用于燃料电池中水和/或燃料处理的芯吸结构的制作方法

专利名称：用于燃料电池中水和/或燃料处理的芯吸结构的制作方法
本申请要求2001年6月29日申请的美国专利申请号09/897782的利益，其公开的内容可引入供作参考。
本发明涉及其中所述液体燃料在阳极直接被氧化的液体燃料电池，具体地说，它涉及在直接甲醇燃料电池中用来收集排出的水的位于或邻近于阴极的芯吸结构，和用来调节或输送液体燃料/水的混合物到所述阳极的位于或邻近于阳极的芯吸结构。本发明还涉及一种用来输送回收的水到一种燃料电池或一种微型燃料电池转化器中的水回收和再循环系统。
很宽范围的反应物可以预期用于固体聚合物燃料电池中，这类反应物可以气态或液态物流形式进行输送。所述氧化剂物流可为基本纯的氧气，但是优选是使用一种稀释的氧物流如基于空气的物流。所述燃料物流可为基本纯的氢气，或一种液态有机燃料混合物。采用一种液态燃料物流进行操作的燃料电池(其中所述燃料在阳极发生电化学反应(直接被氧化))，称为直接液体进料燃料电池。
直接甲醇燃料电池(“DMFC”)，是直接液体进料燃料电池中的一种，其中，所述燃料(液体甲醇)在所述阳极直接被氧化。发生下列反应阳极阴极氢离子(H+)流过所述膜并与氧和所述阴极上电子化合产生水。电子(e-)不能流过所述膜，因而经由一个外部电路从所述阳极流到所述阴极，驱动一个可消耗由所述电池产生的电能的电负载。在所述阳极和阴极的反应产物分别为二氧化碳(CO2)和水(H2O)。由一个单电池形成的断路电压约为0.7伏。数个直接甲醇燃料电池串联堆积在一起，可得到更高的电压。
除了甲醇之外，其它液体燃料也可用于直接液体燃料电池之中—即其它简单醇类，如乙醇，或二甲氧基甲烷、三甲氧基甲烷和甲酸。而且，所述氧化剂可以一种具有高的氧浓度的有机液体形式提供—即一种过氧化氢溶液。
直接甲醇燃料电池可对含水甲醇蒸汽进行操作，但是最为经常采用的是一种稀释的含水甲醇燃料溶液的液体进料。保持所述阳极和阴极间隔离是重要的，以防止燃料直接接触所述阴极并在其上发生氧化(称为“交叉”)。交叉会在所述电池中产生短路，这是因为由氧化反应产生的电子不会沿着电极间的电流通路行进。为了降低甲醇经由所述MEA从所述阳极到所述阴极侧的交叉的电势，在液体进料DMFCs中，通常是采用非常稀释的甲醇溶液(例如，甲醇在水中的含量约5％)作为燃料物流。
所述聚合物电解质膜(PEM)是一种固体有机聚合物，通常为聚全氟磺酸，它构成所述膜电极装置(MEA)内芯。商业可得的用作PEMs的聚全氟磺酸，E.I.DuPont de Nemours & Company有售，商标为NAFION。所述PEM必须经水化处理，以合适地充当质子(氢离子)交换膜和电解质。
在阴极有大量的水被释放出来，必须要将它们移走，以防止淹没阴极和中断反应。在先有技术燃料电池中，如果空气流过所述阴极过慢，则空气就不能将存在于所述阴极的水全部携带出所述燃料电池。由于水淹没所述阴极，没有足够的氧能够渗透通过所述水到达所述阴极催化剂位置以维持所述反应。
先有技术燃料电池引入多孔碳纸或织物作为邻近于所述MEA的PEM的衬里层。所述多孔碳材料不仅可帮助反应气体到所述电极催化剂位置，而且还参与水处理。多孔碳是经选择的，这是因为碳可传导所述电子流出所述阳极并流入所述阴极。但是，已经发现多孔碳对于从所述阴极中芯吸除去过量水分，不是一种有效的材料。还发现多孔碳对于调节到达阳极的流体也不是有效的。而且，多孔碳纸是昂贵的。因此，燃料电池工业仍在继续寻找这样一种衬里层，它们将能改善液体的回收和移走，并能维持有效的气体扩散，而且不会对燃料电池性能产生不利影响或不增加明显的费用。
在所述阴极释放出来的水再循环用作所述液体燃料输送系统中的稀释剂，将是有利的。这类循环水在引导所述液体燃料到所述燃料电池之前，可与浓缩的甲醇进行混合。如果燃料元件含有占优势的甲醇，且所述甲醇接着可通过使用由所述燃料电池反应放出的再循环水而被稀释为甲醇浓度为3-5％的水溶液，则可以节约相当大的空间和重量。含有占优势甲醇的带着燃料电池的燃料元件可以更小且具有更轻的重量。一种能够从所述阴极芯吸过量水分的材料，必须还能够释放出收集到的水用于循环到所述液体燃料之中。先有技术碳纸衬里层不能满足这些竞争条件。
尽管所述先有技术已经把在将所述液体燃料导入所述直接甲醇液体燃料电池之前，再循环所释放出来的水与纯甲醇混合作为改善燃料电池性能的一个目标，但是，它没有公开一种与燃料电池取向无关回收和再循环这类水的有效方法。这个问题对于打算用于便携式电器如消费电子产品和电池电话的燃料电池来说是格外尖锐的，其中所述与重力有关的燃料电池取向将会变化。
所述芯吸结构具有一种最长尺寸的几何形状。对于圆柱形芯吸结构来说，根据所述圆柱体的相对尺寸，所述最长尺寸可以是其高度或其直径。对于矩形盒式芯吸结构来说，根据盒子的相对尺寸，所述最长尺寸可以是其高度或其厚度。对于其它形状来说，如正方形盒式贮水池，所述最长尺寸在多个方向上是相同的。所述芯吸结构的自由起发芯吸高度(毛细作用大小)，优选是大于至少所述最长尺寸的一半。最优选地，所述自由起发芯吸高度是大于所述最长尺寸。
所述芯吸结构可由泡沫体、编织的纤维、捆扎的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维制备而成。用于阳极的芯吸结构一般地为一种由一种或多种耐所述液体燃料的聚合物制成的多孔膜。优选地，所述芯吸结构是由一种选自下述材料的芯吸材料构造而成的聚氨酯泡沫体(优选地，一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体)、蜜胺泡沫体、纤维素泡沫体、聚酰胺如尼龙、聚丙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维素、聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈以及它们的混合物的非纺织的毡制品或捆扎品。一种替代方案是，所述芯吸结构优选是采用一种选自下述材料的芯吸材料构造而成的聚氨酯泡沫体(优选地，一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体)，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织毡制品，纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈和它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。某些无机多孔材料如烧结的氧化硅或氧化铝的无机粉末，也可用作所述芯吸结构的芯吸材料。
一种毡合的泡沫体的制备，可通过施加足以压缩所述泡沫体到其原有厚度分数的热量和压力而实现的。对于压缩比为30来说，所述泡沫体是压缩到其原有厚度的1/30。对于压缩比为2来说，所述泡沫体压缩到其原有厚度的1/2。
一种网状泡沫体的制备，可通过从胞状聚合物结构中除去单元窗口，留下绳线的网络从而提高得到的网状泡沫体的流体渗透能力而实现的。泡沫体可现场通过化学方法或加热方法实现网状化，这些对于对于泡沫体生产领域的技术人员来说是已知的。
在一种特别优选的实施方案中，所述芯吸结构是采用一种具有梯度毛细作用的芯吸材料制成的，这样，由于在两个区域间毛细作用的差异，所述液体的流动就可从所述结构的一个区域直接流到所述结构的另一个区域。一种制备具有梯度毛细作用的泡沫体的方法是沿其长度方向上采用不同程度的压缩进行毡合。液体毛细作用流动的方向，是从较低压缩区域到达较大压缩区域。一种替代方案是，所述芯吸结构可由一种单独组分的泡沫体或其它具有明显差异的毛细作用的材料组成的组合物制成的。
因为使气体(空气或氧)到达位于阴极的活性部位是重要的，所以，所述芯吸结构可形成以提高空气渗透能力。因此，如果所述芯吸结构为一种芯吸材料薄片，则该薄片限定了一个或多个透过其厚度的小孔。这类小孔可通过打眼或冲压所述薄片而形成。所述小孔可以规则的网格图案或以非规则的网格图案形成。或者，该薄片可在表面上形成一个或多个通道。所述通道可通过切割而形成，如通过泡沫体生产工业已知的表面改性或回旋切割方法形成。所述通道或小孔也可通过使用热成型技术而形成，在该方法中，所述薄片表面在施加的热量和压力下得以成型。
因为具有一个用于电子到达位于所述阴极的活性部位的导电通路是重要的，所以，所述芯吸结构优选还包括一个导电层，它是邻近于或连接到或涂布在形成所述芯吸结构的芯吸材料上。所述导电层可为一种金属网、一种金属棉或一种多孔金属箔。在一种优选实施方案中，所述导电层是附加到形成所述芯吸结构的芯吸材料薄片的表面之上，如通过在所述薄片周围压接所述导电层而实现的。一种替代方案是，所述导电层可为一种涂布在所述薄片表面上或渗透所述薄片整个厚度的涂层。这种涂层包括金属、碳类和含碳材料、导电聚合物和和悬浮液或它们的混合物。金属可通过使用汽相沉积、等离子体、弧光和非电镀技术或者其它合适的涂布技术而实现涂布。在另一种优选的实施方案中，所述芯吸材料薄片的前面和至少背面的一部分是被所述导电层所覆盖的。当所述导电层压接到所述薄片时，所述导电层也覆盖所述薄片的顶面和底面。所述导电层与电流回路是连通的。
本发明还包括一种用于一种直接甲醇燃料电池的水回收系统，所述直接甲醇燃料电池具有(a)芯吸结构，水可芯吸到其中且所述水可从其中调节流出，设置作为所述燃料电池阴极的衬里层，所述芯吸结构具有最长尺寸和大于至少所述最长尺寸一半的自由起发芯吸高度；(b)与所述芯吸结构相连通的液体流动通路，从所述芯吸结构吸收的水经由该通路流出所述芯吸结构；和(c)水汲取装置，如泵或虹吸油芯，用来汲取从所述芯吸结构吸收的水并引入到所述液体流动通路之中。由所述芯吸结构吸收的水从所述阴极被取出，并泵抽或导入到一个贮水池或通道中，在其导入到所述燃料电池的阳极侧之前与液体燃料进行混合。
