燃料浓度量测方法技术

一种燃料浓度量测方法。首先，提供一燃料电池单体，此燃料电池单体具有一阳极侧以及一阴极侧。接着，将一燃料供应至阳极侧，并将一反应气体供应至阴极侧。之后，调整供应至阴极侧的反应气体量，并根据燃料电池单体内反应气体的消耗速率来判断燃料的浓度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种。首先，提供一燃料电池单体，此燃料电池单体具有一阳极侧以及一阴极侧。接着，将一燃料供应至阳极侧，并将一反应气体供应至阴极侧。之后，调整供应至阴极侧的反应气体量，并根据燃料电池单体内反应气体的消耗速率来判断燃料的浓度。【专利说明】本申请是申请日为2008年12月I日、申请号为200810177816.6、专利技术名称为“”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种，且特别涉及一种简单且精确度高的。
技术介绍
随着工业的进步，传统能源如煤、石油及天然气的消耗量持续升高，由于天然能源的存量有限，因此必须研发新的替代能源以取代传统能源，而燃料电池便是一种重要且具实用价值的选择。 简单来说，燃料电池基本上是一种利用水电解的逆反应而将化学能转换成电能的发电装置。以质子交换膜燃料电池来说，其主要是由一薄膜电极组(membrane electrodeassembly,简称MEA)及二电极板所构成。薄膜电极组是由一质子传导膜(proton exchangemembrane)、一阳极触媒层、一阴极触媒层、一阳极气体扩散层(gas diffus1n layer,⑶L)以及一阴极气体扩散层所构成。其中，上述的阳极触媒层与阴极触媒层分别配置于质子传导膜的两侧，阳极气体扩散层与阴极气体扩散层分别设置在阳极触媒层与阴极触媒层之上。另外，二电极板包括一阳极与一阴极，其分别配置于阳极气体扩散层与阴极气体扩散层之上。 目前业界常见的质子交换膜燃料电池是直接甲醇燃料电池(Direct MethanolFuel Cell，简称DMFC)，其是直接使用甲醇水溶液当作燃料供给来源，并经由甲醇与氧的相关电极反应来产生电流。直接甲醇燃料电池的反应式如下: 阳极:CH30H+H20— C02+6H++6e- 阴极:3/202+6H++6e-— 3H20 反应时，导入阳极的甲醇溶液的浓度会对直接甲醇燃料电池的输出稳定度造成很大的影响。如果导入阳极的甲醇溶液的浓度控制不当，除了会造成发电效率不佳、输出功率不稳定等缺点外，更容易造成薄膜电极组的损坏。因此，如何适当的补充甲醇，使导入阳极的甲醇溶液的浓度能够被控制在最合适的范围内，是目前直接甲醇燃料电池在研发上相当重要的课题之一。 控制燃料电池中的燃料浓度最直接的方式就是利用感测器直接量测燃料的浓度，并依照量测的结果来决定燃料以及水的补充量。此种作法已于US 6, 589,671 BK US6，488，837、US 2002/076589A1、US 2003/0196913AU WO 01/35478 等文献中公开。其中，US 6，488，837与US 2003/0196913A1公开了以薄膜电极组作为感测器，以直接量测甲醇的浓度。值得注意的是，上述方法的精确度容易受到燃料中的杂质、薄膜电极组老化或不稳定等因素影响。 亦有已知技术将所量测到的温度与电流值带入经验公式中以推算出燃料浓度，如US 6，698，278 B2，此种作法不需使用到感测器直接量测燃料浓度，但是必须根据不同的燃料电极系统进行调整，方可推算出可能的燃料浓度。其他不需使用到感测器直接量测燃料浓度的方式如US 6，589，679，TW 94119975所述。 此外，由于甲醇溶液的浓度与其物理特性如声音在甲醇溶液中的传递速度以及燃料的介电常数或密度等有着特定的关系，因此有许多已知技术利用量测声音在甲醇溶液中的传递速度来推算出甲醇溶液的浓度，或是量测介电常数或密度来推算浓度如TWI251954。但是，此种浓度推算方式所使用的感测器造价十分昂贵，或是精准度受燃料内的气泡影响严重，因此量测时，感测器内部的液体必须静止且无气泡，量测的难度颇高。 综观上述的浓度量测方法，普遍有量测不易、量测成本高、量测精确度不稳定等问题。因此，目前业界亟需一种简单且精确度高的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种简单、成本低且稳定的方法，可以精确测得燃料浓度。 