本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及一種基于碳納米管的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：燃料電池是一種將燃料及氧化劑氣體轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置，被廣泛應(yīng)用于軍事國防及民用的電力、汽車、通信等領(lǐng)域。生物燃料電池是以酶或微生物為催化劑，將有機物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。通常，現(xiàn)有的燃料電池包括：一膜電極(MembraneElectrodeAssembly，簡稱MEA)，該膜電極包括一質(zhì)子交換膜(ProtonExchangeMembrane)和分別設(shè)置在質(zhì)子交換膜兩個相對的表面的陰極電極和陽極電極；一裝有燃料的陽極容室，且陽極電極浸泡于該燃料中；一導(dǎo)流板(FlowFieldPlate，簡稱FFP)設(shè)置于陰極電極遠離質(zhì)子交換膜的表面；一集流板(CurrentCollectorPlate，簡稱CCP)設(shè)置于導(dǎo)流板遠離質(zhì)子交換膜的表面；以及相關(guān)的輔助部件，如：鼓風機、閥門、管路等。然而，現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池的膜電極通常為“漢堡式”?！皾h堡式”的平面疊加結(jié)構(gòu)并沒有充分發(fā)揮出質(zhì)子交換膜及碳納米管的接觸效率，電池的能量轉(zhuǎn)換率降低，導(dǎo)致實際使用效率降低。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，確有必要提供一種可以增加膜電極的比表面積，從而提高電池內(nèi)部反應(yīng)交換效率的燃料電池系統(tǒng)。一種燃料電池系統(tǒng)，其包括：一燃料電池模組，該燃料電池模組包括一膜電極，該膜電極包括一質(zhì)子交換膜、一陰極電極以及一陽極電極，所述陰極電極和所述陽極電極分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜相對的兩表面；一燃料；一氧化劑氣體；其中，所述燃料電池模組進一步包括一開口容器，該開口容器內(nèi)部具有一腔室，所述腔室通過至少一開口與外部連通，用于通入所述氧化劑氣體；所述膜電極直接設(shè)置于該開口容器的容器壁表面，且所述容器壁表面被該膜電極覆蓋的區(qū)域具有多個擴散孔；該燃料電池模組使用時可將所述開口容器的容器壁至少部分浸入所述燃料中，使所述氧化劑氣體與燃料通過所述膜電極間隔。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：由于將原來的平面型膜電極改為曲面形狀，增加了膜電極的比表面積，提升了內(nèi)部交換反應(yīng)效率，從而使得電池的實際使用效率提高。附圖說明圖1為本發(fā)明第一實施例提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一實施例提供的曲形支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第二實施例提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明第三實施例提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明第四實施例提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第四實施例提供的燃料電池的俯視圖。圖7為本發(fā)明第五實施例提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明第六實施例提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明第七實施例提供的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本發(fā)明第八實施例提供的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為本發(fā)明提供的燃料電池的使用方法。主要元件符號說明燃料電池系統(tǒng)10，20燃料電池100，200，300，400，500，600膜電極103，203，303，403，503，603曲形支架101，201，301，401，501，601質(zhì)子交換膜102，202，302，402，502，602陰極電極104，204，304，404，504，604陽極電極106，206，306，406，506，606集流板108，109，208，209，308，408，508，608外表面1012，2012，3012，4012，5012，6012內(nèi)表面1013，3013，4013，5013，6013擋板1015，4015，6015腔室1016，3016，4016，5016，6016開口1014，1017，5014，5017，6014，6017延伸管道110擴散孔1019負載120生物燃料130供氣和抽氣裝置140氧化劑氣體150加壓裝置160如下具體實施例將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。