所述水回收系统中的芯吸结构，是由一种选自由泡沫体、编织的、捆扎的或纺织纤维和非纺织纤维所组成的组的芯吸材料制成的。优选地，所述芯吸结构具有一个与其相连的导电层，它可为一种邻近于所述芯吸材料的分离层，也可附加或涂布在其上。所述导电层与电流回路是连通的。
在一种实施方案中，第二芯吸结构设置用作所述燃料电池阳极的衬里层。第二芯吸结构可具有与第一芯吸结构相同或不同的结构。第二芯吸结构具有一个最长的尺寸和一个大于至少其最长尺寸一半，优选大于其最长尺寸的自由起发芯吸高度。所述与所述液体燃料混合的回收和再循环水导入到第二芯吸结构中为位于所述阳极的液体燃料电池反应补给燃料。
在本发明的另一种实施方案中，液体燃料电池性能是通过引入本发明第一实施方案的芯吸结构作为所述阴极的衬里层和非强制地作为所述阳极的衬里层而得到改进的。因为所述芯吸结构可有效地从所述阴极芯吸水分，所以，所述反应就可连续地进行，而不会发生由所述燃料电池放出的水所引起的淹没。所述吸收收集的水可进行回收，并在再次输入其到所述燃料电池的阳极侧之前，与一种液体燃料源进行混合。优选地，所述与燃料混合的回收水，可输入到形成所述阳极衬里层的芯吸结构之中。此第二芯吸结构当它被所述回收水和燃料湿润时，可有助于分配所述燃料且有助于维持所述PEM处于水合状态。
一种属于本发明范围之内的液体燃料电池，它包括供给有含水液体燃料的阳极，所述燃料在所述阳极被氧化；
供给有气体氧化剂的阴极；设置在所述阳极和阴极之间的固体聚合物电解质膜输送所述液体燃料到所述阳极的液体燃料流动通路；输送水到所述液体燃料流动通路的水流动通路；浓缩的液体燃料管线，它输送浓缩的液体燃料到所述液体燃料流动通路中在那里与水进行混合以形成含水液体燃料；结合到所述阴极中或与其流体连通的阴极芯吸结构，其中，所述阴极芯吸结构包括一种阴极芯吸材料，它可芯吸水到其中且所述水可从其中释放出来，所述阴极芯吸材料具有阴极芯吸材料最长尺寸和大于所述阴极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度(优选地，所述自由起发芯吸高度大于所述阴极芯吸材料最长尺寸)；和水汲取装置，用来使所述阴极芯吸结构中的水流到所述水流动通路中。在某些实施方案中，所述阴极芯吸结构具有一定的厚度，并限定至少一个小孔透过所述厚度，其尺寸足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。优选地，所述阴极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，且其中所述小孔的数目和尺寸，可输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
本发明的另一个方面，是一种用于具有阳极和阴极的液体燃料电池中液体处理的方法，所述方法包括下述步骤(a)从所述阴极中芯吸水到一个与所述阴极流体连通的阴极芯吸结构中，其中，所述阴极芯吸结构包括一个可芯吸水到其中且水可从其中释放出来的阴极芯吸材料，所述阴极芯吸材料具有阴极芯吸材料最长尺寸和大于所述阴极芯吸材料最长尺寸一半的第一自由起发芯吸高度；(b)从所述阴极芯吸结构中释放出水；(c)提供一种浓缩的液体燃料源；(d)使步骤(b)中的阴极芯吸结构中释放出来的水与来自所述源的浓缩液体燃料进行混合，以形成一种含水液体燃料；和此后(e)通过输送所述含水液体燃料混合物到所述阳极，为所述阳极提供含水液体燃料。
在本发明液体处理方法的一种实施方案中，步骤(b)是通过使用一种水汲取装置从所述阴极芯吸结构中汲取水分以输送水分到一个水流动通路之中而实现的。所述水汲取装置可为一种泵或一种较所述阴极芯吸结构具有更强毛细作用的虹吸油芯，以输送水到一个水流动通路之中。
在本发明液体处理方法的另一种实施方案中，步骤(e)是通过输送所述含水液体燃料到结合在所述阳极中或与所述阳极流体连通的阳极芯吸结构中而实现的，其中，所述阳极芯吸结构包括一个阳极芯吸材料，它可芯吸所述含水液体燃料到其中且所述含水液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度。在步骤(e)中，所述含水液体燃料通过一种含水液体燃料输送装置，可输送到结合到所述阳极或与所述阳极流体连通的阳极芯吸结构之中。所述含水液体燃料输送装置可为一种泵或一种较所述阳极芯吸结构具有较差毛细作用的虹吸油芯。


图13所示为本发明所述液体燃料电池另一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图14所示为本发明所述液体燃料电池又一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图15所示为本发明所述液体燃料电池又一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图16所示为本发明所述液体燃料电池又一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图17所示为本发明所述液体燃料电池另一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图18所示为本发明所述液体燃料电池又一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图19所示为本发明所述液体燃料电池另一种实施方案的示意图，所述阴极的产物水进行再循环。
图20所示为本发明液体燃料电池中一个膜电极装置的一种实施方案的示意图，所述阳极芯吸结构具有穿孔。
图21所示为本发明液体燃料电池中一个膜电极装置的另一种实施方案的示意图，所述阳极芯吸结构具有穿孔。
图22所示为本发明液体燃料电池中一个膜电极装置的一种实施方案的示意图，所述阴极芯吸结构具有穿孔。
图23所示为本发明液体燃料电池中一个膜电极装置的另一种实施方案的示意图，所述阴极芯吸结构具有穿孔。
图24所示为本发明液体燃料电池中一个膜电极装置的另一种实施方案的示意图，所述阳极和阴极芯吸结构具有穿孔。
本发明还涉及上述的液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是在外部的但与所述阴极是流体连通的；所述阴极还包括第一阴极表面和第二阴极表面，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面邻近于所述第一阴极表面，且所述第一阴极芯吸结构表面避开所述阴极。非强制性地，所述第二阴极芯吸结构表面其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以输送一定数量的气体氧化剂到所述阴极从而在其上进行氧化反应。优选地，所述第二阴极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极从而在其上进行氧化反应。
在所述阳极还含有一种芯吸结构的所有上述液体燃料电池，是在本发明的范围之内。所述阳极芯吸结构可结合到所述阳极中或与其是流体连通的，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸所述液体燃料到其中且所述液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度，且所述阳极芯吸结构与所述液体燃料流动通路是流体连通的。所述阳极芯吸材料的自由起发芯吸高度优选是大于所述阳极芯吸材料最长尺寸。非强制性地，所述芯吸结构具有一定厚度，并限定至少一个透过所述厚度的小孔，其具有的开口面积尺寸可允许二氧化碳从所述阳极排出。优选地，所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，具有的总开口面积尺寸可允许二氧化碳从所述阳极排出。
在具有所述阳极芯吸结构的本发明液体燃料电池中，所述阳极芯吸结构可结合到所述阳极之中，其中所述阳极还包括第一阳极表面、第二阳极表面和存在于第二阳极表面上的催化剂，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阳极芯吸结构表面形成第一阳极表面。非强制性地，所述第一阳极芯吸结构表面其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。优选地，所述第一阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
在具有一种阳极芯吸结构的液体燃料电池的另一种实施方案中，所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，其中所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述第一阳极表面，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极。非强制性地，所述第一阳极芯吸结构表面其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。优选地，所述第一阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
