专利名称：直接甲醇燃料电池系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及直接甲醇燃料电池(DMFC)系统和用于控制该直接甲醇燃料电池系统的方法。该直接甲醇燃料电池系统适合于长时间驱动电子装置，例如小尺寸的便携式装置，电子装置通常使用一次电池、二次电池或类似装置作为电源。
背景技术：
近年来，电子装置的尺寸减小使得使用者可以随身携带大量信息终端。因此，社会正在改变，从而在任何地方都能得到需要的信息。另一方面，这些信息终端带有各种功能，例如高速计算处理、无线LAN以及多媒体。这往往将增加能耗。需要大容量电池来长时间驱动这种信息终端。但是，由于环境和安全问题，还没有开发出必要和足够容量的电池。因此，对燃料电池的期望逐渐增加。使用由甲醇获得的氢离子(质子)的燃料电池称为直接甲醇燃料电池。直接甲醇燃料电池日益被期望用于各种领域，作为便携式装置的电源，原因如下用作直接甲醇燃料电池的燃料的甲醇具有高能量密度，并且直接甲醇燃料电池不需要重整器，因而可以减小它们本身的尺寸。
当甲醇燃料和空气被提供给其发电单元时，直接甲醇燃料电池开始发电。直接甲醇燃料电池需要阳极，由于使用特定的聚合物电解质膜以用于发电单元，所以给该燃料电极提供控制为预定浓度的甲醇燃料。因此，已经公开的直接甲醇燃料电池具有容纳一定量甲醇燃料的若干个容器。但是，如通常公开的那样，给直接甲醇燃料电池提供控制为特定浓度的甲醇燃料时，需要长时间来将发电单元的温度提高到预定值。因此，不利地，建立用于稳定地供应电子装置所需电能的条件需要相对长的时间。而且，当没有用最佳的控制方法来调节甲醇燃料的浓度时，会消耗过多或少量的燃料。这不利地妨碍电能的稳定供应，并降低燃料利用率。
为了迅速地提高发电单元的温度到预定值，日本专利申请公开No.5-307970公开了一种故意提供甲醇给阴极的方法。但是，该方法需要甲醇通过其提供给阴极的管道系统以及控制提供的甲醇量的机构。这会使电池的结构复杂化，并且增加系统的尺寸。而且，如果甲醇提供给阴极，产生大量的热。因此，不利的是，很难将温度控制到预定值。
日本专利申请公开No.2004-55474公开了一种在将甲醇燃料提供给阳极之前加热甲醇燃料的方法。但是，这种方法也要求燃料电池具有加热燃料的机构。这也会增加系统的尺寸。
而且，日本专利申请公开No.61-269865公开了一种操作燃料电池的方法，其中为了启动，给燃料电池提供的燃料浓度比稳定操作所需的燃料浓度更高，从而加速启动。但是，在启动并达到稳定操作期间，不需要精确地控制燃料浓度。因此，燃料浓度自然随着发电而降低。因此，产生以下问题(1)仅保持高燃料浓度增加燃料损失；(2)必须根据阳极电解液箱的尺寸等等来调整最初引入燃料浓度，从而妨碍灵活地控制浓度。
此外，直接甲醇燃料电池的输出电压是每个膜电极组件(MEA)大约0.5V。为了驱动装置，例如，堆叠多个电池以实现串联连接，从而提高电压。多个堆叠的电池很少具有相同的性能。这些电池中的一些由于燃料或空气的不均匀分布而表现出略低的性能。当象日本专利申请公开No.61-269865中公开的那样，用恒定的电流密度来控制输出时，在发电单元处于低温时，被迫输出大量的电流。然后，在低性能的电池中发生电压反向。导致例如发电单元电压显著降低和从电解质层洗提金属离子的问题。另一方面，当为了防止电压反向而连续输出低电流时，导致例如燃料利用率降低和需要长时间来提高温度的问题。因此，在启动并达到稳定操作期间，当燃料温度低时，必须尽量输出电流，同时防止电压反向，并减少变到稳定操作所需的时间。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供一种直接甲醇燃料电池系统，包括发电单元，包括至少一个膜电极组件；燃料容器，连接到该发电单元并且容纳第一燃料，该第一燃料是甲醇水溶液；补充容器，连接到该燃料容器并且容纳第二燃料，该第二燃料是甲醇或浓度高于该第一燃料之浓度的甲醇水溶液；和控制单元，被构成为减小该第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值。