具體實施方式下面將結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明提供的燃料電池、采用該燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，以及該燃料電池的使用方法作進一步詳細說明。請一并參閱圖1及圖2，本發(fā)明第一實施例提供一種燃料電池模組100，其包括：一膜電極103，一容器101。所述膜電極103包括一質(zhì)子交換膜102，一陰極電極104，一陽極電極106，所述陰極電極104和所述陽極電極106分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜102的相對的兩表面。所述開口容器101內(nèi)部具有一腔室1016，所述腔室1016通過一開口1017與外部連通，用于通入一氧化劑氣體。所述膜電極103設(shè)置于該開口容器的容器壁的表面，且所述容器壁表面被該膜電極覆蓋的區(qū)域具有多個擴散孔，該燃料電池模組使用時可將所述開口容器的容器壁至少部分浸入一燃料130中，使所述氧化劑氣體與所述燃料130通過所述膜電極間隔。具體地，所述容器壁表面包括一外表面1012和一與該外表面1013相對的內(nèi)表面1013。所述膜電極103設(shè)置于所述容器壁的外表面1012，并且所述陰極電極104包裹于該容器壁的外表面1012上，并覆蓋容器壁的整個外表面1012上。所述質(zhì)子交換膜102包裹于該陰極電極104遠離該開口容器101的表面，并覆蓋該陰極電極104的整個表面。所述陽極電極106包裹于該質(zhì)子交換膜102遠離陰極電極104的表面，并覆蓋該質(zhì)子交換膜102的整個表面。所述陽極電極106與陰極電極104均包括擴散層與催化劑材料。進一步，所述膜電極103也可設(shè)置于所述容器壁的內(nèi)表面1013上。進一步，所述膜電極103中與該容器壁表面接觸的電極為陰極電極104、陽極電極106中的一個，只要確保該陰極電極104可與所述氧化劑氣體接觸，該陽極電極106與所述燃料130接觸。在本案中，所述“開口容器101”是指可將空間分為內(nèi)外兩部分的結(jié)構(gòu)，所述開口容器101的形狀不限，可根據(jù)實際需要設(shè)定，比如球形、半球形、圓柱形、手風琴折疊式等形狀。所述開口容器101主要起支撐作用，該開口容器101的容器壁被所述膜電極103覆蓋的區(qū)域具有多個擴散孔1019。優(yōu)選地，所述容器壁上僅被該膜電極103覆蓋的區(qū)域具有多個擴散孔1019。該擴散孔1019的作用是為了確保腔室1016內(nèi)部的氣體或液體可通過該擴散孔1019擴散至所述陰極電極104或陽極電極106。該開口容器101的容器壁表面被所述膜電極103覆蓋后，所述腔室1016通過一開口1017與外部連通，所述開口1017用于該腔室1016與外部進行氣體或液體交換。所述腔室1016最大內(nèi)徑的尺寸與開口1017內(nèi)徑的尺寸比例可根據(jù)實際需要設(shè)定。具體地，所述腔室1016最大內(nèi)徑的尺寸大于所述開口1017內(nèi)徑的尺寸。所述比例可為1.5:1-100:1，優(yōu)選地，5:1-50:1，這時，所述腔室1016最大內(nèi)徑的尺寸與開口1017內(nèi)徑的尺寸比例不會太小，以使得腔室1016內(nèi)的氣體能夠與膜電極103反應(yīng)后再排出腔室之外；所述腔室1016最大內(nèi)徑的尺寸與開口1017內(nèi)徑的尺寸比例不會太大，以使得腔室內(nèi)可充入足夠多的反應(yīng)氣體與膜電極反應(yīng)。此時，對于覆蓋該開口容器101的膜電極103，所述陽極106與陰極104由原來的“左右結(jié)構(gòu)”變?yōu)榘鼑摹皟?nèi)外結(jié)構(gòu)”。所述開口容器101的材料可以為銅、鐵或合金等導(dǎo)電材料，也可為塑料、橡膠等非導(dǎo)電材料?？梢岳斫?，本案中，如果所述膜電極103不需外力支撐，即可圍成上述腔室1016，則所述開口容器101為一可選結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述開口容器101為一球形銅網(wǎng)。進一步，所述開口容器101包括至少一個開口。具體地，該開口容器101包括兩個開口1014、1017，所述兩個開口1014、1017可分別定義為一進口和一出口，使得氧化劑氣體可從該進口進入腔室1016，再從該出口排出腔室1016。