燃料电池、燃料电池设备和电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用作便携式电子设备的电源的小型燃料电池，尤其涉及利用液态燃料例如甲醇等的燃料电池，用电设备，以及商业方法。该燃料电池的特征在于：具有用于向燃料电池提供预定浓度的液态燃料并用于回收和存储从燃料电池中排放出的液态燃料的循环容器，其中循环容器是可替换的。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池、电子设备和商业方法优先权的要求本申请要求2003年10月3日提交的、申请号为No.2003-345500的日本申请的优先权，在此将其内容引入本申请中作为参考。
本专利技术涉及用于便携式电子设备的电源的小型燃料电池，尤其涉及利用液态燃料如甲醇等的燃料电池，电子设备和商业方法。
技术介绍
近来随着电子技术的发展，电子设备如便携式电话、笔记本型个人计算机、音频/视频设备、可移动终端等已经小型化为便携式电子设备，并在迅猛发展。迄今为止，这些设备由二次电池驱动。已经研制开发用于增加能量密度的活性材料和小型化二次电池，因而，研制出了各种电池，例如密封铅蓄电池、Ni/Cd电池、镍/氢电池、锂离子电池。然而，二次电池需要在功率消耗后的充电操作。因此，需要充电设备和比较长的充电时间，这给长期连续的驱动便携式电子设备的要求造成了许多问题。为了满足用于提高要处理的信息量和高速处理的要求，需要具有更高输出、更高能量密度以及更长连续工作时间的小型发电装置(例如，微型发电装置)。作为满足上述要求的电源，燃料电池是典型的例子。燃料电池能够通过电化学方式将燃料的化学能直接转化为电能。因此，它们不需要常规的动力驱动发电机例如内燃机；作为小型发电设备它们具有高可行性。此外，由于燃料电池可通过交换燃料或向它们提供燃料而简单地连续工作，因此不需要在对它们进行充电时临时地中止设备，而-->这在常规二次电池的情况下是经常需要的。作为用于小型设备的小型长期工作电源，人们越发看好采用液态燃料如甲醇、乙醇、丙醇、二甲醚、乙二醇等的燃料电池。专利文献1公开了根据负载电流随时间的变化来控制液态燃料的供应量的建议。专利文献1：JP特开2003-22830。附图说明图1是根据本专利技术的燃料电池电源系统图。图2是用于回收用过的液态燃料并供应新鲜的液态燃料的液态燃料回收-供应装置的透视图。图3是根据本专利技术的笔记本型个人计算机的透视图。图4是本专利技术另一实施例的笔记本型个人计算机的透视图。图5是本专利技术再一实施例的笔记本型个人计算机的透视图。图6是本专利技术又一实施例的透视图。图7是本专利技术又一实施例的透视图。图8是根据本专利技术的套筒的透视图。图9是本专利技术另一实施例的套筒的透视图。图10是安装有本专利技术另一实施例的燃料电池的笔记本型个人计算机的透视图。图11是安装有又一实施例的燃料电池的笔记本型个人计算机的透视图。
技术实现思路
采用使用在专利文献1中公开的液态燃料的燃料电池的个人计算机只要它采用具有预定燃料浓度的液态燃料就可以保证预定输出。然而，在燃料电池工作较长一段时间以后，离子杂质就会聚集在液态燃料中，这造成液态燃料导电性的增加。这种现象引起短路电流从而降低输出；由于绝缘层的击穿燃料电池失去了其作为燃料电池的功能。-->此外，在液态燃料中的离子杂质造成与电解质膜的离子结合，由此降低电解质膜的质子导电性，或使电极中的催化剂中毒。为了解决上述问题，在用于液态燃料溶液的循环通道中设置过滤器或离子交换树脂以去除溶液中的杂质，但难以长时间的去除杂质。本专利技术的目的是提供一种燃料电池，这种燃料电池能够将液态燃料中的离子杂质浓度控制在低值并能够长时间工作，还提供采用这种电池的电子设备和商业方法。为了控制在循环通道内的液态燃料中的离子杂质的浓度，把液态燃料从燃料电池中取出，当燃料电池的输出下降时或在补充燃料时，将新的液态燃料供应给燃料电池。用于取出已经恶化的液态燃料并提供新液态燃料的方式致使在充入燃料后的短时间内恢复发电性能。具体实施方式下面描述用于实施本专利技术的优选实施例；然而，本专利技术不限于这些实施例。在本专利技术的一个实施例中，燃料电池系统包括：循环容器，用于向燃料电池提供具有预定浓度的液态燃料，并用于回收从燃料电池排放的液态燃料并将其存储起来；和用于容纳液态燃料的燃料容器，其中循环容器和燃料容器的至少一个可与燃料电池分离。用新的循环容器和燃料容器替换原来的循环容器和燃料容器，从而再生性能恶化的燃料电池。此外，还提供一种燃料电池系统，它包括：循环容器，用于向燃料电池提供液态燃料，并用于回收从燃料电池中排放的液态燃料并将其存储起来。当液态燃料的离子杂质浓度超过预定值时，或当燃料电池的电输出不能达到预定输出值时，取出在燃料电池中的液态燃料，并将新的液态燃料提供给燃料电池。