根据本发明的第二个方面，提供一种控制直接甲醇燃料电池系统的方法，该直接甲醇燃料电池系统包括发电单元，该发电单元包含阳极、阴极以及设置在该阳极和该阴极之间的电解质膜，该方法包括减小提供给该阳极的第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值，该第一燃料是甲醇水溶液。
根据本发明第三个方面，提供一种控制直接甲醇燃料电池系统的方法，该直接甲醇燃料电池系统包括发电单元，包括至少一个膜电极组件；燃料容器，连接到该发电单元并且容纳第一燃料，该第一燃料是甲醇水溶液；补充容器，连接到该燃料容器并且容纳第二燃料，该第二燃料是甲醇或浓度高于该第一燃料之浓度的甲醇水溶液；和该方法包括减小该第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值。
图1是示出根据本发明第一实施例的直接甲醇燃料电池系统的示意图；图2是示出在直接甲醇燃料电池系统中以下两个差值之间关系的特性图预设温度值和当前温度之间的差值以及当前浓度和预设浓度值之间的差值；图3是说明在图1的直接甲醇燃料电池系统中校正甲醇补充量的方法的流程图；图4是示出图1中的直接甲醇燃料电池系统的发电单元的例子的示意图；和图5是示意性地示出图4中用于发电单元的隔板的平面图。
具体实施例方式
本发明的第一实施例提供一种直接甲醇燃料电池系统。本发明的第二实施例提供一种控制直接甲醇燃料电池系统的方法。
根据本发明的第一和第二实施例，提供一种直接甲醇燃料电池系统，使得发电单元的温度可以在短时间内提高到预设值，它还可以实现在电能可以稳定地提供给电子装置的时间的增大。
根据本发明的第一和第二实施例，通过最优化地控制燃料浓度和发电单元的电压，而不需要新安装复杂的机构，发电单元的温度就可以快速地提高到预设值。还可以提供一种直接甲醇燃料电池系统，可以实现在电能可以稳定地提供给电子装置的时间的增大。同时，可以提供适量的燃料以提高燃料的利用率。此外，可以提供一种控制直接甲醇燃料电池系统的方法，更有效地驱动直接甲醇燃料电池系统。
这里，发电单元的预设温度值最适合操作燃料电池。该预设温度值可以根据电池数量以及用于电极和电解质膜的材料类型而改变。当阳极催化剂和阴极催化剂包含铂，以及基于全氟磺酸的电解质用作阳极、阴极和电解质膜中包含的质子导电材料时，发电单元的预设温度值优选在50-90℃范围内。结果是，可以阻止阳极和阴极催化剂的活性降低，以及可以阻止电解质膜的热退化。更优选的范围是50-75℃。
下面将参考
第一和第二实施例。说明书所用的附图是示例性示出，从而使本发明内容容易理解。附图不限制本发明的范围。
图1示出根据本发明第一实施例的直接甲醇燃料电池系统的结构的例子。
发电单元1包括多个电池和多个隔板，每个电池由膜电极组件(MEA)组成，在隔板中形成了用于提供燃料或空气的沟槽，堆叠电池和隔板，以获得所需的电压。膜电极组件包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的质子导电聚合物电解质膜。例如，该阳极包括用于通过化学反应从甲醇燃料产生氢离子(质子)的催化剂层。例如，该催化剂包括几乎无毒的含铂钌(PtRu)合金，该合金可以单独使用，或者可以附在碳粉上。例如，用于阴极的催化剂包括可以单独使用或者可以附在碳粉上的铂(Pt)颗粒。基于全氟磺酸的聚合物电解质膜(例如Nafion(注册商标)膜)由于其高质子导电性而可用作该聚合物电解质膜。
