专利名称：：一种燃料供应装置及包括该燃料供应装置的燃料电池的制作方法
技术领域：
：本发明关于一种燃料供应装置及包括该燃料供应装置的燃料电池。
背景技术：
：燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，它具有效率高、污染少和噪声低等特点。现有的燃料电池一般包括阳极、阴极、位于阳极和阴极之间的质子交换膜和燃料供应装置。以燃料为甲醇、氧化剂为空气或氧气为例，电池发生如下电化学反应阳极发生如下电化学反应CH3OH+H20—C。2+6H^+6e(1)与此同时，在阴极发生如下电化学反应-3/202+6H"+6e—3H20,(2)总反应CH3OH+3/202—C02+2H20(3)阳极和阴极的上述电化学反应使阳极和阴极产生电位差，阳极产生的电子通过阳极外层的导流板和外部导电体，最后被阴极捕获。阳极产生的质子则透过质子膜直接传递给阴极，这样就形成了电流。由于甲醇的渗透性较强，因此阳极侧的甲醇很容易透过质子交换膜进入阴极侧，不仅浪费燃料，而且造成电池电压下降，导致电池的效率降低。因此，一般阳极所用的甲醇燃料须经过稀释才能使用，但稀释后的甲醇携带很不方便，因此需要一个中间装置将高浓度甲醇稀释为低浓度的甲醇后再进行使用。例如，US6303244提出了一种直接甲醇燃料电池系统，该系统将阴极反应生成的水收集起来，用两个泵分别将水与甲醇注入到一个燃料混合器中，混合均匀后供燃料电池阳极使用。US20060127743公开了一种直接液体燃料电池的燃料传输设备，该设备将高浓度甲醇通过毛细管吸入一个加热器，在加热器将甲醇加热成气态，再进入燃料混合器，然后通过泵进入燃料电池的阳极。以上两种方法虽然能达到降低甲醇浓度的目的，但前者需要泵来推动甲醇的流动，后者需要加热甲醇至蒸气状态，均需要耗能，如果应用于小型电子设备时，不仅体积大，而且能量效率低。因此，US20040058222公开了一种被动式的燃料浓度控制方法，该方法在第一燃料供应器和第二燃料供应器间添加能透过燃料而不能透过水的膜，所述第一燃料供应器中储存有高浓度的有机燃料，所述第二燃料供应器中储存有低浓度的有机燃料，当第二燃料供应器中所储存的低浓度的有机燃料消耗后，第一燃料供应器中的高浓度的有机燃料会透过膜进入第二燃料供应器，而第二燃料供应器内的水不能透过膜进入第一燃料供应器。但是第一燃料供应器和第二燃料供应器间添加的膜容易受到有机燃料中杂质的影响，导致使用寿命短、可靠性差。
发明内容本发明的目的是克服现有燃料供应装置中存在的使用寿命短、可靠性差的缺点，提供一种使用寿命长、可靠性好的燃料供应装置。本发明的另一个目的是提供包括该燃料供应装置的被动式燃料电池。本发明提供了一种燃料供应装置，该燃料供应装置包括第一燃料供应器l和第二燃料供应器2;其中，该燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道(3)，所述第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)通过所述通道(3)连通。本发明还提供了一种被动式燃料电池，电池外壳4、阳极腔室6、阳极集流体9、阳极15、阴极腔室5、阴极集流体IO、阴极16、质子交换膜8、单向阀7和燃料供应装置，所述阳极集流体9位于阳极腔室6中，所述阴极集流体10位于阴极腔室5中，所述质子交换膜8位于阳极15及阴极16之间，所述燃料供应装置包括第一燃料供应器1和第二燃料供应器2，所述阳极腔室6与第二燃料供应器2连通，其特征在于，所述燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道3，所述第一燃料供应器1和第二燃料供应器2通过所述通道3连通，所述阴极腔室5与第二燃料供应器2通过单向阀7连通。本发明所提供的燃料供应装置在现有燃料供应装置的基础上进行了改进，通过使用至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面比为150-600的通道3连通第一燃料供应器1和第二燃料供应器2，使高浓度有机燃料从第一燃料供应器1进入第二燃料供应器2，并且可以避免第二燃料供应器2中的水进入到第一燃料供应器l中，由于通道3受燃料中杂质影响小，因此提高了燃料供应装置的使用寿命和可靠性，同时，还提高了包括该燃料供应装置的被动式燃料电池的使用寿命和可靠性。