如图1所示，燃料电池系统至少包括燃料电池、循环容器和燃料容器，该系统可具有燃料浓度控制装置、产物水容器和浓度传感器。燃料电池包括阳极、电解质膜、阴极和气体扩散层，其中燃料在阳极-->氧化，氧气在阴极还原，由此产生电能。在一个实施例中的燃料电池是DMFC(直接甲醇燃料电池)，该电池采用甲醇；液态燃料可以是甲醇、二甲醚、乙二醇等。所提供的液态燃料的浓度没有特别限制。然而，当燃料的浓度达到100％时能量密度增加，如果具有更高浓度的液态燃料的体积相同，燃料电池的工作时间变得更长。假设燃料电池的电输出是额定输出(以预定浓度的燃料的预定输出)的80％。在上述输出条件下对甲醇水溶液的离子物质的分析表明，Cr离子为0.05-0.1％，Fe离子为0.02-0.06％，Ni离子为0.0003-0.002％，其它离子如Na、Ca。已经发现，当离子物质的总量超过0.1％时，燃料电池的输出变为额定输出的80％或更少。因此，当离子物质的浓度变为0.1％或更多、优选0.05％或更多、更优选0.01％或更多时，取出液态燃料，提供新的液态燃料。燃料电池的方法采用用于取出用过且已恶化的含离子物质的燃料的更新过程。应在燃料电池的输出下降时或在注入燃料时进行更新过程。特别是，优选通过在取出已用燃料的同时注入新燃料的方式进行更新。判断燃料电池的输出下降的方法没有限制；优选判断当输出电压下降至额定电压的80％或更少时作为输出量减少的时间。在循环容器中要被更新的液态燃料的量是足够的。如果循环容器是可调换的，更新过程就简单地通过调换循环容器而进行。作为用于更新的另一实施例，存在燃料套筒，其中，通过不可透过燃料的挠性膜分开用于注入燃料的燃料注入装置的内部，由此在内部或外部进行燃料的供应和已用燃料的回收。采用燃料回收和供应系统的商业方法是可想到的；本专利技术的液态燃料回收和供应装置可装配在商店里，例如便利店、车站售货亭、旅馆、咖啡店、超市、邮局、银行、加油站等；在燃料电池用户需要时，把用过的燃料从燃料电池中取出，将新燃料提供给燃料电池。用于燃料电池的液态燃料供应装置读出在连接到笔记本型个人计算机、PDAs’、移动电话等的标签上的信息，从而根据此信息准备所需浓度-->的液态燃料。当把燃料电池放在液态燃料回收-供应装置的支架上时，自动地启动在燃料回收和供应装置和燃料电池之间的连接。在检测装置和燃料电池之间的连接完成时，回收和供应过程开始。回收和供应自动地完成。燃料供应单元和回收单元可分别设置在单独的容器中或设置在同一容器中。燃料供应单元可预先存储预定浓度的液态燃料。在更新过程时，在循环容器中用于去除离子或离子杂质的过滤器可用新的替换。离子杂质由对管道的溶解、催化剂等产生，主要是金属离子。虽然从一开始，提供到循环容器或燃料容器的液态燃料就可以具有需要被供应到燃料电池的浓度，但是像95％或更高这样的高浓度液态燃料也可以注入燃料电池中并与水混合，制成所需浓度的燃料溶液。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于：具有用于向燃料电池提供预定浓度的液态燃料并用于回收和存储从燃料电池中排放的液态燃料的循环容器，其中循环容器是可替换的。

【技术特征摘要】
JP 2003-10-3 345500/20031.一种燃料电池，其特征在于：具有用于向燃料电池提供预定浓度的液态燃料并用于回收和存储从燃料电池中排放的液态燃料的循环容器，其中循环容器是可替换的。2.一种燃料电池，其特征在于：具有用于向燃料电池提供预定浓度的液态燃料并用于回收和存储从燃料电池中排放的液态燃料的循环容器，并且具有用于向循环容器提供液态燃料的燃料容器，其中循环容器和燃料容器的至少一个是可替换的。3.根据权利要求1的燃料电池，该燃料电池进一步包括用于检测供应到燃料电池的液态燃料的浓度的检测器。4.根据权利要求1的燃料电池，该燃料电池进一步包括用于将液态燃料的浓度控制为预定浓度的控制器。5.根据权利要求1的燃料电池，该燃料电池进一步包括用于去除在由燃料电池排放的液态燃料中所含的金属离子和/或杂质的过滤器。6.根据权利要求1的燃料电池，该燃料电池进一步包括燃料电极、与燃料电极相对设置的氧化剂电极、和夹在上述两个电极之间的电解质膜。7.根据权利要求6的燃料电池，其中液态燃料是甲醇、二甲醚和乙二醇之一。8.根据权利要求2的燃料电池，该燃料电池进一步包括用于检测供应到燃料电池的液态燃料的浓度的检测器。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：小山彻，铃木重雄，茂木亮，相马宪一，
申请(专利权)人：日立麦克赛尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]