒單元1303在與傳熱板1317接觸的氧化劑電極108的表面上呈Z形。
氧化劑126通過未被傳熱板1317和燃燒單元1303覆蓋的基板110的表面的一部分供給到氧化劑電極108。此外，如在第一實施例中所述的，基板110還用作收集電極和氣體擴散層。另外，基板110具有用來供電池反應所需的氧化劑126通過的孔。
優(yōu)選的是，具有高熱導率的材料用于傳熱板1317。例如，可使用銅板、鋁板和鈦板?？梢匀绲谝粚嵤├兴緛順嬙烊紵龁卧?303。
在本實施例的燃料電池1345中，由于傳熱板1317設置在燃燒單元1303和基板110之間，在燃燒單元1303中產(chǎn)生的燃燒熱能夠有效地傳導到氧化劑電極108，并且氧化劑電極108能夠選擇性地或集中地加熱。氧化劑電極108本身被通過化學反應產(chǎn)生的熱量加熱，并且還被在燃燒單元1303中產(chǎn)生的燃燒熱快速加熱。因此，熱量傳導到整個單元電池結構101，由此有效地加熱整個單元電池結構101。因此，能夠進一步改善在低溫下燃料電池的啟動特性。
圖12是示出本實施例的燃料電池的另一種構造的平面圖。在圖12所示的燃料電池中，如同圖6所示的燃料電池，多個單元電池結構101二維布置。
在圖12所示的燃料電池中，燃燒單元1303與每個單元電池結構101的氧化劑電極108(在圖12中未示出)直接接觸。因此，單元電池結構101能夠有效地加熱。此外，在圖12所示的構造中，與單元電池結構101接觸的燃燒單元1303的表面由絕緣部件制成，從而單元電池結構101彼此不經(jīng)由燃燒單元1303電連接。例如，具有極好熱導率的絕緣板可用作該絕緣部件。例如，像其中添加有導熱填料的硅橡膠或環(huán)氧樹脂等材料可用于絕緣板。例如鋁可用作導熱填料。
單元電池結構101的氧化劑電極直接被加熱的構造可應用于圖1、8和9及下面所述的其他實施例。
(第三實施例)在根據(jù)第一或第二實施例的燃料電池中，燃料供給系統(tǒng)可具有燃料容器，用于保持燃料124，以及高濃度燃料容器，用于保持具有比供給到單元電池結構101的燃料124更高濃度的液體燃料。
圖13是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。在圖13所示的燃料電池中，燃料箱1327由低濃度燃料箱1333和高濃度燃料箱1335組成。在初始狀態(tài)，低濃度燃料箱1333填充有低濃度燃料，其具有適于單元電池結構101的濃度，高濃度燃料箱1335填充有高濃度燃料725，其具有比低濃度燃料箱1333中的液體更高的燃料成分濃度。此外，在第三實施例的圖13和14所示的燃料電池中，盡管泵1329沒有設置在連接燃料箱1327和單元電池結構101的燃料供給系統(tǒng)中，但如果需要可以提供泵1329。此外，在燃料電極102中沒有使用的燃料124可以返回到燃料箱1327。
適當?shù)剡x擇低濃度燃料和高濃度燃料。例如，當燃料成分是甲醇時，低濃度燃料可包含具有50體積％或更低濃度的甲醇溶液或水。高濃度燃料箱1335可含有具有比燃料124更高濃度的甲醇溶液或甲醇。
在高濃度燃料箱1335中的高濃度燃料725通過泵1329供給到低濃度燃料箱1333。并且在單元電池結構101中，在低濃度燃料箱1333處調整到預定燃料成分濃度的燃料124供給到單元電池結構101。在圖13中，可以提供用于從低濃度燃料箱1333向單元電池結構101供給燃料124的泵1329。
另外，高濃度燃料箱1335中的高濃度燃料725的一部分通過泵1329供給到燃燒單元1303。高濃度燃料725供給到燃燒單元1303，由此更快速地加熱單元電池結構101。
圖14示出具有圖13所示構造的燃料電池的例子。圖14所示的燃料電池1349具有與圖2所示的燃料電池類似的基本結構。與基板104接觸提供混合箱1319來代替燃料箱1309。燃料電池1349還具有高濃度燃料箱1321。提供從高濃度燃料箱1321向混合箱1319供給高濃度燃料725的高濃度燃料供給導管1323。流經(jīng)高濃度燃料供給導管1323的高濃度燃料725的量能夠通過泵1329來控制。
另外，在燃料電池1349中，燃燒燃料供給導管1313連接高濃度燃料箱1321和燃燒燃料通路1307。因此，具有高濃度燃料成分濃度的高濃度燃料725能夠直接從高濃度燃料箱1321供給到燃燒單元1303。