此外，本发明易于实现，对用于小型电子产品的有机燃料电池具有非常重要的意义。图1是发明所提供的被动式燃料电池的组成连接图2是本发明中检测被动式燃料电池使用寿命和稳定性的方法示意图。附图标记说明l一第一燃料供应器2—第二燃料供应器3—通道4—电池外壳5—阴极腔室6—阳极腔室7—单向阀8—质子交换膜9一阳极集流体IO—阴极集流体ll一电压表12_电流表13—负载14一燃料电池15—阳极16_阴极具体实施例方式本发明提供了一种燃料供应装置，该燃料供应装置包括第一燃料供应器l和第二燃料供应器2;其中，该燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道3，所述第一燃料供应器1和第二燃料供应器2通过所述通道3连通。本发明人发现，通道3的长度与横截面积比过大则流体流动阻力增加，通道3的长度与横截面积比过小不能有效的阻止燃料电池不工作时，有机燃料和水在第一燃料供应器1和第二燃料供应器2间的扩散，导致第二燃料供应器2中有机燃料浓度过大，因此优选通道3的长度与横截面积比为150-600，进一步优选为250-400。本发明中，所述通道3的材料可以是本领域中各种常规的材料，例如可以为金属、橡胶、塑料、玻璃或陶瓷。本发明对通道横截面的形状没有特别的要求，例如可以为圆形、椭圆形或多边形。所述第一燃料供应器1和第二燃料供应器2可以是任意能够供给有机燃料的供应器，如储存有机燃料的供应器。所述储存有机燃料的供应器的材料为本领域技术人员所公知，如可以是不锈钢材料、聚四氟材料或陶瓷材料。本发明中，所述第一燃料供应器1中储存有高浓度的有机燃料，所述第二燃料供应器2中储存有低浓度的有机燃料。本发明还提供了一种被动式燃料电池，该电池包括电池外壳4、阳极腔室6、阳极集流体9、阳极15、阴极腔室5、阴极集流体IO、阴极16、质子交换膜8、单向阀7和燃料供应装置，所述阳极集流体9位于阳极腔室6中，所述阴极集流体10位于阴极腔室5中，所述质子交换膜8位于阳极15及阴极16之间，所述燃料供应装置包括第一燃料供应器1和第二燃料供应器2,所述阳极腔室6与第二燃料供应器2连通，其特征在于，所述燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道3，所述第一燃料供应器1和第二燃料供应器2通过所述通道3连通，所述阴极腔室5与第二燃料供应器2通过单向阀7连通。优选情况下，所述通道3的长度与横截面积比为250-400。所述通道3的材料可以是本领域中各种常规的材料，例如可以为金属、橡胶、塑料、玻璃或陶瓷。本发明对通道橫截面的形状没有特别的要求，例如可以为圆形、椭圆形或多边形。所述阳极15是一种气体扩散电极，其支撑材料一般为导电的炭纤维或碳布组成。在阳极15和质子交换膜8之间为催化阳极反应的催化剂。该阳极催化剂一般为铂粉末、含铂的合金粉末、负载在载体上的铂或负载在载体上的含铂的合金粉末。所述含铂的合金含有铂和选自钌、锡、铱、锇、铼中的一种或几种。所述载体为具有较高的比表面且导电的载体，如活性炭。所述阳极集流体9可以是石墨材料或金属材料。所述金属材料可以选自钢、铜、钛、银中的一种或它们中2种以上的合金。所述阴极16也是一种气体扩散电极，其构成与阳极结构相同，差别在于阴极16与质子交换膜8之间的催化剂为催化剂阴极反应的催化剂。该阴极催化剂一般为铂粉末、负载在载体上的铂粉末。所述阴极集流体10可以是石墨材料或金属材料。所述金属材料可以选自钢、铜、钛、银中的一种或它们中2种以上的合金。所述质子交换膜8可以为任意的透水不透气且具有质子传导作用的半透膜，如常规的Nafion膜、US5795496公开的质子交换膜、US20030129467公开的质子交换膜。所述单向阀7可以是本领域中各种常规的阀门，可以商购得到如费斯托(FESTO)公司生产的H-QS系列单向阀。本发明中，所述第一燃料供应器1中储存有高浓度的有机燃料，所述第二燃料供应器2中储存有低浓度的有机燃料。所述有机燃料选自燃料电池的各种有机燃料或有机燃料的水溶液中的一种或几种。例如，所述有机燃料可以选自液体醇、液体醚和液体有机酸中的一种或几种，或者选自液体醇水溶液和液体有机酸水溶液中的一种或几种；优选为甲醇、乙醇、甲酸和乙醚中的一种或几种，或者甲醇水溶液、乙醇水溶液、甲酸水溶液中的一种或几种。