图4和5示出由多个膜电极组件(MEA)形成的发电单元1的例子。如图4所示，阳极催化剂层21和阳极扩散层22形成在质子导电膜20的一个表面上。阴极催化剂层23和阴极扩散层24形成在质子导电膜20的相对表面上。隔板27设置在每个膜电极组件(MEA)25的阳极扩散层22上；燃料沟槽26形成在隔板27中。如图5所示，在隔板27中形成的燃料沟槽26是蜿蜒形。燃料沟槽26的一端用作燃料供应口26a，而另一端用作燃料排出口26b。隔板29设置在每个膜电极组件(MEA)25的阴极扩散层24上；空气沟槽28形成在隔板29中。空气沟槽28也是蜿蜒形，并且空气沟槽28的一端用作空气供应口，而另一端用作空气排出口。发电单元1通过堆叠多个膜电极组件(MEA)25而形成，每个膜电极组件(MEA)25具有设置在相应侧面上的隔板27和29。当通过如图4和5所示隔板堆叠多个膜电极组件来构成发电单元时，可以使用隔板，每个隔板具有在一个表面上形成的燃料沟槽和在另一个表面上形成的空气沟槽，而不是每个隔板都具有在一个表面上形成的沟槽。
甲醇水溶液作为第一燃料被容纳在燃料容器2中。燃料容器2中的供应口2a通过燃料供应管3连接到发电单元1中的燃料供应口1a。设置燃料泵4用于燃料供应管3。发电单元1中的燃料出口1b通过燃料回收管5连接到燃料容器2中的回收口2b。
作为补充箱的高浓度甲醇箱6通过燃料补充管7连接到燃料容器2的燃料补充口2c。设置燃料补充泵8用于燃料补充管7。高浓度甲醇箱6容纳第二燃料，该第二燃料是浓度比燃料容器2中的甲醇水溶液更高的甲醇水溶液，或者是纯甲醇。
例如，可以如图1所示在燃料容器2中安装浓度传感器9；该浓度传感器9检测提供给阳极的甲醇水溶液中的甲醇的浓度。通过处理来自浓度传感器9的检测结果的信号并且以电方式读出该值，可以控制甲醇的浓度。甲醇浓度传感器可以使用各种系统，这些系统利用光折射率、静电量或超声波，或者这些系统测量密度或以电化学方式检测甲醇氧化电流。
在图1中，浓度传感器9设置在燃料容器中。但是，浓度传感器9可以安装在供应口2a或燃料供应管3中，或者安装在从燃料供应管3分出的支管中。
而且，发电单元1的温度由温度传感器10测量，例如热敏电阻或热电偶。对于包括多个MEA的发电单元，温度传感器10最好测量位于从高度上(在堆叠MEA的方向上)最接近发电单元的中心附近的隔板的厚度方向的中心部分的温度。
空气泵11通过空气供应管12连接到发电单元1中的空气入口1c。冷凝器13通过管14连接到发电单元1中的出口1d。出口1d排出的空气由于发电反应导致的水汽而被污染。冷凝器13冷却空气从而将水汽转变为液体，将其从气体中分离。分离的水通过管15被收集在燃料回收管5中。燃料电池系统优选具有水回收机构。由于特定的质子导电材料用于聚合物电解质膜，所以优选供给发电单元浓度为百分之几到大约10％的甲醇水溶液。燃料电池系统优选具有回收和再利用水的机构。这个机构提高了高浓度甲醇箱6内部的甲醇的浓度。在这种情况下，与在箱中容纳低浓度甲醇水溶液时所需的箱尺寸相比(其被驱动相同的时间)，可以减小箱的尺寸。另一方面，剩余空气通过排出管16释放到外部。
控制单元具有根据温度传感器10测量的发电单元1的温度和发电单元1的预设温度值之间的差值的减小、降低燃料容器2中甲醇水溶液的浓度和发电单元1的预设电压值的功能。控制单元1包括监测和控制电路17、控制软件18以及电路单元19。
浓度传感器9和温度传感器10连接到监测和控制电路17。来自传感器9和10的测量的信号由该监测和控制电路17处理。控制软件18处理由监测电路17得到的信息，并且向控制电路17提供所需的控制信号。控制软件18将温度传感器10测量的温度和在系统已改变为稳定操作之后使用的发电单元的操作温度(预设温度值)进行比较。然后，控制软件18根据温度差计算甲醇水溶液的目标浓度和目标电压。计算结果送给监测和控制电路17。由于在发电时消耗甲醇，燃料容器2中的甲醇水溶液的浓度逐渐降低。当浓度传感器9检测到浓度降低时，监测和控制电路17传送信号，以使燃料补充泵8从高浓度甲醇箱给燃料容器2补充第二燃料。
电路单元19监测通过发电单元1的电压和电流。监测结果的信号被送给控制电路17，然后控制电路17处理该信号。监测和控制电路17将当前电压值与控制软件18计算的目标电压值进行比较。如果这些值不同，监测和控制电路17给电路单元19传送信号，然后电路单元19使当前电压变为等于目标电压值。
下面将说明该燃料电池系统的操作。