本发明的目的还在于所有包括阳极、聚合物电解质膜和阴极的液体燃料电池，其中，任一个电极或两个电极具有芯吸结构，其中，至少一个电极的芯吸结构具有一个小孔透过其厚度。在所述阴极芯吸结构的小孔可有助于输送用于所述阴极进行氧化反应的气体氧化剂到达所述阴极。在所述阳极芯吸结构的小孔可有助于二氧化碳从所述阳极的排出。在所述液体燃料电池的某些实施方案中，所述阴极芯吸结构具有至少一个小孔，所述阳极芯吸结构具有至少一个小孔，或者所述阴极和阳极芯吸结构都具有至少一个小孔。
在本发明的带有产物水从阴极到阳极的再循环的液体燃料电池中，所述液体燃料电池可具有至少一个透过一个或两个电极的芯吸结构的小孔，至少一个沟槽存在于一个或两个电极的芯吸结构表面之上，在一个或两个电极上的至少一个小孔和至少一个沟槽的结合，至少一个小孔在所述阴极上与至少一个沟槽在所述阳极上的结合或者是相反的结合，和至少一个沟槽在所述阴极上与至少一个小孔在所述阳极上的结合或者是相反的结合。在所述阴极芯吸结构上的小孔或沟槽可有助于输送气体氧化剂到达所述阴极用于在所述阴极进行的氧化反应。在所述阳极芯吸结构上的小孔或沟槽可有助于二氧化碳从所述阳极的排出。
在本发明中，所述水汲取装置可为一种泵或一种较所述阴极芯吸结构具有更强毛细作用的虹吸油芯。优选地，所述水汲取装置为一种泵，例如微型泵。所述含水液体燃料输送装置可为一种泵或一种较所述阳极芯吸结构具有较差毛细作用的虹吸油芯，而泵则是优选的。
所述阴极芯吸材料或阳极芯吸材料可为泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料。优选地，所述阴极芯吸材料或阳极吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维。更优选地，所述阴极芯吸材料或阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈和它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。在本申请中，所述“尼龙”是指尼龙类的所有成员。最为优选地，所述阴极芯吸材料或阳极芯吸材料，为一种聚氨酯泡沫体，如一种毡合的、网状的或毡合网状的聚氨酯泡沫体。
首先参见图1，直接甲醇燃料电池10含有一个膜电极装置(“MEA”)12(它包括一个夹在阳极16和阴极18之间的聚合物电解质膜(“PEM”)14)。所述PEM14为一种固体有机聚合物，通常为聚全氟磺酸，它构成所述膜电极装置(MEA)的内芯。商业可得的用作PEMs的聚全氟磺酸，E.I.DuPont de Nemours & Company有售，商标为NAFION。催化剂层(图中未画出)存在于所述PEM的每一侧上。所述PEM必须经水化处理，以合适地充当质子(氢离子)交换膜和电解质。
所述阳极16和阴极18是被所述PEM彼此分隔开的两个电极。所述阳极带有负电荷，而所述阴极带有正电荷。
邻近于所述阳极具有一个芯吸结构20，它是由一种85孔网状的聚醚聚氨酯泡沫体的12mm厚的薄片22经过毡合或压缩到其原有厚度的1/6(2mm)而形成的。参见图3和图4。所述毡合泡沫体切割到应有的尺寸，一个薄的多孔金属箔24部分地包裹所述薄片，以覆盖所述薄片22的全部MEA一侧。我们使用的所述多孔金属箔为Delker1.5Ni5-050F镍网。如图1所示，所述金属箔24包裹所述泡沫体22的顶面和底面，这样，所述金属箔的一部分也与避开所述MEA12的所述薄片的侧面接触。所述金属箔24适当地压接在所述薄片22上。所述芯吸结构20将芯吸并收集水分并收集水流。这有助于分布液体燃料到所述燃料电池的阳极侧，也有助于水化所述PEM14。
在图1所示的直接甲醇燃料电池中，所述燃料可为液态甲醇或一种甲醇与水混合的含水溶液，其中，甲醇占所述溶液的3-5％。其它的能够提供氢离子源的液体燃料也可采用，不过，甲醇是优选的。
邻近于所述芯吸结构20为双极板26。双极板26为一种导电性材料，其中形成有通道28，用来引导所述液体燃料流到所述燃料电池的阳极侧。箭头29指示液体燃料流入所述双极板26中的通道28的流动方向。
邻近于所述阴极18具有一个第二芯吸结构30，它是由一种85孔网状的聚醚聚氨酯泡沫体的12mm厚的薄片32经过毡合或压缩到其原有厚度的1/6(2mm)而形成的。参见图2。所述毡合泡沫体以每个直径为0.5mm的小孔的规则方格图案进行穿孔，在所述薄片中留下大约18％的穿孔空隙容积。所述毡合泡沫体接着切割到应有的尺寸，一个薄的多孔金属箔36(Delker 1.5Ni5-050F镍网)部分地包裹所述薄片，以覆盖所述薄片32的全部MEA一侧。如图1中所示，该金属箔36包裹所述泡沫体32，这样，该金属箔的一部分也与避开所述MEA12的所述薄片侧面接触。所述第二芯吸结构30将芯吸并收集水分并收集水流。这有助于水从所述燃料电池的阴极侧排出，从而避免淹没，并允许空气与所述阴极侧进行接触以保证氧气连续到达活性部位。
邻近于所述芯吸结构30为双极板38。双极板38为一种导电性材料，其中形成有通道40，用来引导所述氧化气体如氧气或空气，流到所述燃料电池10的阴极侧。箭头42指示气体流入所述双极板38中的通道40的流动方向。
在运转时，所述液体燃料(甲醇)29在所述阳极表面发生反应，释放出氢离子(H+)和电子(e-)。氢离子(H+)流过所述PEM14膜，在所述阴极侧与氧42和电子(e-)进行化合产生水。电子(e-)不能流过所述膜，它从所述阳极经由外部电路44(它含有一个消耗由所述电池产生的电能的电负载46)流到所述阴极。在所述阳极和阴极的反应产物分别为二氧化碳(CO2)和水(H2O)。
所述芯吸结构30收集在阴极18产生的水分，并将它从所述阴极活性部位芯吸移走。所述水分接着可流过液体流动通路48，它可抽吸或管道输送到一个贮水池或混合地点，用来与纯液体燃料进行混合以形成一种含水流体燃料溶液。由于所述芯吸结构的毛细作用，它保持液体存在于该结构的空隙或孔隙中，必须施加抽吸或抽拉作用力，将所述水分从第二芯吸结构30中吸取到所述液体流动通路48中。泵49为一种用来从所述芯吸结构30中汲取出水分的装置，以再循环所述燃料补给。一种特别优选的泵为一种微量分配泵或微型泵，它每次脉冲可抽吸0.8微升，它可从Pump Works，Inc.购得。替代的抽吸装置对于本领域技术人员是易于理解的。
本发明所述芯吸结构具有的厚度其范围为0.1-10mm，优选为0.5-4.0mm，最优选是低于约2.0mm。
所述芯吸结构是由泡沫体、捆扎的纤维和非纺织的纤维或这些材料混合物的芯吸材料所形成的。下述材料是特别优选的聚氨酯泡沫体，毡合的聚氨酯泡沫体，网状的聚氨酯泡沫体，毡合的网状聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，尼龙、聚丙烯、聚酯、纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈以及它们的混合物的非纺织的毡制品或捆扎品。
如果是选用聚氨酯泡沫体制备所述芯吸结构，则这类泡沫体应该具有的密度其范围为0.5-25磅/立方英尺，且具有的孔隙尺寸其范围为10-200个孔隙/线性英寸，优选地，密度范围为0.5-15磅/立方英尺，且其孔隙尺寸范围为40-200个孔隙/线性英寸，最优选地，其密度范围为0.5-10磅/立方英尺，且其孔隙尺寸范围为75-200个孔隙/线性英寸。
毡合是在施加热量和压力的条件下进行的，以压缩泡沫体结构使之具有提高的坚固性和降低的空隙容积。一旦毡合，则所述泡沫体就不能回弹到其原有的厚度，而是仍保持被压缩状态。毡合的泡沫体一般地较未毡合的泡沫体，具有提高的毛细作用和水保留能力。如果选用一种毡合的聚氨酯泡沫体制备所述芯吸结构，则这类泡沫体应该具有的密度其范围为2.0-45磅/立方英尺，且其压缩比范围为1.1-30，优选地，密度范围为3-15磅/立方英尺，且其压缩比范围为1.1-20，最优选地，其密度范围为3-15磅/立方英尺，且其压缩比范围为2.0-15。
与所述芯吸材料薄片相关连以形成优选实施方案的所述芯吸结构的导电层，可为一种金属网或一种多孔金属箔或金属棉。用于此应用的实例性金属为金、铂、镍、不锈钢、钨、铑、钴、钛、银、铜、铬、锌、iconel和它们的组合物或合金。在潮湿环境下不发生腐蚀的金属，适合用于所述导电层。所述导电层也可为一种导电的碳涂层或一种具有导电粒子分散于其中的油漆或涂层。
如图1-4所示，所述金属箔压接在所述芯吸材料薄片上。一种替代方案是，所述导电层可连接或附加到所述芯吸材料的表面上。如果所述芯吸材料为一种泡沫体，所述导电层为一种金属基质，则所述导电层不需要粘结剂就可直接层压到所述泡沫体的表面之上。例如，所述泡沫体表面可通过加热而被软化，所述导电层涂布到所述软化的泡沫体表面上。一种替代方案是，在泡沫体进行毡合时，所述导电层可压缩到所述泡沫体之中。如果所述导电层是采用一种涂料形成的，则所述涂料可采用本领域技术人员已知的多种不同方法涂布到所述芯吸材料之上，如刷涂法、汽相沉积法、等离子体沉积法、电弧焊接法和非电镀法。
本发明所述芯吸结构的一个优点在于，它们不仅可芯吸并保持液体，而且，它们可释放出液体，并允许液体从那里以一种可预测的方法进行调节，不需要依赖于重力，也不受重力干扰。所述芯吸材料的毛细作用可以对其进行控制，这样，无论与重力的方向如何，所述芯吸结构都可进行工作。这类芯吸结构用于燃料电池中为便携式电子设备如电池电话(它在使用中不会保持在一个固定的方向)提供电力是很理想的。