根据本发明提供的燃料电池，当燃料电池工作时，第二燃料供应器2中的有机燃料产生消耗，这时第二燃料供应器2内的压力小于第一燃料供应器1内的压力，从而促使第一燃料供应器l内的高浓度有机燃料进入第二燃料供应器2;同样，由于阳极腔室6内有机燃料产生消耗，这时阳极腔室6内的压力小于第二燃料供应器2内的压力，从而使第二燃料供应器2内的低浓度有机燃料进入阳极腔室6;同样，由于阴极腔室5内产生水，导致阴极腔室5内的压力大于第二燃料供应器2内的压力，从而使阴极腔室5内产生的水通过单向阀进入第二燃料供应器2内；最终保证各流体能够按照图1所示的方向流动。当燃料电池不工作时，有机燃料不消耗，第二燃料供应器2和燃料电池阳极腔室6之间浓度一致，因而不进行有机燃料的传输；阴极腔室5内的压力为零，小于第二燃料供应器2内的压力，但由于单向阀7的存在，阴极腔室5内和第二燃料供应器2无物质交换；第一燃料供应器1和第二燃料供应器2之间压力相同，第一燃料供应器l内的高浓度有机燃料不能进入第二燃料供应器2，并且，由于通道3的长度与横截面积比很小，可以消除第一燃料供应器1和第二燃料供应器2之间由于浓度差引起的物质交换，从而保证了在燃料电池长时间不工作时有机燃料浓度的稳定。本发明提供的电池可以用作各种需要长时间低功率输出，短暂高功率输出的电子产品的电源，如手机、PDA、笔记本电脑的电源。下面的实施例将对本发明做进一步说明。实施例1本实施例用于说明本发明提供的被动式燃料电池。制备了如图1所示的燃料电池S1，其中，通道3为长30毫米、横截面积为0.071平方毫米的氟塑料管(深圳凯顺祥科技有限公司)，单向阀为费斯托公司生产的GRLA-M3型单向阀，第一燃料供应器1为不锈钢存储装置，第二燃料供应器2为不锈钢存储装置，有机燃料为浓度为5摩尔/升的甲醇水溶液。阳极15的支撑材料为炭纤维，阳极15的催化剂为J-M公司的炭载铂-钌催化剂，其中铂的重量百分比为20重量％，钌的重量百分比为10重量％，铂-钌载量为4毫克/平方厘米，阳极15的尺寸为50毫米X50毫米X0.3毫米，阳极集流体9和阴极集流体10均为石墨，尺寸均为50毫米X50毫米X0.3毫米。阴极16的支撑材料为炭纤维，阴极催化剂为J-M公司的炭载铂催化剂，其中铂的重量百分比为40重量％，铂的载量为1毫克/平方厘米，阴极16的尺寸为50毫米X50毫米X0.3毫米。质子交换膜8为杜邦公司的Nafionl17质子交换膜。实施例2本实施例用于说明本发明提供的被动式燃料电池。制备了如图1所示的燃料电池S2，其中，通道3为长250毫米、横截面积为0.78平方毫米的不锈钢管(苏州市木渎特种不锈钢材料厂)，单向阀为费斯托公司生产的GRLA-M3型单向阀，第一燃料供应器1为不锈钢存储装置，第二燃料供应器2为不锈钢存储装置，有机燃料为浓度为2摩尔/升的甲酸水溶液。阳极15的支撑材料为炭纤维，阳极15的催化剂为J-M公司的炭载铂-钌催化剂，其中铂的重量百分比为20重量％，钌的重量百分比为10重量％，铂-钌载量为4毫克/平方厘米，阳极15的尺寸为50毫米X50毫米X0.3毫米，阳极集流体9和阴极集流体10均为石墨，尺寸均为50毫米X50毫米X0.3毫米。阴极16的支撑材料为炭纤维，阴极催化剂为J-M公司的炭载铂催化剂，其中铂的重量百分比为40重量％，铂的载量为1毫克/平方厘米，阴极16的尺寸为50毫米X50毫米X0.3毫米。质子交换膜8为杜邦公司的Nafionl17质子交换膜。实施例3该实施例用于说明本发明提供的被动式燃料电池。制备了如图1所示的燃料电池S3，其中，通道3为长10毫米、横截面积为0.031平方毫米的玻璃管(宜兴市银星分析实验器件厂)，单向阀为费斯托公司生产的GRLA-M3型单向阀，第一燃料装置为不锈钢存储装置，第二燃料供应器为不锈钢存储装置，有机燃料为浓度为4摩尔/升的乙醇水溶液。阳极15的支撑材料为炭纤维，阳极15的催化剂为J-M公司的炭载铂-钌催化剂，其中铂的重量百分比为20重量。％，钌的重量百分比为10重量％，铂-钌载量为4毫克/平方厘米，阳极15的尺寸为50毫米X50毫米X0.3毫米，阳极导流板和阴极导流板均为石墨，尺寸均为50毫米X50毫米X0.3阴极16的支撑材料为炭纤维，阴极催化剂为J-M公司的炭载铂催化剂，其中铂的重量百分比为40重量％，铂的载量为1毫克/平方厘米，阴极16的尺寸为50毫米X50毫米X0.3毫米。