驱动燃料泵4，以将燃料容器2中的甲醇水溶液通过燃料供应管3提供给发电单元1中的燃料供应口1a。而且，驱动空气泵11，以通过空气供应管12将空气供应给发电单元1中的空气入口1c。这样引起发电反应。
未用于发电的含甲醇液体成分从发电单元1中的燃料出口1b排出。甲醇通过燃料回收管5、然后通过燃料容器2中的回收口2b被收集在燃料容器2中。另一方面，没有用于发电的含空气气体成分从出口1d通过管14提供给冷凝器13。然后，冷凝器13冷却气体成分。这使气体成分中混合的水又转变成液体，以将其与气体分开。分开的水被从管15送给燃料回收管5，然后被收集在燃料容器2中。气体通过排出管16释放到外部。
在测量发电单元1的温度的同时，根据发电单元1的温度控制燃料容器2中的甲醇的浓度。图2示意性地示出控制方法。如果甲醇操作浓度(预设浓度值)要控制到C值，而且发电单元1的操作温度(预设温度值)要控制到T值，由于操作前的温度Ts通常低于操作温度T，所以发电单元1的温度必须通过启动而从温度值Ts提高到T。如果温度存在大的差值(T-Ts)，甲醇浓度被有意识地控制到浓度Cs，Cs高于C，以促进发热。也就是说，ΔC(Cs-C)与ΔT(T-Ts)一致地提高。ΔC可以被控制，从而根据ΔT改变，如图2所示。除了(1)所示的正比关系之外，还可以使用适当的方法，例如(2)逐步变化或者(3)根据特定的函数变化。
而且，可以将对应于发电单元1的温度的甲醇浓度Cs保持在固定值，或在一定的窄浓度范围内变化该值。控制单元优选构成为通过交替地进行第一操作和第二操作来减小第一燃料的浓度到预设浓度值C，直到发电单元1的温度提高到预设温度值T。第一操作是将第一燃料的浓度减小到大于预设浓度值C的值Cs。另一方面，第二操作是通过给燃料容器2补充第二燃料，使第一燃料的浓度保持在值Cs。具体而言，温度传感器10测量发电单元1的温度。然后，根据测量的温度和预设温度值之间的差值，控制软件18计算控制目标甲醇浓度Cs。然后控制软件18将电信号传送给监测和控制电路17。在浓度传感器9检测到燃料容器2中甲醇水溶液的浓度降低时，监测和控制电路17传送信号。结果，燃料补充泵8向燃料容器2中的燃料补充口2c补充所需量的第二燃料，该第二燃料通过燃料补充管7从高浓度甲醇箱6供应。然后控制浓度被提高到Cs。
通过这样在低温下向发电单元提供高浓度甲醇燃料，可以有助于甲醇交换到阴极，该阴极然后会燃烧甲醇。这有助于提高发电单元的温度。因此，发电单元的温度更快地上升，从而可以减少获得所需量电能所需的时间。而且，如果温度上升而且在浓度保持较高时，温度可能上升过快，从而损坏发电单元的材料。这可能会缩短发电单元的寿命。
因此，在补充不希望的大量第二燃料从而提高浓度到高于所需值Cs来升高发电单元1的温度时，可以在指定时间内停止补充高浓度甲醇燃料，等待与发电相关联的自然降低。可选择地，例如，增加吹向冷凝器的空气量，从而临时提高冷凝器13的回收容量来增加回收水的量，因此冲淡第一燃料。这减小由于交换而对阴极的损害。
此外，为了帮助启动，同时防止在堆叠多个电池(MEA)的发电单元(堆叠体)中的电池(MEA)中发生电压反向，在启动以达到稳定操作期间，根据发电单元的温度上升而逐渐降低输出电压。发电单元的温度上升，以提高每个电池中包含的催化剂的活性。因此即使采用相同的电压，也可以输出比低温时更大量的电流。因此，通过用恒定电压控制发电单元的操作和随着温度上升而逐渐降低该恒定电压值，按照发电单元的电流-电压特性，可以增加发电单元输出的电流量。输出电流量的增加提高产生的热量。这使发电单元的温度提高，因此避免由于第一燃料的浓度降低引起的发电单元温度的下降。
此外，通过控制电压实现的电流量增加，有望产生热。因此，尽管启动期间第一燃料浓度和稳定操作期间第一燃料浓度之间有小的差别，但是温度也可以提高到预设的值。燃料的利用率可以提高。
而且，在调整第一燃料的浓度并且如果补充第二燃料的时间间隔增大时，通过补充等于当前测量的浓度与目标浓度之间差值的量的第二燃料，不能精确控制浓度。为了精确控制浓度，最好按照调整单元调整的量给燃料容器2补充第二燃料。具体而言，最好采用如下面图3所示控制甲醇浓度Cs的方法。