在燃料電池1349中，由于高濃度燃料725能夠直接供給到燃燒單元1303，因此能夠在燃燒單元1303中有效地發(fā)生燃燒反應。因此，單元電池結構101能夠更快速地加熱，并且能夠進一步改善在低溫的啟動特性。
另外，圖15示出其中多個單元電池結構101二維布置的燃料電池。在圖15所示的燃料電池中，燃燒單元1303設置成與構成單元電池結構101的固體電解質隔膜114(在圖15中未示出)接觸，與圖6所示的燃料電池類似。如圖15所示，在具有多個單元電池結構101的燃料電池中，燃燒單元1303與構成單元電池結構101的固體電解質隔膜114接觸，由此同時加熱共享固體電解質隔膜114的多個單元電池結構101。另外，由于高濃度燃料725供給到燃燒單元1303，因此能夠有效地加熱單元電池結構101。
另外，燃料盒1103包括高濃度燃料箱1105和混合箱1107，它們通過接頭(未示出)可拆卸地連接。處于連接狀態(tài)的高濃度燃料箱1105和混合箱1107連接到或脫離開燃料電池體1109。在初始狀態(tài)，混合箱1107填充有低濃度燃料，其具有適于燃料電池體1109的濃度，高濃度燃料箱1105填充有高濃度燃料725，其具有比混合箱1107中的液體更高的燃料成分濃度。
另外，已經(jīng)環(huán)流多個單元電池結構101的燃料經(jīng)由燃料回收導管1113返回到混合箱1107。通過該構造，在單元電池結構101中未消耗的燃料124能夠適當?shù)鼗厥兆鳛榛厥杖剂?，以便再次使用?br> 此外，圖15所示的燃料電池可以具有控制單元(未示出)。在該情況下，例如，通過濃度計(未示出)測量從燃料回收導管1113回收的回收燃料1155的濃度，并可根據(jù)所測量的濃度來控制從高濃度燃料箱1105到混合箱1107的燃料供給。可以通過濃度計(未示出)來測量混合箱1107中燃料成分的濃度，從而控制單元能夠根據(jù)所測量的濃度來控制供給到混合箱1107的高濃度燃料725的量。
此外，在本實施例中，未用于電池反應并已通過單元電池結構101的燃料成分可以供給到燃燒單元1303。圖16是示出該燃料電池的構造的示意圖。在圖16所示的燃料電池中，如圖13所示的單元電池結構101的燃料電極102連接到燃燒單元1303。
圖17示出具有圖16所示構造的燃料電池的例子。在圖17中，在圖14所示的燃料電池1349中，已通過基板104的殘余燃料從燃料回收導管1347注入到燃燒燃料通路1307中。
另外，圖18是示出本實施例的燃料電池的另一種構造的示意圖。在圖18所示的燃料電池中，燃料供給系統(tǒng)具有泵1329和流量控制閥1331，泵1329控制從高濃度燃料箱1335排出的高濃度燃料725的流量，流量控制閥1331置于泵1329的下游，并控制到燃燒單元1303和低濃度燃料箱1333的高濃度燃料725的供給量。
供給到燃燒單元1303或低濃度燃料箱1333的高濃度燃料725的量能夠通過流量控制閥來控制。另外，已通過單元電池結構101并且未用于燃料反應的燃料成分供給到燃燒單元1303。
圖19是示出本實施例的燃料電池的燃料供給系統(tǒng)的另一個例子的示意圖。另外，圖20示出具有圖19所示的燃料供給系統(tǒng)的燃料電池的例子。
圖19所示的燃料電池具有用來將燃料從高濃度燃料箱1335供給到單元電池結構101的路徑，以及用來將單元電池結構101中剩下的燃料返回到低濃度燃料箱1333的路徑。燃料電池具有將高濃度燃料箱1335中的高濃度燃料725供給到低濃度燃料箱1333和燃燒單元1303的路徑。燃料電池具有將已通過單元電池結構101的燃料引導到燃燒單元1303的路徑。到燃燒單元1303的高濃度燃料725或殘余燃料的供給能夠通過流量控制閥1331來切換，并且每種流量都能夠通過泵1329來控制。
在圖19所示的燃料電池中，由于已通過單元電池結構101的殘余燃料能夠回收到低濃度燃料箱1333以便再次使用，因此能夠減少燃料成分的浪費，從而能夠有效使用殘余燃料。即使當?shù)蜐舛热剂舷?333中的燃料成分被回收燃料稀釋時，由于能夠從高濃度燃料箱1335供給高濃度燃料725，因此能夠在長時間周期將具有預定濃度的燃料724穩(wěn)定地供給到單元電池結構101。
另外，在圖19所示的燃料電池中，適當?shù)剡x擇已通過單元電池結構101的殘余燃料或高濃度燃料725以便供給到燃燒單元1303。因此，當在低溫啟動燃料電池時，將高濃度燃料725供給到燃燒單元1303，由此快速加熱與燃燒單元1303接觸的單元電池結構101。當單元電池結構101被加熱到一定程度時，通過控制流量控制閥1331將殘余燃料供給到燃燒單元1303，由此更有效地使用燃料成分。