质子交换膜8为杜邦公司的Nafionl17质子交换膜。实施例4-6将实施例1-3制备得到的燃料电池Sl-S3，按照以下方法进行电池寿命和稳定性的测试将燃料电池Sl-S3分别按照图2所示的方法与负载11、电流表10及电压表9相连接，进行发电试验，通过改变负载的大小调节输出电压和电流；检测电池放电5分钟、l小时、IO小时、200小时后电压和电流的变化，结果如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>从上表可以看出，本发明实施例1-3所制备的燃料电池SI-S3，在负载为0.25欧姆的条件下，电池在放电200小时以后，放电电压与放电电流变化不大，说明包括本发明提供的燃料供应装置的被动式燃料电池的使用寿命和稳定性具有大幅度的提高。此外，本发明易于实现，对用于小型电子产品的有机燃料电池具有非常重要的意义。权利要求1、一种燃料供应装置，该燃料供应装置包括第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)；其特征在于，该燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道(3)，所述第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)通过所述通道(3)连通。2、根据权利要求1所述的燃料供应装置，其中，所述通道(3)的长度与横截面积之比为250-400。3、根据权利要求l所述的燃料供应装置，其中，所述通道(3)的材料为金属、橡胶、塑料、玻璃或陶瓷。4、根据权利要求l所述的燃料供应装置，其中，所述通道(3)的横截面为圆形、椭圆形或多边形。5、一种被动式燃料电池，该电池包括电池外壳(4)、阳极腔室(6)、阳极集流体(9)、阳极(15)、阴极腔室(5)、阴极集流体(10)、阴极(16)、质子交换膜(8)、单向阀(7)和燃料供应装置，所述阳极集流体(9)位于阳极腔室(6)中，所述阴极集流体(10)位于阴极腔室(5)中，所述质子交换膜(8)位于阳极(15)及阴极(16)之间，所述燃料供应装置包括第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)，所述阳极腔室(6)与第二燃料供应器(2)连通，其特征在于，所述燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道(3)，所述第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)通过所述通道(3)连通，所述阴极腔室(5)与第二燃料供应器(2)通过单向阀(7)连通。6、根据权利要求5所述的被动式燃料电池，其中，所述通道(3)的长度与横截面积之比为250-400。7、根据权利要求5所述的被动式燃料电池，其中，所述通道(3)的材料为金属、橡胶、塑料、玻璃或陶瓷。8、根据权利要求5所述的被动式燃料电池，其中，所述通道(3)的横截面为圆形、椭圆形或多边形。全文摘要本发明提供了一种燃料供应装置，该燃料供应装置包括第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)；其中，该燃料供应装置还包括至少一个长度为5-300毫米且长度与横截面积比为150-600的通道(3)，所述第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)通过所述通道(3)连通。本发明还提供了一种包括本发明提供的燃料供应装置的被动式燃料电池。本发明所提供的燃料供应装置，由于连通第一燃料供应器(1)和第二燃料供应器(2)的通道(3)受燃料中杂质影响小，因此提高了其使用寿命和可靠性，同时也提高了包括该燃料供应装置的被动式燃料电池的使用寿命和可靠性。此外，本发明易于实现，对用于小型电子产品的有机燃料电池具有非常重要的意义。文档编号H01M8/04GK101355174SQ200710129639公开日2009年1月28日申请日期2007年7月27日优先权日2007年7月27日发明者赵志强申请人:比亚迪股份有限公司