本专利技术提出一种，其包括提供一燃料电池单体，此燃料电池单体具有一阳极侧、一阴极侧以及至少一膜电极组。接着，将一燃料供应至阳极侧，并将一反应气体供应至阴极侧。之后，调整供应至阴极侧的反应气体量，并根据阴极侧内反应气体的消耗速率来判断燃料的浓度。 为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。 【专利附图】【附图说明】 图1A与图1B为本专利技术第一实施例的的示意图。 图2为燃料电池单体所输出的开路电压与停止供应反应气体的时间关系曲线。 图3为在不同的燃料浓度情况下，燃料电池单体所输出的开路电压与停止供应反应气体的时间关系曲线。 图4A与图4B为本专利技术第二实施例的的示意图。 图5为在不同的燃料浓度情况下，燃料电池单体以定电压输出电能，其电流与停止供应反应气体的时间关系图。 图6为在不同的燃料浓度情况下，燃料电池单体以定电流输出电能，其电压与停止供应反应气体的时间关系图。 图7为本专利技术第三实施例的的示意图。 【主要元件符号说明】 100、200、300、400、500:燃料电池单体 110:阳极侧 120:阴极侧 130:薄膜电极组 131:质子传导膜 132:阳极触媒层 133:阴极触媒层 134:阳极气体扩散层 135:阴极气体扩散层 140:燃料 150:反应气体 160:穿透燃料 170:外界负载 180:感测器 OCV:开路电压 【具体实施方式】 图1A与图1B为本专利技术第一实施例的的示意图。请先参照图1A，首先，提供一燃料电池单体100，此燃料电池单体100具有一阳极侧110以及一阴极侧120。在本实施例中，燃料电池单体100可以是一直接甲醇燃料电池单体，具体来说，燃料电池单体100具有一位于阳极侧110与阴极侧120之间的薄膜电极组130，其中膜电极组130例如是由一质子传导膜131 (proton exchange membrane)、一阳极触媒层132、一阴极触媒层133、一阳极气体扩散层134(gas diffus1n layer,⑶L)以及一阴极气体扩散层135所构成。上述的阳极触媒层132与阴极触媒层133分别配置于质子传导膜131的两侧，阳极气体扩散层134与阴极气体扩散层135分别设置在阳极触媒层132与阴极触媒层133之上。当然，本实施例所采用的燃料电池单体100可以是任何类型的燃料电池单体，本领域技术人员可依照实际需求来选择其最适合的燃料电池单体。值得注意的是，前述的燃料电池单体100可以燃料电池系统中的燃料电池堆。 接着将一燃料140供应至燃料电池单体100的阳极侧110，并将一反应气体150供应至燃料电池单体100的阴极侧120。在本实施例中，供应至阳极侧110的燃料140例如是一浓度不确定的甲醇溶液。当然，供应至阳极侧110的燃料140亦可以是其他种燃料，例如乙醇溶液、甲酸溶液等，本领域技术人员可依照实际需求来选择适当的燃料。除此之夕卜，供应至阴极侧120的反应气体150例如是空气、氧气或是其他适当的气体。当燃料140与反应气体150持续地被供应至燃料电池单体100时，阳极侧110部分燃料会经由穿透(Cr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料浓度量测方法，包括：提供一燃料电池单体，该燃料电池单体具有一阳极侧、一阴极侧以及至少一膜电极组；对应于至少一已知浓度的燃料，建立至少一反应气体浓度与时间的关系曲线，而建立至少一反应气体浓度与时间的关系曲线的方法包括：(a)将一已知浓度的燃料供应至该阳极侧；(b)将一反应气体供应至该阴极侧；(c)停止供应该反应气体至该阴极侧，并且量测该阴极侧该反应气体的浓度，以获得一反应气体浓度与时间的关系曲线；(a)’将一未知浓度的燃料供应至该阳极侧；(b)’将一反应气体供应至该阴极侧；(c)’停止供应该反应气体至该阴极侧，并且量测该阴极侧该反应气体的浓度，以获得一新的反应气体浓度与时间的关系曲线，进而减少量测所需的时间；以及比较该反应气体浓度与时间的关系曲线以及新的反应气体浓度与时间的关系曲线，以判断该未知浓度的燃料浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：康顾严，黄珮芳，赖秋助，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71