(第四實施例)根據(jù)第三實施例具有低濃度燃料箱1333和高濃度燃料箱1335的燃料電池可具有混合箱，其將低濃度燃料箱1333中的低濃度燃料和高濃度燃料箱1335中的高濃度燃料725進行混合。
圖21是示出本實施例的燃料電池的燃料供給系統(tǒng)的示意圖。在圖21所示的燃料電池中，低濃度燃料箱1333中的低濃度燃料1149和高濃度燃料箱1135中的高濃度燃料725被注入到混合箱1339。在混合箱1339中，燃料124調整到適于單元電池結構101的濃度，并從混合箱1339供給到單元電池結構101。
另外，從高濃度燃料箱1335排出的高濃度燃料725的一部分能夠供給到與單元電池結構101接觸設置的燃燒單元1303。這里，泵1329設置在高濃度燃料725的供給系統(tǒng)中，并且通過設置在泵1329的下游點的流量控制閥1331能夠將預定量的高濃度燃料725供給到混合箱1339和燃燒單元1303。
通過該構造，能夠更精確地控制供給到單元電池結構101的燃料124的濃度。因此，單元電池結構101中的電池反應能夠更穩(wěn)定地發(fā)生。另外，由于高濃度燃料725供給到燃燒單元1303，因此能夠在短時間內快速加熱單元電池結構101。因此，能夠改善在低溫時燃料電池的啟動特性。
圖22示出本實施例的燃料電池的另一種構造。圖22所示的燃料電池的基本構造與圖21所示的燃料電池相同，但是圖22中的燃料電池還包括將已通過單元電池結構101的燃料電極102的殘余燃料回收到混合箱1339的路徑，以及將已通過燃燒單元1303的殘余燃料回收到混合箱1339的路徑。
通過提供這些回收路徑，能夠更有效地利用燃料成分。因此，能夠改善燃料電池的啟動特性，并且燃料電池能夠長周期穩(wěn)定工作。
(第五實施例)在根據(jù)上述實施例的燃料電池中，可以提供用于將冷卻水注入到燃燒單元1303中的冷卻水注入路徑。這里，將作為例子描述圖23所示的燃料電池的構造。
圖23是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。與圖22所示的燃料電池相比，圖23所示的燃料電池還包括冷卻水箱1351。冷卻水箱1351中的冷卻水1353能夠通過泵1329供給到燃燒單元1303。
當圖23所示的燃料電池在低溫啟動時，高濃度燃料725供給到燃燒單元1303，由此產(chǎn)生燃燒熱。燃燒熱傳導到單元電池結構101，由此加熱單元電池結構101。為了防止單元電池結構101被高濃度燃料725產(chǎn)生的燃燒熱過度加熱，當通過設置在單元電池結構101中的溫度計1341檢測到單元電池結構101被加熱到預定溫度時，停止向燃燒單元1303供給高濃度燃料725，并從冷卻水箱1351向燃燒單元1303供給冷卻水1353。以這種方式，能夠快速冷卻燃燒單元1303。因此，抑制了對單元電池結構101的加熱，由此燃料電池能夠更穩(wěn)定地工作。
此外，在具有低濃度燃料箱1333和高濃度燃料箱1335的燃料電池中，即使從低濃度燃料箱1333向燃燒單元1303供給燃料124來代替冷卻水，也能抑制燃燒熱的產(chǎn)生。在該情況下，在啟動時向燃燒單元1303供給高濃度燃料725，然后當單元電池結構101加熱到一定程度時供給燃料124。通過該構造，能夠有效利用燃料成分。
(第六實施例)在根據(jù)上述實施例的燃料電池中，還可以提供積極地將燃燒氧化劑供給到燃燒單元1303的氧化劑供給路徑。在下面的說明中，將使用圖1所示的燃料電池的構造作為例子。
圖24是示出根據(jù)本實施例的燃料電池的構造的示意圖。與圖1的燃料電池1301相比，圖24所示的燃料電池還具有氧化劑保持單元1355，并且保持在氧化劑保持單元1355中的氧化劑1357可供給到燃燒單元1303。例如，提供向燃燒單元1303輸送壓縮空氣的管線或通過風扇將氧化劑供給到燃燒單元1303，從而能夠提高燃燒單元1303中的燃燒反應速度，由此能夠進一步改善燃料電池在低溫時的啟動特性。此外，在圖24所示的燃料電池中，盡管在連接燃料箱1327和單元電池結構101的燃料供給系統(tǒng)中沒有提供泵1329，但如果需要可以提供泵1329。此外，在燃料電極102中沒有使用的燃料124可以回收到燃料箱1327。