图5和6所示为一种备选的用于所述液体燃料电池阴极侧的芯吸结构50。一种85孔网状的聚醚聚氨酯泡沫体的12mm厚的薄片85永久地压缩到其原有厚度的1/6(2mm)(压缩比＝6)。所述毡合泡沫体以每个直径为0.5mm的小孔52的规则方格图案进行穿孔，在所述薄片中留下大约18％的穿孔空隙容积。尽管此实施方案没有导电层或涂层，但是，所述芯吸结构50将芯吸并收集来自所述液体燃料电池阴极侧的水分，并允许氧气源气体经由所述穿孔52与所述MEA的阴极侧进行接触，从而避免淹没。
图7所示为一种备选的用于所述液体燃料电池阳极或阴极侧的芯吸结构54。一种85孔网状的聚醚聚氨酯泡沫体的12mm厚的薄片85被毡合(永久地压缩)到其原有厚度的1/6(2mm)(压缩比＝6)。在所述泡沫体的绳线之间具有空隙的所述开口结构(由于网状结构，它可允许流体流入到其中)，将芯吸并保持水分或液体流体或液体流体含水溶液。尽管此实施方案没有导电层或涂层，但是，所述芯吸结构54将芯吸并收集来自所述液体燃料电池阴极侧的水分。如果安装在所述阳极一侧，则此实施方案将会分布和保持液体燃料，并有助于水合所述PEM。
图8和9所示为一种芯吸材料形成的通道58的薄片56的结构。所述通道58呈一种规则的平行排列，但是，可以提供适合应用的备选结构。所述通道具有用来提高空气流动的缝隙。所述芯吸材料可含有通道和小孔或穿孔的组合(图中未画出)，以进一步提高空气流动到所述燃料电池的电极上，尤其是阴极上。这种芯吸材料可单独形成芯吸结构，也可与导电层结合(图8和9中未画出)。
图10和11图示说明用来制备具有梯度毛细作用的芯吸材料如泡沫体的方法。如图10所示，具有一致性的密度和孔隙尺寸的泡沫体楔形厚板60，在第一端61具有厚度T1，在第二端65具有厚度T2。所述厚板60经过一个毡合步骤—高温压缩一段所需的时间，以压缩所述厚板60至一致性的厚度T3，它小于所述厚度T1和T2。在所述第一端61需要一个较大压力，由箭头62表示，用来压缩所述材料从T1至T3，在所述第二端65需要一个较小压力，由箭头64表示，用来压缩所述材料从T2至T3。
沿图11所示毡合泡沫体的长度方向，所述泡沫体材料的压缩比是不同的，在第一端61具有最大压缩比(T1/T3)。毛细压力与有效毛细半径成反比，而有效毛细半径随着提高的坚固性或压缩而降低。图11中箭头66表示从较低毡合坚固性或毛细作用区域到较高毡合坚固性的毛细流动方向。因此，如果一种芯吸材料或吸结构是采用一种具有梯度毛细作用的泡沫体形成的，则芯吸到所述材料中的液体燃料就可直接从具有较低压缩比的材料区域，流到另一个具有较高压缩比的区域。
在一个优选实施方案中，所述芯吸结构的芯吸材料是以不同的压缩程度在一个区域与另一区域进行毡合的，这样，所述芯吸材料的毛细作用就会沿其长度而不同。照这样，保留在所述芯吸材料中的液体就可直接从所述芯吸材料的一个区域流到另一个区域。在邻近于所述阴极的芯吸结构之中的芯吸材料的这种不同程度的毡合，将有助于从所述燃料电池的阴极一侧抽取出水分。邻近于所述阳极的芯吸结构之中的芯吸材料的这种不同程度的毡合，将有助于抽取液体燃料到所述燃料电池之中。
图12图示说明了本发明的液体燃料电池100的一种实施方案，它含有一个带有产物水从阴极106到阳极102的再循环结构的PEM104。所述阴极具有一个结合在其中的阴极芯吸结构110和一个含有催化剂的层108。在所述阴极的产物水被所述阴极芯吸结构110芯吸取走，该水分被水汲取装置114从所述阴极芯吸结构取走，并放入到水流动通路112中。存在于所述水流动通路112中的水与浓缩液体燃料管线116中的浓缩液体燃料进行混合，从而在输送含水液体燃料到阳极的流体燃料流动通路118中形成一种含水液体燃料。
在上述的图12中，以及图13-24中，为了简洁起见，阳极和阴极之间的导电连接没有画出。
图13所示为本发明所述液体燃料电池120的另一种实施方案的示意图，它含有一个带有产物水从阴极122到阳极102的再循环结构的PEM104。与所述阴极相邻的为一种阴极芯吸结构124。
图14图示说明了本发明的液体燃料电池132的一种实施方案，它含有一个带有产物水从阴极106到阳极126的再循环结构的PEM104，其中，所述阳极具有一个结合在其中的阳极芯结构128。所述阴极具有一个结合在其中的阴极芯吸结构110和一个含有催化剂的层108。在所述阴极的产物水被所述阴极芯吸结构110芯吸取走，该水分被水汲取装置114从所述阴极芯吸结构取走，并放入到水流动通路112中。存在于所述水流动通路112中的水与浓缩液体燃料管线116中的浓缩液体燃料进行混合，从而在流体燃料流动通路118(它输送含水液体燃料到与一种含有催化剂的层130相邻的阳极芯吸结构128)中形成一种含水液体燃料。
图15所示为本发明所述液体燃料电池134的另一种实施方案的示意图，它含有一个带有产物水从阴极122到阳极136的再循环结构的PEM104。与所述阴极相邻的为一种阴极芯吸结构124，与所述阳极相邻的为一种阳极芯吸结构138。
图16所示为本发明所述液体燃料电池140的一种实施方案的示意图，它含有一个带有产物水从阴极122到阳极102的再循环结构的PEM104。与所述阴极相邻的为一种阴极芯吸结构144，它在朝向所述阴极的表面上具有沟槽142。
图17所示为本发明所述液体燃料电池146的一种实施方案的示意图，它带有产物水从阴极122到阳极152的再循环结构。与所述阴极相邻的为一种阴极芯吸结构124。与所述阳极相邻的为一种阳极芯吸结构148，它在朝向所述阴极的表面上具有沟槽150。
图18所示为本发明所述液体燃料电池160的另一种实施方案的示意图，它带有产物水从阴极122到阳极152的再循环结构。与所述阴极相邻的为一种阴极芯吸结构124。与所述阳极相邻的为一种阳极芯吸结构154，它在朝向所述阳极的表面上具有沟槽156，在避开所述阳极的表面上具有沟槽158。在避开所述阳极的阳极芯吸结构表面上的沟槽有助于输送所述含水液体燃料到所述阳极上。在朝向所述阳极的阳极芯吸结构表面上的沟槽有助于二氧化碳从所述阳极排出。
图19所示为本发明所述液体燃料电池166的另一种实施方案的示意图，它带有产物水从阴极122到阳极152的再循环结构。与所述阴极相邻的为一种阴极芯吸结构124。与所述阳极相邻的为一种阳极芯吸结构162，它在避开所述阳极的表面上具有沟槽164。在避开所述阳极的阳极芯吸结构表面上的沟槽有助于输送所述含水液体燃料到所述阳极上。
图20所示为本发明液体燃料电池的一种实施方案的示意图，在至少一个电极的芯吸结构中具有穿孔。所述液体燃料电池含有MEA180，包括阳极174、PEM176、阴极178和一种具有与所述阳极相邻的小孔172的阳极芯吸结构170。
图21所示为本发明液体燃料电池的一种实施方案的示意图，在至少一个电极的芯吸结构中具有穿孔。所述液体燃料电池含有MEA190，包括阳极188、PEM176和阴极178，其中所述阳极包括一种具有催化剂的层184和一种具有小孔186的阳极芯吸结构182，所述阳极芯吸结构是结合在所述阳极之中的。
图22所示为本发明液体燃料电池的一种实施方案的示意图，在至少一个电极的芯吸结构中具有穿孔。所述液体燃料电池含有MEA196，包括阳极174、PEM176、阴极178和一种具有与所述阴极相邻的小孔194的阴极芯吸结构192。
图23所示为本发明液体燃料电池的一种实施方案的示意图，在至少一个电极的芯吸结构中具有穿孔。所述液体燃料电池含有MEA206，包括阳极174、PEM176和阴极204，其中所述阴极包括一种具有催化剂的层200和一种具有小孔202的阴极芯吸结构198，所述阴极芯吸结构是结合在所述阴极之中的。
图24所示为本发明液体燃料电池的一种实施方案的示意图，在至少一个电极的芯吸结构中具有穿孔。所述液体燃料电池含有MEA208，包括阳极174、PEM176、阴极178、一个具有与所述阴极相邻的小孔194的阴极芯吸结构192和一个与所述阳极相邻的小孔172的阳极芯吸结构172。
本发明其它方面的目的在于带有产物水从阴极到阳极的再循环结构的液体燃料电池，其中没有外部的水添加到所述液体燃料电池中。在本发明所述带有产物水从阴极到阳极的再循环结构的液体燃料电池的某些实施方案中，从所述阴极芯吸结构汲取的水分基本上是所述含水液体燃料中供给所述阳极的唯一水分。在本发明所述带有产物水从阴极到阳极的再循环结构的液体燃料电池的另一种实施方案中，从所述阴极芯吸结构汲取的水分和存在于所述浓缩液体燃料中的所有水分是供给所述阳极的仅有的水分。
在本发明所述液体燃料电池中，所述液体燃料可为甲醇、乙醇、丙二醇、三甲氧基甲烷、二甲氧基甲烷、甲酸和肼，甲醇是优选的。所述浓缩液体燃料可为纯的甲醇或一种甲醇的含水混合物，其具有的甲醇浓度至少约25％，至少约50％，至少约65％，约70％至约99％，约80％至约98％，或约85％至95％。甲醇在所述含水甲醇混合物中的百分比是以重量/重量为基准表示的。
本发明业已经通过详细的说明和优选实施方案的实例对其作了例证性说明。形式和细节上的多种不同变化是属于本领域技术人员的技能范围之内的。因此，本发明必须由权利要求书保护的范围为界，而不是由实例或优选实施方案的说明所限定的。
权利要求