如前面所述的图2所示，给发电单元供应与发电单元温度相应的甲醇浓度的第一燃料。但是，实际上在预设浓度值和当前浓度之间会发生大的偏差。如果当前浓度低，大的偏差可能会妨碍保持发电状态从而关闭系统。利用高当前浓度，额外的甲醇可能会交换到阴极，从而提高发电单元的温度。这可能会损坏发电单元的材料，从而阻止系统运行。在这种情况下，通常提供等于和预设浓度值的差值的量的第二燃料。该燃料电池系统优选包括调整单元，该调整单元通过用发电单元产生的发电量计算在过去的预定时间内消耗的甲醇量，校正要补充的第二燃料的量。也就是说，首先，传感器测量发电单元的温度(步骤S1)。然后，例如，控制软件计算与测量温度相应的设置甲醇浓度(步骤S2)。当前甲醇浓度可以由燃料容器中或者到阳极的管或其支管中安装的浓度传感器来测量(步骤S3)。如果浓度传感器测量的燃料甲醇浓度高于预设浓度值，在指定时间内停止供应第二燃料(步骤S4)。如果浓度传感器测量的当前浓度低于预设浓度值，进行控制从而从高浓度甲醇箱补充第二燃料。
首先，例如，可以用以下的等式计算当前的甲醇缺乏量M1(步骤S5)M1(g)＝{(Ma(g/L)-Mb(g/L))×V(mL)}/1000(mL/L)其中Ma表示预设浓度值(g/L)，Mb表示测量的浓度(g/L)，V表示燃料容器的体积(mL)。
而且，计算在过去的一分钟内发电单元的平均输出(W)(步骤S6)。例如，可以用以下等式计算在补充之前指定时间内预期将消耗用于发电的甲醇量M2(步骤S7)M2(g)＝(X(g/Wh)/60(min/h))×Y(W)其中X表示燃料消耗系数(g/Wh)，Y表示在过去一分钟内发电单元的输出(W)。
使用泵或类似装置从甲醇容器补充相应于计算总量(M1+M2)的第二燃料的量(步骤S8)。这使得可以在燃料浓度保持在预定值的情况下连续发电。通常通过仅计算M1来实现补充。发电单元的高输出提高指定时间内消耗的甲醇量。因此可以预期，当发电单元以高输出来操作时，通过补充M1，不能将燃料浓度保持在预定值。通过在供应之前基于发电单元的输出校正补充量，可以更稳定地驱动直接甲醇燃料电池系统。
例如，甲醇补充量调整机构可以是计量泵，可以在一次操作中分配精确量的液体。计量泵操作的次数可以用控制软件18和控制电路17来改变。
下面将通过例子详细地说明本发明，从而使它更容易理解。
(例子1)全氟磺酸溶液和离子交换水添加到其上承载铂钌(Pt∶Ru＝1∶1)合金颗粒作为阳极催化剂的碳黑。承载有催化剂的碳黑被粉碎以制成糊。制备经过防水处理的碳纸作为阳极扩散层。该糊涂敷在碳纸上，然后干燥，形成催化剂层。这样获得阳极电极。
全氟磺酸溶液和离子交换水添加到其上承载有铂颗粒作为阴极催化剂的碳黑。承载有催化剂的碳黑被粉碎以制成糊。制备经过防水处理的碳纸作为阴极扩散层。该糊涂敷在碳纸上，然后干燥，形成催化剂层。这样获得阴极。
全氟磺酸膜设置在阳极催化剂层和阴极催化剂层之间作为电解质膜。然后这些电极和膜受到热压，因而被组装获得膜电极组件。该膜电极组件夹在一个表面上形成有燃料沟槽而另一个表面形成有空气沟槽的碳隔板之间。堆叠十五个这种夹层结构以形成发电单元。
构成类似于图1所示燃料电池系统的燃料电池系统。第一燃料浓度由浓度传感器测量。在测量之前，用泵从燃料容器给浓度传感器供应少量第一燃料。通过将发电单元的目标操作温度设置为60℃和将操作浓度设置在1.0mol/L、并且使用电气负荷来设置恒定电压模式，进行发电测试。为室温(25℃)到60℃的温度设置的浓度和电压如表1所示。在每个温度范围内，用图3所示控制方法来控制浓度。发电单元的温度在大约20分钟内上升到需要的60℃的稳定操作温度；在短时间内达到稳定状态。第一燃料浓度可以控制在离控制值±0.2mol/L的范围内。由于可以在短时间内达到稳定状态并且可以使燃料浓度的变化最小，所以可以在温度和输出稳定的情况下发电。
表1