進一步，所述燃料電池模組100包括一延伸管道110，所述延伸管道110的一端與所述開口1017連接，使所述開口容器101的腔室1016通過所述延伸管道110與外部連通。當該開口容器101包括兩個開口1014、1017時，該兩個開口1014、1017分別與兩個延伸管道連接，該每個延伸管道的一端與所述開口連接，使得氧化劑氣體可從一延伸管道進入腔室1016，再從另一延伸管道排出腔室1016。進一步，所述開口容器101還包括一擋板1015，所述擋板1015設(shè)置于該開口容器101的腔室1016內(nèi)部，并將所述開口1017和腔室1016分別分成兩獨立子開口和兩獨立空間，使所述氧化劑氣體從一子開口進入一獨立空間，并從該獨立空間進入另一獨立空間，再從該另一獨立空間通過另一開口排出腔室1016。所述陽極電極106為一碳納米管層與催化劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述陰極電極104為一碳納米管層與貴金屬催化劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述碳納米管層包括多個均勻分布的碳納米管，該多個碳納米管之間通過范德華力連接。該碳納米管層中的碳納米管有序排列或無序排列。當該碳納米管層包括無序排列的碳納米管時，碳納米管相互纏繞或者各向同性排列；當碳納米管層包括有序排列的碳納米管時，碳納米管沿一個方向或者多個方向擇優(yōu)取向排列。該碳納米管層可以是一自支撐結(jié)構(gòu)，所謂自支撐是指碳納米管層不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身層狀狀態(tài)。該碳納米管層中的碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管以及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直徑為0.5納米～10納米，雙壁碳納米管的直徑為1.0納米～15納米，多壁碳納米管的直徑為1.5納米～50納米。該碳納米管的長度大于50微米。本實施例中，優(yōu)選地，碳納米管的長度為200～900微米。具體地，所述碳納米管層包括至少一層碳納米管膜、至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。當碳納米管層僅包括一個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)多次折疊或纏繞成一層狀碳納米管結(jié)構(gòu)。當碳納米管層包括多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可以相互交叉設(shè)置或編織設(shè)置形成一層狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管膜可為碳納米管拉膜、碳納米管碾壓膜或碳納米管絮化膜。所述碳納米管拉膜通過拉去一碳納米管陣列直接獲得?？梢岳斫猓ㄟ^將多個碳納米管拉膜平行且無間隙鋪設(shè)或/和重疊鋪設(shè)，可以制備不同面積與厚度的碳納米管層。每一碳納米管拉膜中的碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向排列。可以理解，在由多個碳納米管拉膜組成的碳納米管層中，相鄰兩個碳納米管拉膜中的碳納米管的排列方向有一夾角α，且0o≤α≤90o，從而使相鄰兩層碳納米管拉膜中的碳納米管相互交叉組成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包括多個微孔，該多個微孔均勻且規(guī)則分布于碳納米管層中，其中微孔直徑為1納米～0.5微米。該微孔結(jié)構(gòu)可以用于擴散氣體。所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)及其制備方法請參見范守善等人于2007年2月9日申請的，于2008年8月13公開的第CN101239712A號中國大陸公開專利申請(碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法，申請人：清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司)。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括至少一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線、至少一扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或其組合。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括多根非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線時，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可以相互平行呈一束狀結(jié)構(gòu)，或相互扭轉(zhuǎn)呈一絞線結(jié)構(gòu)。