1.一种液体燃料电池，包括供给有含水液体燃料的阳极，所述燃料在所述阳极被氧化；供给有气体氧化剂的阴极；设置在所述阳极和阴极之间的固体聚合物电解质膜输送所述液体燃料到所述阳极的液体燃料流动通路；输送水到所述液体燃料流动通路的水流动通路；浓缩的液体燃料管线，它输送浓缩的液体燃料到所述液体燃料流动通路中，在那里与水进行混合以形成含水液体燃料；结合到所述阴极中或与其流体连通的阴极芯吸结构，其中，所述阴极芯吸结构包括一种阴极芯吸材料，它可芯吸水分到其中且所述水可从其中释放出来，所述阴极芯吸材料具有阴极芯吸材料最长尺寸和大于所述阴极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度；和水汲取装置，用来使所述阴极芯吸结构中的水流到所述水流动通路中。
2.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述水汲取装置为一种泵或一种较所述阴极芯吸结构具有更高毛细作用的虹吸油芯。
3.权利要求2所述液体燃料电池，其中所述水汲取装置为泵。
4.权利要求2所述液体燃料电池，其中所述水汲取装置为所述虹吸油芯。
5.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸材料具有较所述阴极芯吸材料最长尺寸更大的自由起发芯吸高度。
6.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
7.权利要求6所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
8.权利要求7所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
9.权利要求8所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
10.权利要求9所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
11.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其尺寸足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
12.权利要求11所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，且其中所述小孔的数目和尺寸，可输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
13.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是结合在所述阴极之中；所述阴极还包括第一阴极表面、第二阴极表面和存在于第二阴极表面上的催化剂，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阴极芯吸结构表面形成第一阴极表面，且所述第一阴极芯吸结构表面其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以输送一定数量的气体氧化剂到所述阴极从而在其上进行氧化反应。
14.权利要求13所述液体燃料电池，其中所述第一阴极芯吸结构表面具有多个沟槽，其数目和尺寸足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极从而在其上进行氧化反应。
15.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是在外部的但与所述阴极是流体连通的；所述阴极还包括第一阴极表面和第二阴极表面，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面邻近于所述第一阴极表面，且所述第一阴极芯吸结构表面避开所述阴极，且所述第二阴极芯吸结构表面其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以输送一定数量的气体氧化剂到所述阴极从而在其上进行氧化反应。
16.权利要求15所述液体燃料电池，其中所述第二阴极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以输送量的气体氧化剂到所述阴极从而在其上进行氧化反应。
17.权利要求1所述液体燃料电池，还包括一个邻近于所述阴极芯吸结构的导电层。
18.权利要求17所述液体燃料电池，其中所述导电层是附加在所述阴极芯吸结构表面之上。
19.权利要求18所述液体燃料电池，其中所述导电层是压接到所述阴极芯吸结构表面之上。
20.权利要求17所述液体燃料电池，其中所述导电层包括金属网、金属棉或多孔金属箔。
21.权利要求17所述液体燃料电池，其中所述导电层包括一种导电涂层存在于所述阴极芯吸结构表面之上，所述导电涂层包括一种选自由金属和碳或它们的混合物所组成的组。
22.权利要求17所述液体燃料电池，其中所述导电层与电流回路是电连通的。
23.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有可将水分从所述阴极抽走的毛细作用梯度。
24.权利要求23所述燃料电池，其中所述阴极芯吸结构包括至少第一和第二芯吸材料，其中所述第一芯吸材料较所述第二芯吸材料具有更高的毛细作用，其中所述第一芯吸材料具有最长尺寸，所述第一芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述最长尺寸的一半。
25.权利要求24所述燃料电池，其中所述第一芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述最长尺寸。
26.权利要求1所述液体燃料电池，还包括结合到所述阳极中或与其流体连通的阳极芯吸结构，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸所述液体燃料到其中且所述液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度，且所述阳极芯吸结构与所述液体燃料流动通路是流体连通的。
27.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述阳极芯吸材料最长尺寸。
28.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
29.权利要求28所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
30.权利要求29所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
31.权利要求30所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
32.权利要求31所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
33.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其具有的开口面积尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
34.权利要求33所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，其具有的总开口面积尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
35.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是结合到所述阳极之中，所述阳极还包括第一阳极表面、第二阳极表面和存在于第二阳极表面上的催化剂，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阳极芯吸结构表面形成第一阳极表面，且其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
36.权利要求35所述液体燃料电池，其中所述第一阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
37.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述第一阳极表面，并且具有至少一个沟槽，该沟槽的尺寸足以使二氧化碳从阳极逸出，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极。
38.权利要求37所述液体燃料电池，其中所述第二阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
39.权利要求26所述液体燃料电池，还包括一个邻近于所述阳极芯吸结构的导电层。
40.权利要求39所述液体燃料电池，其中所述导电层是附加在所述阳极芯吸结构表面之上。
41.权利要求39所述液体燃料电池，其中所述导电层是压接到所述阳极芯吸结构表面之上。
42.权利要求39所述液体燃料电池，其中所述导电层包括金属网、金属棉或多孔金属箔。
43.权利要求39所述液体燃料电池，其中所述导电层包括一种导电涂层存在于所述阴极芯吸结构表面之上，所述导电涂层包括一种选自由金属和碳或它们的混合物所组成的组。
44.权利要求39所述液体燃料电池，其中所述导电层与电流回路是电连通的。