(例子2)预设温度值和电压与例子1使用的相同。对于浓度控制，不使用图3所示的方法，而是补充等于燃料容器中浓度和预设浓度值之间的差值的第二燃料的所需量。
浓度瞬间偏离控制值至少0.4mol/L；第一燃料浓度稍微不稳定地变化。启动需要大约30分钟，略长于例子1中的时间。
(例子3)制备具有发电单元的直接甲醇燃料电池，其中堆叠20个膜电极组件(MEA)。通过将发电单元的目标操作温度设置为55℃和将操作浓度设置在0.9mol/L、并且使用电气负荷来设置恒定电压模式，进行发电测试。为室温(25℃)到55℃的温度设置的浓度和电压如表2所示。在每个温度范围内，用图3所示控制方法来控制浓度。发电单元的温度在大约18分钟内上升到55℃。第一燃料浓度可以控制在离控制值±0.2mol/L的范围内。由于可以在短时间内达到稳定状态并且可以使第一燃料浓度的变化最小，所以可以在温度和输出稳定的情况下发电。
表2
(比较例1)以和例子1使用的相同的方式操作燃料电池，除了在整个温度范围内将控制浓度固定在1.0mol/L。比例子1和2花费更长的时间达到60℃的目标温度；达到目标温度需要大约40分钟。第一燃料浓度控制在离控制值±0.2mol/L的范围内。
(比较例2)以和例子1使用的相同的方式操作燃料电池，除了在整个温度范围内将控制电压固定在6.5V。比例子1和2花费更长的时间达到60℃的目标温度；达到目标温度需要大约45分钟。第一燃料浓度控制在离控制值±0.2mol/L的范围内。
对于本领域技术人员来说，可以得到附加的优点和变型。因此，从其更广泛的方面来说，本发明不局限于这里所示和所述的特定细节和示意性实施例。因此，在不脱离由附加的权利要求及其等效物限定的总的发明原理的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。
权利要求
1.一种直接甲醇燃料电池系统，包括发电单元，包括至少一个膜电极组件；燃料容器，连接到该发电单元并且容纳第一燃料，该第一燃料是甲醇水溶液；补充容器，连接到该燃料容器并且容纳第二燃料，该第二燃料是甲醇或浓度高于该第一燃料之浓度的甲醇水溶液；和控制单元，被构成为减小该第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值。
2.根据权利要求1的直接甲醇燃料电池系统，还包括调整单元，该调整单元构成为调整从该补充容器补充在该燃料容器中的第二燃料的量。
3.根据权利要求2的直接甲醇燃料电池系统，其中该控制单元构成为通过交替地进行第一操作和第二操作，将该第一燃料的浓度减小到预设浓度值，直到该发电单元的温度上升到该预设温度值；该第一操作是将该第一燃料的浓度减小到大于该预设浓度值的值，而该第二操作是通过按该调整单元调整的量给该燃料容器补充该第二燃料，使该第一燃料的浓度保持在该值。
4.根据权利要求3的直接甲醇燃料电池系统，其中该调整单元构成为计算直到在该第二操作中从该补充容器向该燃料容器补充该第二燃料为止、在发电中将消耗的甲醇量，并且构成为利用该将消耗的甲醇量来校正在该第二操作中将补充的该第二燃料的量。
5.根据权利要求1的直接甲醇燃料电池系统，其中该预设温度值在50到90℃的范围内。
6.根据权利要求1的直接甲醇燃料电池系统，其中该预设温度值在50到75℃的范围内。
7.根据权利要求1的直接甲醇燃料电池系统，其中所述至少一个膜电极组件包括阳极、阴极以及设置在该阳极和该阴极之间的电解质膜。
8.根据权利要求7的直接甲醇燃料电池系统，其中该阳极和该阴极包括含铂催化剂，并且该电解质膜是基于全氟磺酸的聚合物电解质膜。
9.一种控制直接甲醇燃料电池系统的方法，该直接甲醇燃料电池系统包括发电单元，该发电单元包含阳极、阴极以及设置在该阳极和该阴极之间的电解质膜，该方法包括减小提供给该阳极的第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值，该第一燃料是甲醇水溶液。