在圖24所示的燃料電池中，燃料124被注入到燃燒單元1303并且氧化劑1357能夠積極地供給到燃燒單元1303。因此，在燃燒單元1303中，比將空氣中的氧供給到燃燒單元1303時更確定地發(fā)生燃燒反應。因此，能夠進一步改善燃料電池在低溫的啟動特性。
如上所述，基于本發(fā)明的實施例描述了本發(fā)明。這些實施例是例子。本領域技術人員會認識到，能夠結合其組成部分或處理步驟完成各種修改的例子，并且這些修改的例子包括在本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種燃料電池，其包括單元電池，包括固體電解質隔膜、布置在所述固體電解質隔膜上的燃料電極和氧化劑電極；加熱裝置，對所述單元電池進行加熱；以及燃料供給系統(tǒng)，向所述燃料電極供給燃料，其中，所述加熱裝置設置成與所述單元電池接觸，所述燃料中的一部分從所述燃料供給系統(tǒng)供給到所述加熱裝置，并且供給到所述加熱裝置的燃料通過所述加熱裝置燃燒時產(chǎn)生的熱量傳導到所述單元電池，從而加熱所述單元電池。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池，其中，所述加熱裝置包括加熱元件和與所述加熱元件接觸設置的熱導體。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的燃料電池，其中，所述加熱裝置包括用于燃燒所述燃料的加熱催化劑。
4.根據(jù)權利要求1至3中任何一項所述的燃料電池，其中，所述加熱裝置設置成與所述氧化劑電極接觸。
5.根據(jù)權利要求1至4中任何一項所述的燃料電池，其中，液體燃料直接供給到所述燃料電極。
6.根據(jù)權利要求1至5中任何一項所述的燃料電池，還包括多個單元電池；多個第一電極，它們設置在所述固體電解質隔膜的一側；以及多個第二電極，它們設置在所述固體電解質隔膜的另一側，一個第二電極與一個第一電極相對布置，其中，單元電池由彼此相對的一對第一電極和第二電極、以及固體電解質隔膜構成，并且所述加熱裝置對多個所述單元電池進行加熱。
7.根據(jù)權利要求6所述的燃料電池，還包括溫度測量裝置，其測量所述加熱裝置中的加熱溫度或所述燃料電池的溫度；以及控制裝置，其基于通過所述溫度測量裝置測量的溫度來控制從所述燃料供給系統(tǒng)到所述加熱裝置的燃料供給。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的燃料電池，其中，所述加熱裝置設置成與所述固體電解質隔膜接觸。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的燃料電池，其中，所述加熱裝置設置成與多個第一電極接觸。
10.根據(jù)權利要求1至9中任何一項所述的燃料電池，還包括燃料回收裝置，其將已通過所述燃料電極的燃料回收到所述加熱裝置中。
11.根據(jù)權利要求6或7所述的燃料電池其中，所述燃料供給系統(tǒng)包括高濃度燃料供給裝置，其將具有比供給到所述燃料電極的燃料更高濃度的燃料供給到所述加熱裝置。
12.根據(jù)權利要求11所述的燃料電池，還包括燃料混合裝置，其將從所述高濃度燃料供給裝置供給的高濃度燃料和供給到所述燃料電極的燃料進行混合。
13.根據(jù)權利要求6或7所述的燃料電池，還包括加熱溫度控制裝置，其通過冷卻水來控制所述加熱裝置的加熱溫度。
14.根據(jù)權利要求6或7所述的燃料電池，還包括氧化劑供給裝置，其將氧化劑供給到所述加熱裝置。
全文摘要
即使當溫度降低時，提升燃料電池的溫度，由此改善可用性。在燃料電池(1311)中，燃燒單元(1303)設置成與單元電池結構(101)接觸。另外，燃料箱(1309)設置成與構成單元電池結構(101)的燃料電極(102)接觸，并直接將燃料(124)供給到燃料電極(102)。燃料(124)中的一部分從設置在燃料箱(1309)中的燃燒燃料排放出口(1315)經(jīng)由燃燒燃料供給導管(1313)供給到燃燒單元(1303)。
文檔編號H01M8/10GK1890834SQ20048003655
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權日2003年12月8日
發(fā)明者長尾諭, 久保佳實, 吉武務, 真子隆志, 梶谷浩司, 木村英和, 秋山永治, 渡邊義德, 河野安孝 申請人:日本電氣株式會社