45.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有可将所述液体燃料从所述液体燃料流动通路驱使到所述阳极的毛细作用梯度。
46.权利要求45所述燃料电池，其中所述阳极芯吸结构包括至少第一和第二芯吸材料，其中所述第一芯吸材料较所述第二芯吸材料具有更高的毛细作用，其中所述第一芯吸材料具有最长尺寸，所述第一芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述最长尺寸的一半。
47.权利要求46所述燃料电池，其中所述第一芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述最长尺寸。
48.权利要求12所述液体燃料电池，还包括一个结合到所述阳极中或与其流体连通的阳极芯吸结构，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸所述含水液体燃料到其中且所述含水液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度，且所述阳极芯吸结构与所述液体燃料流动通路是流体连通的。
49.权利要求48所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述阳极芯吸材料最长尺寸。
50.权利要求48所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其具有的开口面积尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
51.权利要求50所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，其具有的总开口面积尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
52.权利要求48所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
53.权利要求52所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
54.权利要求53所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
55.权利要求54所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
56.权利要求53所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
57.权利要求48所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是结合到所述阴极之中，所述阳极还包括第一阳极表面、第二阳极表面和存在于第二阳极表面上的催化剂，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阳极芯吸结构表面形成第一阳极表面，且其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
58.权利要求57所述液体燃料电池，其中所述第一阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
59.权利要求58所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
60.权利要求59所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
61.权利要求60所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
62.权利要求61所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
63.权利要求61所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
64.权利要求48所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部的但与所述阴极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述第一阳极表面，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极，且所述第二阳极芯吸结构表面具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
65.权利要求64所述液体燃料电池，其中所述第二阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
66.权利要求65所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
67.权利要求66所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
68.权利要求67所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
69.权利要求68所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
70.权利要求68所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
71.权利要求14所述液体燃料电池，还包括结合到所述阳极中或与其流体连通的阳极芯吸结构，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸所述液体燃料到其中且所述液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度，且所述阳极芯吸结构与所述液体燃料流动通路是流体连通的。
72.权利要求71所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述阳极芯吸材料最长尺寸。
73.权利要求71所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其具有的尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
74.权利要求73所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，其具有的总开口面积尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
75.权利要求74所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
76.权利要求75所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
77.权利要求75所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
78.权利要求77所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
79.权利要求77所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
80.权利要求71所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是结合到所述阳极之中，所述阳极还包括第一阳极表面、第二阳极表面和存在于第二阳极表面上的催化剂，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阳极芯吸结构表面形成第一阳极表面，且其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
81.权利要求80所述液体燃料电池，其中所述第一阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
82.权利要求81所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
83.权利要求82所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
84.权利要求83所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
85.权利要求84所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
86.权利要求84所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
87.权利要求71所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述第一阳极表面，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极，且所述第二阳极芯吸结构表面具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