所述非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度方向排列的碳納米管。具體地，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0.5納米～100微米。非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為將碳納米管拉膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述碳納米管拉膜的整個表面，在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，碳納米管拉膜中的相互平行的多個碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，從而使碳納米管拉膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙醇、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)碳納米管線與未經(jīng)有機溶劑處理的碳納米管膜相比，比表面積減小，粘性降低。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)及其制備方法請參見范守善等人于2002年9月16日申請的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國大陸公告專利(一種碳納米管繩及其制造方法，申請人：清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司)，以及于2005年12月16日申請的，于2007年6月20日公開的第CN1982209A號中國大陸公開專利申請(碳納米管絲及其制作方法，申請人：清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司)。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為采用一機械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向螺旋排列的碳納米管。具體地，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0.5納米～100微米。進一步地，可采用一揮發(fā)性有機溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減小，密度及強度增大。所述碳納米管碾壓膜包括均勻分布的碳納米管，碳納米管各向同性，沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。本實施例中，碳納米管碾壓膜中的碳納米管沿不同方向擇優(yōu)取向排列。優(yōu)選地，所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管平行于碳納米管碾壓膜的表面。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互交疊，并通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合，使得該碳納米管碾壓膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由于碳納米管碾壓膜中的碳納米管之間通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合，使碳納米管碾壓膜為一自支撐的結(jié)構(gòu)，可無需基底支撐，自支撐存在。所述碳納米管碾壓膜可通過碾壓一碳納米管陣列獲得。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管與形成碳納米管陣列的基底的表面形成一夾角α，其中，α大于等于0度且小于等于15度(0o≤α≤15o)，該夾角α與施加在碳納米管陣列上的壓力有關(guān)，壓力越大，該夾角越小。所述碳納米管碾壓膜的長度和寬度不限。所述碾壓膜包括多個微孔結(jié)構(gòu)，該微孔結(jié)構(gòu)均勻且規(guī)則分布于碳納米管碾壓膜中，其中微孔直徑為1納米～0.5微米。該微孔結(jié)構(gòu)可以用于擴散氣體。所述碳納米管碾壓膜及其制備方法請參見范守善等人于2007年6月1日申請的第200710074027.5號中國大陸專利申請(碳納米管薄膜的制備方法，申請人：清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司)。所述碳納米管絮化膜的長度、寬度和厚度不限，可根據(jù)實際需要選擇。