10.根据权利要求9的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中通过交替地进行第一操作和第二操作，将该第一燃料的浓度减小到预设浓度值，直到该发电单元的温度上升到该预设温度值；该第一操作是将该第一燃料的浓度减小到大于该预设浓度值的值，而第二操作是通过用第二燃料补充该第一燃料，从而使该第一燃料的浓度保持在该值，该第二燃料是甲醇或浓度高于该第一燃料之浓度的甲醇水溶液。
11.根据权利要求10的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，还包括获得直到在该第二操作中以该第二燃料补充该第一燃料为止、在发电中将消耗的甲醇量；和利用该将消耗的甲醇量来校正在该第二操作中将补充的该第二燃料的量。
12.根据权利要求9的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中该预设温度值在50到90℃的范围内。
13.一种控制直接甲醇燃料电池系统的方法，该直接甲醇燃料电池系统包括发电单元，包括至少一个膜电极组件；燃料容器，连接到该发电单元并且容纳第一燃料，该第一燃料是甲醇水溶液；补充容器，连接到该燃料容器并且容纳第二燃料，该第二燃料是甲醇或浓度高于该第一燃料之浓度的甲醇水溶液；和该方法包括减小该第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值。
14.根据权利要求13的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，该直接甲醇燃料电池系统还包括调整单元，该调整单元构成为调整从该补充容器补充在该燃料容器中的该第二燃料的量。
15.根据权利要求14的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中通过交替地进行第一操作和第二操作，将该第一燃料的浓度减小到预设浓度值，直到该发电单元的温度上升到该预设温度值。该第一操作是将该第一燃料的浓度减小到大于该预设浓度值的值，而第二操作是通过按该调整单元调整的量给该燃料容器补充该第二燃料，使该第一燃料的浓度保持在该值。
16.根据权利要求15的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中该调整单元构成为计算直到在该第二操作中从该补充容器向该燃料容器补充该第二燃料为止、在发电中将消耗的甲醇量，并且构成为利用该将消耗的甲醇量来校正在该第二操作中将补充的该第二燃料的量。
17.根据权利要求13的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中该预设温度值在50到90℃的范围内。
18.根据权利要求13的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中该预设温度值在50到75℃的范围内。
19.根据权利要求13的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中所述至少一个膜电极组件包括阳极、阴极以及设置在该阳极和该阴极之间的电解质膜。
20.根据权利要求19的控制直接甲醇燃料电池系统的方法，其中该阳极和该阴极包括含铂催化剂，并且该电解质膜是基于全氟磺酸的聚合物电解质膜。
全文摘要
一种直接甲醇燃料电池系统，包括发电单元；燃料容器，连接到该发电单元并且容纳第一燃料，该第一燃料是甲醇水溶液；补充容器，连接到该燃料容器并且容纳第二燃料，该第二燃料是甲醇或浓度高于该第一燃料之浓度的甲醇水溶液；和控制单元，被构成为减小该第一燃料的浓度和该发电单元的电压，直到该发电单元的温度上升到预设温度值。
文档编号H01M8/00GK1841825SQ20061007107
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者角野裕康, 原田康宏, 宫本浩久, 涉谷信男 申请人:株式会社东芝