88.权利要求87所述液体燃料电池，其中所述第二阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
89.权利要求88所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
90.权利要求89所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
91.权利要求90所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
92.权利要求91所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
93.权利要求90所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
94.权利要求16所述液体燃料电池，还包括结合到所述阳极中或与其是流体连通的阳极芯吸结构，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸所述液体燃料到其中且所述液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度，且所述阳极芯吸结构与所述液体燃料流动通路是流体连通的。
95.权利要求94所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料的自由起发芯吸高度大于所述阳极芯吸材料最长尺寸。
96.权利要求94所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其具有尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
97.权利要求96所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，其具有的总开口面积尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
98.权利要求97所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
99.权利要求98所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
100.权利要求98所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
101.权利要求100所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
102.权利要求100所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
103.权利要求94所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是结合到所述阳极之中，所述阳极还包括第一阳极表面、第二阳极表面和存在于第二阳极表面上的催化剂，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阳极芯吸结构表面形成第一阳极表面，且其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
104.权利要求103所述液体燃料电池，其中所述第一阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
105.权利要求104所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
106.权利要求104所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
107.权利要求106所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
108.权利要求107所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
109.权利要求107所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
110.权利要求94所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述第一阳极表面，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极，且所述第二阳极芯吸结构表面具有至少一个沟槽，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
111.权利要求110所述液体燃料电池，其中所述第二阳极芯吸结构表面其上具有多个沟槽，其中所述槽数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
112.权利要求111所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维、非纺织的纤维或无机多孔材料所组成的组。
113.权利要求112所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自由泡沫体、捆扎的纤维、编织的纤维、纺织的纤维或非纺织的纤维所组成的组。
114.权利要求113所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料是选自聚氨酯泡沫体，蜜胺泡沫体，纤维素泡沫体，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的非纺织的毡制品，以及纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它们的混合物的捆扎的、编织的或纺织的纤维。
115.权利要求114所述液体燃料电池，其中所述聚氨酯为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体，所述聚酰胺为尼龙，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
116.权利要求114所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸材料为一种毡合的聚氨酯泡沫体、网状的聚氨酯泡沫体或毡合的网状聚氨酯泡沫体。
117.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是结合到所述阴极之中，所述阴极还包括第一阴极表面、第二阴极表面和存在于第二阴极表面上的催化剂，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阴极芯吸结构表面形成第一阴极表面。
118.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是在外部但与所述阴极是流体连通的，所述阴极还包括第一阴极表面和第二阴极表面，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面邻近于所述第一阴极表面，且所述第一阴极芯吸结构表面避开所述阴极。
119.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是结合到所述阳极之中，所述阳极还包括第一阳极表面、第二阳极表面和存在于第二阳极表面上的催化剂，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述催化剂，所述第一阳极芯吸结构表面形成第一阳极表面。
120.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面邻近于所述第一阳极表面，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极。
121.一种液体燃料电池，包括供给有含水液体燃料的阳极，所述燃料在所述阳极被氧化；供给有气体氧化剂的阴极；设置在所述阳极和阴极之间的固体聚合物电解质膜结合到所述阴极中或与其流体连通的阴极芯吸结构，其中，所述阴极芯吸结构包括一种阴极芯吸材料，它可芯吸水分到其中且所述水可从其中释放出来，所述阴极芯吸材料具有阴极芯吸材料最长尺寸和大于所述阴极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度；其中所述阴极芯吸材料具有一定厚度且限定多个透过所述厚度的小孔，所述小孔基本不具有毛细作用；和其中所述小孔的数目和尺寸足以输送流过有效量气体氧化剂到所述阴极在其上进行氧化反应。
122.权利要求121所述液体燃料电池，其中所述自由起发芯吸高度大于所述阴极芯吸材料的最大尺寸。