本發(fā)明提供的碳納米管絮化膜的長度為1～10厘米，寬度為1～10厘米，厚度為1微米～2毫米。所述碳納米管絮化膜包括相互纏繞的碳納米管，碳納米管長度大于10微米。所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管絮化膜各向同性，其中的碳納米管為均勻分布，無規(guī)則排列，形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑為1納米～0.5微米。該微孔結(jié)構(gòu)可以用于擴散氣體。所述碳納米管絮化膜及其制備方法請參見范守善等人于2007年4月13日申請的第200710074699.6號中國大陸專利申請(碳納米管薄膜的制備方法，申請人：清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司)。通過將上述碳納米管層浸泡于含有催化劑的溶劑中，得到碳納米管層與催化劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)。本實施例中，碳納米管層與催化劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)通過以下方法制備：首先，對上述碳納米管層進行功能化處理。對碳納米管層進行功能化處理的方法為將碳納米管層于強酸溶液中浸泡。本實施例中，取濃鹽酸和濃硝酸按一定的比例，如：1：3，混合于試管中，將制作好的碳納米管層放入混合液中超聲處理2小時左右；取出碳納米管層再放入雙氧水中超聲處理1小時左右；取出后將碳納米管層浸泡在純水中繼續(xù)超聲處理，直至碳納米管層回復(fù)中性為止。其次，提供一含有催化劑的溶液，并將功能化處理后的碳納米管層浸泡于該催化劑的溶液中。本實施例中，在冰水混合物環(huán)境下，配制10mg/ml的EDC鹽酸鹽和12mg/ml的葡萄糖氧化酶(GOD)水溶液。然后將功能化處理后的碳納米管結(jié)構(gòu)在該葡萄糖氧化酶水溶液中于4℃溫度條件下浸泡約1～5日?？梢岳斫?，其它酶催化劑均可以采用類似的方法，通過選用合適的溶劑配制成一酶催化劑溶液。最后，將含有催化劑的溶液浸泡后的碳納米管層取出烘干得到一碳納米管層與催化劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)作為陽極電極106。所述催化劑可以為任何能夠?qū)θ剂线M行催化的催化劑，如：含有輔基FAD的氧化酶或含有輔基NAD(P)+的脫氫酶。該催化劑均勻吸附于碳納米管層中的碳納米管表面，并通過羧基或羥基與該碳納米管結(jié)合。可以理解，對不同的燃料，所選用的催化劑不同。本實施例中，所述燃料為葡萄糖溶液，催化劑為葡萄糖氧化酶。所述陰極電極104為碳納米管層及分布于該碳納米管層中的貴金屬催化劑。所述貴金屬包括鉑、金及釕中的一種或其任意組合的混合物。該貴金屬顆粒的直徑尺寸為1～10納米。所述貴金屬催化劑的擔載量低于0.5mg/cm2，且均勻分布于碳納米管層中的碳納米管表面。本實施例中，該貴金屬催化劑為鉑顆粒。上述所述碳納米管層與催化劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)通過自身的粘性、粘結(jié)劑或熱壓的方法固定于質(zhì)子交換膜102的表面。所述質(zhì)子交換膜102的材料為全氟磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚三氟苯乙烯磺酸、酚醛樹脂磺酸或碳氫化合物。本實施例中，質(zhì)子交換膜102材料為全氟磺酸。進一步，所述燃料電池模組100還包括至少一集流板108，所述集流板108采用導(dǎo)電材料制備，用于收集和傳導(dǎo)反應(yīng)生成的電子。所述集流板108設(shè)置于所述膜電極103遠離質(zhì)子交換膜102的兩表面?？梢岳斫?，當開口容器101為導(dǎo)電材料時，所述開口容器101可以起到集流板的作用，這時該燃料電池模組僅包括一集流板108，所述集流板108設(shè)置于所述膜電極103遠離該開口容器101的表面。當所述開口容器101為非導(dǎo)電材料時，所述燃料電池模組包括一第一集流板108和一第二集流板109，所述第一集流板108和第二集流板109分別設(shè)置于所述膜電極103的兩表面。本實施例中，所述燃料電池模組100僅包括一集流板108，所述集流板108為一銅網(wǎng)。本發(fā)明提供的燃料電池模組100具有以下優(yōu)點：一、由于將原來的平面型膜電極改為曲面形狀，增加了膜電極的比表面積，提升了內(nèi)部交換反應(yīng)效率，從而使得采用該膜電極103的燃料電池模組的實際使用效率提高；二、增設(shè)的該開口容器101，不僅可起到支撐作用，同時可作為一陽極容室或陰極容室用以承載燃料或氧化劑氣體，從而減少了相應(yīng)容室的設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；三、通過在該開口容器101中增設(shè)擋板1015，可使進入該開口容器的氣體能夠充分與燃料反應(yīng)，提高了反應(yīng)效率。