123.权利要求121所述液体燃料电池，还包括结合到所述阳极中或与其流体连通的阳极芯吸结构，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸所述液体燃料到其中且所述液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度，其中所述阳极芯吸材料具有一定厚度且限定多个透过所述厚度的小孔，所述小孔基本不具有毛细作用；和其中所述小孔的数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
124.一种液体燃料电池，包括供给有含水液体燃料的阳极，所述燃料在所述阳极被氧化；供给有气体氧化剂的阴极；设置在所述阳极和阴极之间的固体聚合物电解质膜结合到所述阳极中或与其流体连通的阳极芯吸结构，其中，所述阳极芯吸结构包括一种阳极芯吸材料，它可芯吸含水液体燃料到其中且所述含水液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度；其中所述阳极芯吸材料具有一定厚度且限定多个透过所述厚度的小孔，所述小孔基本不具有毛细作用；和其中所述小孔的数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极逸出。
125.权利要求1所述液体燃料电池，其中没有外部的水加入到所述液体燃料电池中。
126.权利要求1所述液体燃料电池，其中，从所述阴极芯吸结构汲取的水分基本上是所述含水液体燃料中供给所述阳极的仅有的水分。
127.权利要求1所述液体燃料电池，其中，从所述阴极芯吸结构汲取的水分和所有存在于所述浓缩液体燃料中的水分是供给到阳极的仅有的水分。
128.权利要求13所述的液体燃料电池，其中，没有外部水分加入燃料电池。
129.权利要求15所述的液体燃料电池，其中，没有外部水分加入燃料电池。
130.一种用于具有阴极和阴极的液体燃料电池中液体处理的方法，所述方法包括下述步骤(a)从所述阴极中芯吸水分到一个与所述阴极流体连通的阴极芯吸结构中，其中，所述阴极芯吸结构包括一种可芯吸水分到其中且水分可从其中释放出来的阴极芯吸材料，所述阴极芯吸材料具有阴极芯吸材料最长尺寸和大于所述阴极芯吸材料最长尺寸一半的第一自由起发芯吸高度；(b)从所述阴极芯吸结构中释放出水；(c)提供一种浓缩的液体燃料源；(d)使步骤(b)中的阴极芯吸结构中释放出来的水与来自所述源的浓缩液体燃料进行混合，以形成一种含水液体燃料；和此后(e)通过输送所述含水液体燃料混合物到所述阳极，为所述阳极提供含水液体燃料。
131.权利要求130所述方法，其中，步骤(b)是通过使用一种水汲取装置从所述阴极芯吸结构中汲取水分以输送水分到一个水流动通路之中而实现的。
132.权利要求131所述方法，其中，步骤(b)是通过使用一种泵从所述阴极芯吸结构中汲取水分以输送水分到一个水流动通路之中而实现的。
133.权利要求131所述方法，其中，步骤(b)是通过使用一种虹吸油芯从所述阴极芯吸结构中汲取水分以输送水分到一个水流动通路之中而实现的。
134.权利要求130所述方法，其中，步骤(e)是通过输送所述含水液体燃料到一个结合在所述阳极中或与所述阳极流体连通的阳极芯吸结构中而实现的，其中，所述阳极芯吸结构包括一个阳极芯吸材料，它可芯吸所述含水液体燃料到其中且所述含水液体燃料可从其中释放出来，所述阳极芯吸材料具有阳极芯吸材料最长尺寸和大于所述阳极芯吸材料最长尺寸一半的自由起发芯吸高度。
135.权利要求1所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是在外部但与所述阴极是流体连通的，所述阴极还包括第一阴极表面和第二阴极表面，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面朝向所述阴极，所述第一阴极芯吸结构表面避开所述阴极。
136.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构是在外部但与所述阴极是流体连通的，所述阴极还包括第一阴极表面和第二阴极表面，所述第二阴极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阴极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阴极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阴极芯吸结构表面，所述第二阴极芯吸结构表面朝向所述阴极，且所述第一阴极芯吸结构表面避开所述阴极。
137.权利要求26所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面朝向所述阳极，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极。
138.权利要求136所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构是在外部但与所述阳极是流体连通的，所述阳极还包括第一阳极表面和第二阳极表面，所述第二阳极表面邻近于所述固体聚合物电解质膜，所述第一阳极表面避开所述固体聚合物电解质膜和所述阳极芯吸结构是平坦的，且具有第一和第二阳极芯吸结构表面，所述第二阳极芯吸结构表面朝向所述阳极，且所述第一阳极芯吸结构表面避开所述阳极。
139.权利要求135所述液体燃料电池，其中所述第二阴极芯吸结构其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以输送一定数量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
140.权利要求139所述液体燃料电池，其中所述第二阴极芯吸结构其上具有多个沟槽，且其中所述沟槽的数目和尺寸足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
141.权利要求135所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其尺寸足以输送一定数量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
142.权利要求141所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，且其中所述小孔的数目和尺寸，足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
143.权利要求136所述液体燃料电池，其中所述第二阴极芯吸结构其上具有至少一个沟槽，其尺寸足以输送一定量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
144.权利要求143所述液体燃料电池，其中所述第二阴极芯吸结构其上具有多个沟槽，且其中所述沟槽的数目和尺寸足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
145.权利要求136所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其尺寸足以输送一定数量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
146.权利要求145所述液体燃料电池，其中所述阴极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，且其中所述小孔的数目和尺寸，足以输送有效量的气体氧化剂到所述阴极以便在所述阴极进行氧化反应。
147.权利要求137所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
148.权利要求147所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，其中所述小孔的数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
149.权利要求138所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有一定厚度且限定至少一个小孔透过所述厚度，其尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
150.权利要求149所述液体燃料电池，其中所述阳极芯吸结构具有多个透过所述厚度的小孔，其中所述小孔的数目和尺寸足以允许二氧化碳从所述阳极排出。
全文摘要
在本发明中，直接液体燃料电池特别是直接甲醇燃料电池中水的回收，是通过引入一种邻近于阴极的、由一种芯吸材料(它可为一种复合材料)组成的芯吸结构而实现的。所述芯吸材料具有的自由起发芯吸高度至少为其最长尺寸的一半。所述芯吸材料可选自泡沫体、编织的纤维、捆扎的纤维、纺织纤维和非纺织纤维。在一种实施方案中，透过所述薄片厚度形成小孔或穿孔，并有一个导电层邻近于、粘附在或涂布所述芯吸材料的至少一个表面上。为了再循环水，在邻近所述阳极结合有一个芯吸材料的第二芯吸结构，在所述第一和第二芯吸结构之间具有一个液体流动通路。吸收的水流过所述液体流动通路，与燃料进行混合并输送到邻近所述阳极的第二芯吸结构中。
文档编号H01M8/00GK1402371SQ02140529
公开日2003年3月12日 申请日期2002年7月1日 优先权日2001年6月29日
发明者马克R·金克拉尔, 安德鲁M·汤普森 申请人:L.P.福梅克斯公司