請一并參閱圖2及圖3，本發(fā)明第二實施例提供的一種燃料電池模組200，其包括：一膜電極203，一開口容器201，一第一集流板208以及一第二集流板209。所述膜電極203包括一質(zhì)子交換膜202，一陰極電極204，一陽極電極206，所述陰極電極204和所述陽極電極206分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜202的相對的兩表面。所述第二集流板209包裹于該開口容器201容器壁的外表面2012（圖中未標示），并覆蓋該開口容器101的整個外表面。所述膜電極203包裹于所述第二集流板209遠離開口容器201的表面，并覆蓋該第二集流板209的整個表面。所述集流板208包裹于所述膜電極203遠離該開口容器201的表面，并覆蓋該膜電極203的整個表面。本發(fā)明第二實施例提供的燃料電池模組200與第一實施例提供的燃料電池模組100基本相同，其區(qū)別在于：所述燃料電池模組200中的開口容器201采用非導(dǎo)電材料制備，并且在該開口容器201與該陰極電極204之間設(shè)置了一第二集流板209。所述開口容器201的材料為非導(dǎo)電材料，包括塑料、玻璃、陶瓷、石英等中的一種。所述開口容器101與第一實施例提供的開口容器201的結(jié)構(gòu)相同，主要起支撐作用。本實施例中，所述開口容器201的材料為塑料。所述集流板208、209的結(jié)構(gòu)和材料均與第一實施例中所述集流板108相同。所述集流板208、209分別設(shè)置于所述膜電極203遠離質(zhì)子交換膜202的兩表面，用于收集和傳導(dǎo)反應(yīng)生成的電子。本實施例中，所述集流板208、209均為一銅網(wǎng)。請一并參閱圖2及圖4，本發(fā)明第三實施例提供一種燃料電池模組300，其包括：一開口容器301，一膜電極303以及一集流板308。所述膜電極303包括一質(zhì)子交換膜302，一陰極電極304，一陽極電極306，所述陰極電極304和所述陽極電極306分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜302的相對的兩表面。所述開口容器301形成一腔室3016，該開口容器301的容器壁具有一外表面3012和與外表面3012相對的一內(nèi)表面3013（圖中未標示）。所述膜電極303貼附于該開口容器301的整個內(nèi)表面3013上。所述集流板308貼附于該膜電極303遠離該開口容器301的表面，并覆蓋該膜電極303的整個表面。本發(fā)明第三實施例提供的燃料電池模組300與第一實施例提供的燃料電池模組100基本相同，其區(qū)別在于：第三實施例中，所述開口容器301位于最外側(cè)，所述膜電極303及集流板308均設(shè)置于該開口容器301的腔體3016內(nèi)部，并依次貼附于該開口容器301的內(nèi)表面3013上。請一并參閱圖5及圖6，本發(fā)明第四實施例提供一種燃料電池模組400，其包括：一開口容器401，一膜電極403以及一集流板408。所述膜電極403包括一質(zhì)子交換膜402，一陰極電極404，一陽極電極406，所述陰極電極404和所述陽極電極406分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜402的相對的兩表面。所述開口容器401形成一腔室4016，該開口容器401的容器壁具有一外表面4012和與外表面4012相對的一內(nèi)表面4013（圖中未標示）。所述膜電極403包裹于該開口容器的外表面4012上，使得所述腔室4016為通過一開口4017與外部連通的封閉空間。所述開口容器401的腔室4016內(nèi)部包括一擋板4015，所述擋板4015從開口4017處向該腔室4016內(nèi)部延伸并將該開口4017和該腔室4016分別分成兩個獨立的子開口和兩個獨立空間。每個子開口與一獨立空間對應(yīng)，該兩空間通過一開孔4011連通，使得所述氧化劑氣體可從一子開口進入一獨立空間，并從該獨立空間進入另一獨立空間，再從該另一獨立空間通過另一開口排出腔室4016。本發(fā)明第四實施例提供的燃料電池模組400與第一實施例提供的燃料電池模組100基本相同，其區(qū)別在于：第四實施例中所述開口容器401的腔室4016內(nèi)部增設(shè)一擋板4015，所通入的空氣可從該擋板4015的一側(cè)進入，并從該擋板4015的另一側(cè)排出。當氣體排出時，可順便帶走反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水分子，進而提高電池內(nèi)部反應(yīng)效率，同時可提高氣體在腔室4016內(nèi)部的循環(huán)效率，從而提高電池的使用效率。請參閱圖7，本發(fā)明第五實施例提供一種燃料電池模組500，其包括：一開口容器501，一膜電極503以及一集流板508。所述膜電極503包括一質(zhì)子交換膜502，一陰極電極504，一陽極電極506，所述陰極電極504和所述陽極電極506分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜502的相對的兩表面。所述開口容器501形成一腔室5016，該開口容器501具有一外表面5012和與外表面5012相對的一內(nèi)表面5013（圖中未標示）。所述膜電極503包裹于該開口容器的外表面5012上，使得所述腔室5016為通過兩開口5014、5017與外部連通的封閉空間。本發(fā)明第五實施例提供的燃料電池模組500與第一實施例提供的燃料電池模組100基本相同，其區(qū)別在于：第五實施例中，所述開口容器501具有兩開口5014、5017與外部連通。當向開口容器501的腔室5016內(nèi)部通入氣體時，氣體可通過一開口5014進入，而從另一開口5017排出，從而增加了氣體的循環(huán)效率，進而提高電池的使用效率。請參閱圖8，本發(fā)明第六實施例提供一種燃料電池模組600，其包括：一開口容器601，一膜電極603以及一集流板608。所述膜電極603包括一質(zhì)子交換膜602，一陰極電極604，一陽極電極606，所述陰極電極604和所述陽極電極606分別設(shè)置于該質(zhì)子交換膜602的相對的兩表面。所述開口容器601形成一腔室6016，該開口容器601具有一外表面6012和與外表面6012相對的一內(nèi)表面6013（圖中未標示）。所述膜電極603包裹于該開口容器的外表面6012上，使得所述腔室6016為通過兩開口6014、6017與外部連通的封閉空間。所述開口容器601的腔室6016內(nèi)部包括一擋板6015，所述擋板6015將該腔室6016分成兩個相互獨立的空間，所述每個空間分別對應(yīng)一開口，使得所述兩空間分別通過兩開口6014、6017與外部連通。所述兩空間通過一開孔6011連通，使得所述氧化劑氣體可從一開口6014進入該腔室6016的一個獨立空間，并從該獨立空間進入另一獨立空間，再從該另一獨立空間通過另一開口6017排出。本發(fā)明第六實施例提供的燃料電池模組600與第五實施例提供的燃料電池模組500基本相同，其區(qū)別在于：第六實施例中，在所述腔室6016中增設(shè)一擋板6015。當向該腔室6016中通入氣體時，增設(shè)的擋板6015可使得通入的氣體在內(nèi)部充分反應(yīng)，從而提高該膜電極603的反應(yīng)效率，進而提高燃料電池的使用效率。請參閱圖9，本發(fā)明第七實施例提供一種燃料電池系統(tǒng)10，其包括：一燃料電池模組100，一燃料130，以及一氧化劑氣體150（圖中未標示）。所述燃料電池模組100可為第一實施例至第六實施例中所述燃料電池模組的任一種結(jié)構(gòu)。所述燃料電池模組100中的膜電極103用于將所述燃料130與氧化劑氣體隔開，且保持陽極電極106與燃料130接觸設(shè)置?？梢岳斫?，本發(fā)明中由于所述膜電極103的“內(nèi)外結(jié)構(gòu)”，從而決定了所述燃料130與氧化劑氣體的分布為“內(nèi)外式分布”，即，所述氧化劑氣體和燃料130分別位于該開口容器101的內(nèi)部和外部，該燃料130包裹該氧化劑氣體或被該氧化劑氣體包裹。當所述膜電極103浸入燃料130時，該膜電極103浸入燃料的深度為h滿足h＜P/(ρ1-ρ2)g，其中，P為所述膜電極103可承受的最大壓強，ρ1為所述燃料130的密度，ρ2為氧化劑氣體的密度，g為常數(shù)，取值9.8N/kg,以防止該燃料電池模組100在超過該浸入深度時，所述膜電極103會在燃料的高壓強下發(fā)生破裂。所述燃料130是指由生物體組成或轉(zhuǎn)化的氣體或液體燃料，如生物乙醇、沼氣等。本實施例中，所述燃料130為葡萄糖溶液，所述燃料電池模組100浸于葡萄糖溶液中，并將所述燃料電池模組100的開口1017設(shè)置于葡萄糖溶液的液面之上，以確保溶液不會進入到腔室1016內(nèi)。所述氧化劑氣體150為氧氣或含有氧氣的空氣。進一步，所述燃料電池系統(tǒng)10包括一供氣和抽氣裝置140，所述供氣和抽氣裝置140包括鼓風機、管路、閥門等（圖中未標示），用于向所述燃料電池模組100提供氧化劑氣體。本實施例中，所述氧化劑氣體為含有氧氣的空氣，所述氧化劑氣體為所述供氣和抽氣裝置140提供。進一步，所述燃料電池系統(tǒng)10還可包括一加壓裝置160（圖中未標示）。該加壓裝置160用于將所述燃料電池模組100浸入所述燃料中。例如，可在所述燃料電池模組100底部設(shè)置一掛鉤，通過在掛鉤上懸掛重物，來對該燃料電池模組施加向下的重力，當然也可以在盛裝燃料的池底部設(shè)置另一掛鉤與該燃料電池模組100的掛鉤相連接。可以理解，當所述燃料電池模組100的平均密度大于所述燃料130的密度時，該燃料電池模組100足夠可以不借助外力而浸入該燃料中，這時，該加壓裝置160為一可選裝置。本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)10具有以下優(yōu)點：由于不用設(shè)置專門的陽極容室，而是將燃料電池模組100直接插入到燃料池中，即形成能提供電能的燃料電池系統(tǒng)10，此燃料電池系統(tǒng)10結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。請參閱圖10，本發(fā)明第八實施例提供一種燃料電池系統(tǒng)20，其包括：一燃料電池模組100，一延伸管道110，一燃料130，以及一供氣和抽氣裝置140。所述延伸管道110的一端與該燃料電池模組的開口1017相連接，另一端與遠離該開口1017的方向延伸。本發(fā)明第八實施例提供的燃料電池系統(tǒng)20與第七實施例提供的燃料電池系統(tǒng)10基本相同，其區(qū)別在于：本實施例中，在所述燃料電池模組100的開口1017位置連接了一延伸管道110，所述延伸管道110用于防止燃料進入燃料電池模組100的腔室1016內(nèi)部。所述延伸管道110的截面形狀以及尺寸與所述開口1017的截面形狀、尺寸相同或相近，以確保該延伸管道110與所述開口1017的連接位置處于密封狀態(tài)。所述延伸管道110的材料與所述開口容器101的材料相同。優(yōu)選地，所述延伸管道110與所述開口容器110一體成型。所述延伸管道110的長度和彎折形狀不限，只要確保當所述燃料電池模組100浸入燃料130時，所述延伸管道110遠離所述開口1017的一端可以延伸至燃料130之外，以確保該燃料不會進入該燃料電池模組100的腔室1016內(nèi)部。優(yōu)選地，所述陽極電極106，質(zhì)子交換膜102，陰極電極104進一步延伸至所述延伸管道110的外表面，將該延伸管道110的外表面覆蓋，以便連接外部電路。進一步，當所述燃料電池模組100具有兩開口1014、1017時，所述兩開口1014、1017分別對應(yīng)兩延伸管道，即所述每個延伸管道的一端與一開口1014、1017對應(yīng)連接，另一端向遠離所述開口1014、1017的方向延伸。請參閱圖11，本發(fā)明第九實施例提供一種燃料電池模組的使用方法，依次包括以下步驟：S10，提供一燃料電池模組100；S20，將所述燃料電池模組100浸入一燃料130中；S30，向所述燃料電池模組100的開口容器腔室1016內(nèi)通入一氧化劑氣體。在步驟S10中，所述燃料電池模組100可為第一實施例至第六實施例中所述燃料電池模組的任一種結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述燃料電池模組100采用第一實施例中的燃料電池模組結(jié)構(gòu)。在步驟S20中，將所述燃料電池模組100浸入燃料130中時，應(yīng)防止燃料130進入該燃料電池模組100的腔室1016內(nèi)部而中斷工作，比如可將該燃料電池模組100的開口1017暴露于燃料之外，以使所述燃料130不會通過開口1017進入到腔室1016內(nèi)部。本實施例中，所述燃料130為葡萄糖液體。在步驟S30中，所述通入的氧化劑氣體可通過該燃料電池模組100的開口1017進入腔室1016內(nèi)部，并與所述陰極電極104接觸反應(yīng)。如圖5所示，當所述燃料電池模組100內(nèi)部增設(shè)一擋板1015將所述開口1017和腔室1016分為兩個獨立部分，這時，可將兩開口分別定義為一進氣口和一出氣口。將所述氧化劑氣體通過該進氣口進入腔室1016內(nèi)并與所述陰極電極104接觸反應(yīng)，反應(yīng)后生成的多余物質(zhì)在氣流帶動下通過出氣口排出。如圖7所示，所述燃料電池模組100具有兩開口，所述氧化劑氣體可從一開口進入，待反應(yīng)后再從另一開口排出。本實施例中，所述通入的氧化劑氣體為空氣。當燃料電池模組100工作時，在所述陽極電極106一端，葡萄糖在酶催化劑的催化作用下發(fā)生如下反應(yīng)：葡萄糖→葡萄糖酸+2H++2e。反應(yīng)生成的質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜102到達陰極電極104，反應(yīng)生成的電子則進入外電路。在所述陰極電極104一端，空氣通過開口1017進入腔體1016內(nèi)，并通過所述開口容器101的多個擴散孔1019達到陰極電極104上?？諝庵械难鯕鈹U散到該陰極電極104的同時，電子則通過外電路到達該陰極電極104。在貴金屬催化劑作用下，氧氣與質(zhì)子以及電子發(fā)生如下反應(yīng)：1/2O2+2H++2e→H2O。在此過程中，在該陽極電極106與該陰極電極104之間會形成一定的電勢差，當外電路接入一負載120時，將會形成電流。本發(fā)明提供的燃料電池模組的使用方法，使用時只需將燃料電池模組浸入燃料中，連入外電路即可提供電能；使用完畢后，將燃料電池模組從燃料中拿出，即可斷絕上述電路。所述燃料電池模組的使用方法操作簡單，使用方便。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3